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1、第十二章第十二章 刚体基本刚体基本运动运动第一页，本课件共有16页121刚体的平动刚体的平动 在在运运动动过过程程中中，刚刚体体上上任任一一直直线线始始终终与与它它原原来来的的位位置置保保持持平平行行，这这种种运运动动称称平平行行移移动动，简简称称平平动动，例例如如机机车车车车轮轮连连杆杆的的运运动动，曲曲柄柄滑滑块块机构中滑块，高空缆车车厢的运动等。机构中滑块，高空缆车车厢的运动等。刚刚体体平平动动过过程程中中，其其上上各各点点的的轨轨迹迹若若是是直直线线，则则称称刚刚体体做做直直线线平平动动，如如上上述述滑滑块块的的运运动动；其其上上各各点点的的轨轨迹迹若若是是曲曲线线，则则称称刚刚体体做
2、做曲曲线线平平动动，如上述连杆的运动。如上述连杆的运动。下下面面研研究究平平动动刚刚体体上上各各点点的的运运动动轨轨迹迹、速速度度、加加速速度度的的特特征征。在在平平动刚体上任取两点动刚体上任取两点A、B其运动轨迹如图其运动轨迹如图12-3所示。所示。由于刚体不变形的性质，可知由于刚体不变形的性质，可知下一页返回第二页，本课件共有16页121刚体的平动刚体的平动由平动的定义可知由平动的定义可知因而连接因而连接可得各平行四边形可得各平行四边形依此类推，平动刚体上所有点的轨迹相同，且相互平行。依此类推，平动刚体上所有点的轨迹相同，且相互平行。下一页返回上一页第三页，本课件共有16页121刚体的平动
3、刚体的平动 由图由图12-3可知，在任一时间间隔内，两点具有相同的位移，从而可知，在任一时间间隔内，两点具有相同的位移，从而在任何瞬时，两点的速度相同。在任何瞬时，两点的速度相同。因为在任何瞬时，因为在任何瞬时，A点和点和B点速度完全相同，所以其速度变化情点速度完全相同，所以其速度变化情况也完全相同，因而在任何瞬时，况也完全相同，因而在任何瞬时，A、B两点的加速度也必然相同。两点的加速度也必然相同。下一页返回上一页第四页，本课件共有16页121刚体的平动刚体的平动 由于由于A、B两点是任意选取的，所以可以得出结论：刚体作平动两点是任意选取的，所以可以得出结论：刚体作平动时，刚体上各点的轨迹形状
4、、速度和加速度完全相同，刚体上任一点时，刚体上各点的轨迹形状、速度和加速度完全相同，刚体上任一点的运动都能代表整个刚体的运动。因此，在研究刚体的平动时，可用的运动都能代表整个刚体的运动。因此，在研究刚体的平动时，可用刚体上任一点的运动来表征，刚体的平动问题可归结为点的运动问题刚体上任一点的运动来表征，刚体的平动问题可归结为点的运动问题来研究。来研究。返回上一页第五页，本课件共有16页122刚体的定轴转动刚体的定轴转动一、转动方程一、转动方程 为确定转动刚体在空间的位置，过转轴为确定转动刚体在空间的位置，过转轴Z作一固定平面作一固定平面并选此并选此平面作为参照面，再通过过轴平面作为参照面，再通过
5、过轴Z作一假想动平面作一假想动平面固结在转动刚体上，固结在转动刚体上，如图如图12-4所示，这两个平面间的夹角所示，这两个平面间的夹角称为刚体的转角。转角称为刚体的转角。转角是代是代数量。转动刚体的位置由转角数量。转动刚体的位置由转角确定。刚体转动时转角确定。刚体转动时转角随时间随时间t而变而变化，既转角是时间化，既转角是时间t的单值连续函数，既的单值连续函数，既 上式称为刚体的转动方程。它表示刚体转动的规律，由转动方上式称为刚体的转动方程。它表示刚体转动的规律，由转动方程可以确定任一瞬时的转角，也就确定了任一瞬时刚体的位置。程可以确定任一瞬时的转角，也就确定了任一瞬时刚体的位置。下一页返回第
6、六页，本课件共有16页122刚体的定轴转动刚体的定轴转动二角速度二角速度 角速度是表示刚体转动快慢和转动方向的物理量，常用符号角速度是表示刚体转动快慢和转动方向的物理量，常用符号表表示，刚体定轴转动的角速度等于转角对时间的一阶导数，既示，刚体定轴转动的角速度等于转角对时间的一阶导数，既 角速度是代数量，它的正负表示刚体的转动方向，当角速度是代数量，它的正负表示刚体的转动方向，当0时，刚时，刚体逆时针转动；反之顺时针转动，角速度的单位是体逆时针转动；反之顺时针转动，角速度的单位是rad/s。下一页返回上一页第七页，本课件共有16页122刚体的定轴转动刚体的定轴转动三、角加速度三、角加速度 角加速
7、度是表示角速度变化快慢的物理量，常用符号角加速度是表示角速度变化快慢的物理量，常用符号表示。刚表示。刚体角加速度的大小等于角速度对时间的一阶导数或对转角的二阶导体角加速度的大小等于角速度对时间的一阶导数或对转角的二阶导数数 角加速度角加速度是代数量。当时，方向为逆时针方向；反之为顺时针是代数量。当时，方向为逆时针方向；反之为顺时针方向，角加速度的单位是方向，角加速度的单位是rad/s2 下一页返回上一页第八页，本课件共有16页122刚体的定轴转动刚体的定轴转动四、定轴转动刚体上各点的速度、加速度四、定轴转动刚体上各点的速度、加速度 前面研究了定轴转动刚体的整体运动规律，在工程中你，还往前面研究
8、了定轴转动刚体的整体运动规律，在工程中你，还往往需要了解刚体上各点的运动情况。例如，为了保证机器安全运转，往需要了解刚体上各点的运动情况。例如，为了保证机器安全运转，在设计带轮时，需要知道轮缘的速度；在车削工件时，必须选择合在设计带轮时，需要知道轮缘的速度；在车削工件时，必须选择合适的切削速度，既转动工件表面上点的速度。适的切削速度，既转动工件表面上点的速度。刚体定轴转动时，刚体上各点（除转轴上的点）都做圆周运动，刚体定轴转动时，刚体上各点（除转轴上的点）都做圆周运动，其运动平面与转轴垂直，圆心是运动平面与转轴的交点，转动半径其运动平面与转轴垂直，圆心是运动平面与转轴的交点，转动半径是点到其运
9、动平面圆心的距离。是点到其运动平面圆心的距离。假设刚体绕假设刚体绕Z轴转动，其角速度为轴转动，其角速度为，角加速度，角加速度为，如图为，如图12-5所示，刚体上所示，刚体上M点的速度、切向加速度、法向加速度分别为点的速度、切向加速度、法向加速度分别为下一页返回上一页第九页，本课件共有16页122刚体的定轴转动刚体的定轴转动知道了切向加速度、法向加速度后，全加速度的大小和方向为知道了切向加速度、法向加速度后，全加速度的大小和方向为为全加速度与法线夹角。为全加速度与法线夹角。下一页返回上一页第十页，本课件共有16页122刚体的定轴转动刚体的定轴转动综上述，可得如下结论：综上述，可得如下结论：1)转
10、动刚体上各点的速度、切向加速度、法向加速度及全加速度转动刚体上各点的速度、切向加速度、法向加速度及全加速度与其转动半径成正比。同一瞬时转动半径上各点的速度，加速度分布与其转动半径成正比。同一瞬时转动半径上各点的速度，加速度分布规律如图规律如图12-6所示所示 2)转动刚体上各点的速度方向垂直于转动半径，其指向与角速度转动刚体上各点的速度方向垂直于转动半径，其指向与角速度转向一致。转向一致。3)转动刚体上各点的切向加速度垂直于转动半径，其指向与角加转动刚体上各点的切向加速度垂直于转动半径，其指向与角加速度转向一致。速度转向一致。4)转动刚体上各点的法向加速度方向沿半径指向转轴。转动刚体上各点的法向加速度方向沿半径指向转轴。5)任一瞬时各点的全加速度与转动半径的夹角相同。任一瞬时各点的全加速度与转动半径的夹角相同。返回上一页第十一页，本课件共有16页 图图12-3返回第十二页，本课件共有16页 图图12-3返回第十三页，本课件共有16页图图12-4返回第十四页，本课件共有16页图图12-5返回第十五页，本课件共有16页图图12-6返回第十六页，本课件共有16页