高二物理競賽剛體模型及其運動課件

第三章剛體和流體的運動§3-1剛體模型及其運動2目錄第一章力和運動第二章運動的守恒量和守恒定律第三章剛體和流體的運動第四章相對論基礎(chǔ)第五章氣體動理論第六章熱力學(xué)基礎(chǔ)第七章靜止電荷的電場第八章恒定電流的磁場第九章電磁感應(yīng)電磁場理論§3-1

剛體模型及其運動§3-2

力矩轉(zhuǎn)動慣量定軸轉(zhuǎn)動定律§3-3

定軸轉(zhuǎn)動中的動能關(guān)系§3-4

定軸轉(zhuǎn)動剛體的角動量定理和角動量守恒定律*§3-5

進動*§3-6

理想流體模型定常流動伯努利方程*§3-7

牛頓力學(xué)的內(nèi)在隨機性混沌3復(fù)習(xí)：動力學(xué)4①剛體任何情況下形狀和體積都不改變的物體（理想化模型）?？紤]了物體的形狀和大小。不論外力多大，剛體內(nèi)任意2質(zhì)點間距離始終保持不變。剛體是特殊的質(zhì)點系，其上各質(zhì)點間的相對位置保持不變。有關(guān)質(zhì)點系的規(guī)律都可用于剛體，較一般的質(zhì)點系有所簡化。運動形式：平動、定軸轉(zhuǎn)動、平面平行運動、定點運動、一般運動(rigidbody)5②平動剛體運動時，如果剛體內(nèi)任何一條給定的直線，在運動中始終保持它的方向不變。平動剛體上各點的軌跡不一定是直線，而可以是任意曲線。在任意一段時間內(nèi)，剛體中所有質(zhì)點的位移都是相同的。各質(zhì)點的速度、加速度也是相同的。剛體內(nèi)任何一個質(zhì)點(質(zhì)心)的運動，都可代表整個剛體的運動?；疖囋诠諒潟r是否是平動？(translation)6例題

7解：A點的運動方程為：

8③轉(zhuǎn)動剛體運動時，如果剛體的各個質(zhì)點在運動中都繞同一直線(點)作圓周運動。定軸轉(zhuǎn)動：運動中各質(zhì)元均做圓周運動，

且各圓心都在同一條固定的直線（轉(zhuǎn)軸）上。定點轉(zhuǎn)動：運動中剛體上只有一點固定不動，

整個剛體繞過該定點的某一瞬時軸線轉(zhuǎn)動

(陀螺的運動)。(rotation)9④自由度物體系統(tǒng)的自由度：決定這個系統(tǒng)在空間的位置所需要的獨立坐標的數(shù)目。剛體的一般運動有

6個自由度：

3個平動自由度

+3個轉(zhuǎn)動自由度·

質(zhì)心位置·

轉(zhuǎn)軸的方位其中，2個獨立·

繞軸轉(zhuǎn)動的角度剛體物體有幾個自由度，其運動定律就可歸結(jié)為幾個獨立的方程式。C

xzy主要任務(wù)：能繪制平面機構(gòu)運動圖；

能計算平面機構(gòu)自由度.重點：平面機構(gòu)運動簡圖的繪制及自由度的計算.難點：虛約束的判斷.專題：平面機構(gòu)自由度構(gòu)件：獨立的運動單元零件：獨立的制造單元10

機構(gòu)的分類：

平面機構(gòu)：所有的構(gòu)件都在同一平面或相互平行的平面內(nèi)運動的機構(gòu)。

空間機構(gòu)：所有的構(gòu)件不全在相互平行的平面內(nèi)運動的機構(gòu)。

構(gòu)件的自由度：

平面自由構(gòu)件：平面內(nèi)不與其它任何構(gòu)件相連接而作自由運動的構(gòu)件。

構(gòu)件的自由度：構(gòu)件可能出現(xiàn)的獨立運動。

約束：附加在構(gòu)件上對構(gòu)件自由度的限制。11

運動副：使兩構(gòu)件

直接接觸并能產(chǎn)生一定

相對運動的聯(lián)接。1-1

運動副及其分類12

運動副的分類平面副

回轉(zhuǎn)副

高副

移動副13空間副

球面副

螺旋副141、面接觸——接觸比壓低，承載能力大。2、接觸面為平面或柱面——便于加工，成本低，便于潤滑。

3、引入2個約束，剩1個自由度。

運動副的特點?íì移動副轉(zhuǎn)動副低副兩個構(gòu)件間只能作相對旋轉(zhuǎn)運動的運動副；兩個構(gòu)件間只能作相對移動運動的運動副。151、點、線接觸——接觸比壓高，承載能力小。高副3、引入1個約束，剩2個自由度。2、接觸面為曲面——不便于加工和潤滑。161-2

機械運動簡圖1.

平面機構(gòu)的組成17機構(gòu)：具有確定運動的運動鏈。機架－作為參考系的構(gòu)件，

如機床床身、車輛底盤、飛機機身。原（主）動件－按給定運動規(guī)律運動的構(gòu)件。從動件－其余可動構(gòu)件。若干1個或幾個1個

組成：機構(gòu)＝機架＋原動件＋從動件機構(gòu)182.機構(gòu)運動簡圖的繪制2.1

運動副的表示方法三視圖192.機構(gòu)運動簡圖的繪制2.1

運動副的表示方法2.2

常用機構(gòu)的簡圖表示方法

202.機構(gòu)運動簡圖的繪制2.1

運動副的表示方法2.2

常用機構(gòu)的簡圖表示方法

2.3

一般構(gòu)件的表示方法212.4繪制步驟

1、分析機構(gòu)運動2、恰當(dāng)選擇投影面3、適當(dāng)選擇比例尺4、審核畫構(gòu)件時應(yīng)撇開構(gòu)件的實際外形，而只考慮運動副的性質(zhì)。22DCBA1432繪制圖示鱷式破碎機的運動簡圖。231）先找首端——原動件再找尾端——工作構(gòu)件2）確定機架3）確定各構(gòu)件之間的運動副種類

“兩兩分析相對運動”4）代表回轉(zhuǎn)副的小圓，其圓心必須與相對運動回轉(zhuǎn)中心重合。代表移動副的滑塊，其導(dǎo)路方向必須與相對運動方向一致。5）比例、符號、線條、標號繪制運動簡圖的方法小結(jié)：1.平面機構(gòu)的自由度：機構(gòu)所具有的獨立運動。2.

平面機構(gòu)的自由度計算公式y(tǒng)x12Syx12xy12R=2,F=1R=2,F=1R=1,F=2θ經(jīng)運動副相聯(lián)后，構(gòu)件自由度會有變化：1-3

平面機構(gòu)的自由度25設(shè)某機構(gòu)共有n個活動構(gòu)件、PL個低副、PH個高副，則該機構(gòu)的自由度應(yīng)為：

1.平面機構(gòu)的自由度：機構(gòu)所具有的獨立運動。2.

平面機構(gòu)的自由度計算公式θ4S3123S’3θ11234θ11-3

平面機構(gòu)的自由度26例1-2試計算下列機構(gòu)的自由度例題分析27例題分析例1-2試計算下列機構(gòu)的自由度28292.機構(gòu)具有確定運動的條件

2.1

什么是確定運動

2.2

機構(gòu)具有確定運動的條件

機構(gòu)的原動件數(shù)應(yīng)=機構(gòu)的自由度數(shù)

???íì=<>>￡。原動件數(shù)目，運動確定原動件數(shù)目，不能動。破壞運動不確定。原動件數(shù)目運動鏈不能運動。FFFFF,0030例1-3

試計算下列機構(gòu)的自由度，

并判斷其運動是否確定。

例題分析31324.1

復(fù)合鉸鏈——兩個以上構(gòu)件在同一軸線上用回轉(zhuǎn)副相聯(lián)接。計算：N個構(gòu)件,有N－1轉(zhuǎn)動副。4.計算平面機構(gòu)自由度應(yīng)注意的問題33

例1-4

計算圖示機構(gòu)的自由度。

例題分析344.2

局部自由度某些不影響機構(gòu)運動的自由度。35計算圖示兩種凸輪機構(gòu)的自由度。

12312336

局部自由度：構(gòu)件局部運動所產(chǎn)生的自由度。

滾子的作用：滑動摩擦滾動摩擦。12312337解：n=4，PL=6，

PH=04.4虛約束－－對機構(gòu)的運動實際不起作用的約束。計算自由度時應(yīng)去掉虛約束。

已知：AB＝CD＝EF，計算圖示平行四邊形機構(gòu)的自由度。

1234ABCDEF38重新計算：n