刚体转动动力学基础优秀课件.ppt

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1、刚体转动动力学基础1第1页，本讲稿共52页1.1 1.1 刚体的角位置与角速度描述方法刚体的角位置与角速度描述方法l l 刚体刚体刚体刚体l l 刚体坐标系与参考坐标系刚体坐标系与参考坐标系刚体坐标系与参考坐标系刚体坐标系与参考坐标系l l 刚体的运动自由度刚体的运动自由度刚体的运动自由度刚体的运动自由度l l 自由刚体位置和运动的描述自由刚体位置和运动的描述自由刚体位置和运动的描述自由刚体位置和运动的描述l l 定轴转动刚体定轴转动刚体定轴转动刚体定轴转动刚体l l 定点转动刚体定点转动刚体定点转动刚体定点转动刚体基本概念基本概念2022/10/222第2页，本讲稿共52页一一一一 质点的位

2、置向量及其表示方法质点的位置向量及其表示方法质点的位置向量及其表示方法质点的位置向量及其表示方法1.1 1.1 刚体的角位置与角速度描述方法刚体的角位置与角速度描述方法 广义坐标广义坐标广义坐标广义坐标 列向量列向量列向量列向量 方向余弦方向余弦方向余弦方向余弦 空间自由质点的位置，可用三个独立参数表示，也可用多于三个的参数空间自由质点的位置，可用三个独立参数表示，也可用多于三个的参数空间自由质点的位置，可用三个独立参数表示，也可用多于三个的参数空间自由质点的位置，可用三个独立参数表示，也可用多于三个的参数来表示，而后者必须满足约束条件。来表示，而后者必须满足约束条件。来表示，而后者必须满足约

3、束条件。来表示，而后者必须满足约束条件。2022/10/223第3页，本讲稿共52页二二二二 定点转动刚体角位置的广义坐标表示定点转动刚体角位置的广义坐标表示定点转动刚体角位置的广义坐标表示定点转动刚体角位置的广义坐标表示1.1 1.1 刚体的角位置与角速度描述方法刚体的角位置与角速度描述方法 三个非共线向量三个非共线向量三个非共线向量三个非共线向量自由刚体六个参数独立自由刚体六个参数独立自由刚体六个参数独立自由刚体六个参数独立 定点刚体三个参数独立定点刚体三个参数独立定点刚体三个参数独立定点刚体三个参数独立2022/10/224第4页，本讲稿共52页1.1 1.1 刚体的角位置与角速度描述方

4、法刚体的角位置与角速度描述方法三三三三 定点转动刚体角位置的方向余弦描述定点转动刚体角位置的方向余弦描述定点转动刚体角位置的方向余弦描述定点转动刚体角位置的方向余弦描述采用三个正交向量作为刚体坐标系，其方向余弦表示为：采用三个正交向量作为刚体坐标系，其方向余弦表示为：采用三个正交向量作为刚体坐标系，其方向余弦表示为：采用三个正交向量作为刚体坐标系，其方向余弦表示为：确定刚体坐标系三根轴的九个方向余弦（一个确定刚体坐标系三根轴的九个方向余弦（一个确定刚体坐标系三根轴的九个方向余弦（一个确定刚体坐标系三根轴的九个方向余弦（一个3333的矩阵），的矩阵），的矩阵），的矩阵），可以确定刚体的角位置。可

5、以确定刚体的角位置。可以确定刚体的角位置。可以确定刚体的角位置。2022/10/225第5页，本讲稿共52页三三三三 定点转动刚体角位置的方向余弦描述定点转动刚体角位置的方向余弦描述定点转动刚体角位置的方向余弦描述定点转动刚体角位置的方向余弦描述对于刚体的一个角位置，有唯一的一个方向余弦矩阵，反对于刚体的一个角位置，有唯一的一个方向余弦矩阵，反对于刚体的一个角位置，有唯一的一个方向余弦矩阵，反对于刚体的一个角位置，有唯一的一个方向余弦矩阵，反之亦然。之亦然。之亦然。之亦然。1.1 1.1 刚体的角位置与角速度描述方法刚体的角位置与角速度描述方法2022/10/226第6页，本讲稿共52页l方向

6、余弦矩阵的应用：方向余弦矩阵的应用：坐标变换基本公式坐标变换基本公式讨论：讨论：2022/10/227第7页，本讲稿共52页讨论：讨论：l方向余弦矩阵的性质方向余弦矩阵的性质（1 1 1 1）两个方向余弦矩阵互为转置矩阵）两个方向余弦矩阵互为转置矩阵）两个方向余弦矩阵互为转置矩阵）两个方向余弦矩阵互为转置矩阵（2 2 2 2）两个方向余弦矩阵互为逆矩阵）两个方向余弦矩阵互为逆矩阵）两个方向余弦矩阵互为逆矩阵）两个方向余弦矩阵互为逆矩阵（3 3 3 3）方向余弦矩阵是正交矩阵）方向余弦矩阵是正交矩阵）方向余弦矩阵是正交矩阵）方向余弦矩阵是正交矩阵 约束方程约束方程约束方程约束方程2022/10/

7、228第8页，本讲稿共52页l l方向余弦矩阵的约束方程方向余弦矩阵的约束方程方向余弦矩阵的约束方程方向余弦矩阵的约束方程讨论：讨论：2022/10/229第9页，本讲稿共52页四四四四 定点转动刚体角位置的欧拉角描述定点转动刚体角位置的欧拉角描述定点转动刚体角位置的欧拉角描述定点转动刚体角位置的欧拉角描述1.1 1.1 刚体的角位置与角速度描述方法刚体的角位置与角速度描述方法选用三个独立的角度来表示定点转动刚体的方位。选用三个独立的角度来表示定点转动刚体的方位。选用三个独立的角度来表示定点转动刚体的方位。选用三个独立的角度来表示定点转动刚体的方位。依次的三次转动，转动轴的选取产生两类欧拉角。

8、依次的三次转动，转动轴的选取产生两类欧拉角。依次的三次转动，转动轴的选取产生两类欧拉角。依次的三次转动，转动轴的选取产生两类欧拉角。2022/10/2210第10页，本讲稿共52页l l第一类欧拉角第一类欧拉角第一类欧拉角第一类欧拉角 (转动顺序为：转动顺序为：转动顺序为：转动顺序为：Z-X-Z)Z-X-Z)四四四四 定点转动刚体角位置的欧拉角描述定点转动刚体角位置的欧拉角描述定点转动刚体角位置的欧拉角描述定点转动刚体角位置的欧拉角描述2022/10/2211第11页，本讲稿共52页l l第一类欧拉角的线性化第一类欧拉角的线性化第一类欧拉角的线性化第一类欧拉角的线性化四四四四 定点转动刚体角位

9、置的欧拉角描述定点转动刚体角位置的欧拉角描述定点转动刚体角位置的欧拉角描述定点转动刚体角位置的欧拉角描述2022/10/2212第12页，本讲稿共52页l l第二类欧拉角（转动顺序为：第二类欧拉角（转动顺序为：第二类欧拉角（转动顺序为：第二类欧拉角（转动顺序为：X-Y-ZX-Y-Z）四四四四 定点转动刚体角位置的欧拉角描述定点转动刚体角位置的欧拉角描述定点转动刚体角位置的欧拉角描述定点转动刚体角位置的欧拉角描述2022/10/2213第13页，本讲稿共52页l l第二类欧拉角的线性化第二类欧拉角的线性化第二类欧拉角的线性化第二类欧拉角的线性化四四四四 定点转动刚体角位置的欧拉角描述定点转动刚体

10、角位置的欧拉角描述定点转动刚体角位置的欧拉角描述定点转动刚体角位置的欧拉角描述2022/10/2214第14页，本讲稿共52页五五五五 定点转动刚体角速度的欧拉角描述定点转动刚体角速度的欧拉角描述定点转动刚体角速度的欧拉角描述定点转动刚体角速度的欧拉角描述1.1 1.1 刚体的角位置与角速度描述方法刚体的角位置与角速度描述方法2022/10/2215第15页，本讲稿共52页为了表示旋转质量陀螺仪动力学方程的方便，求出刚体转为了表示旋转质量陀螺仪动力学方程的方便，求出刚体转为了表示旋转质量陀螺仪动力学方程的方便，求出刚体转为了表示旋转质量陀螺仪动力学方程的方便，求出刚体转动角速度在中间坐标系中的

11、投影：动角速度在中间坐标系中的投影：动角速度在中间坐标系中的投影：动角速度在中间坐标系中的投影：2022/10/2216第16页，本讲稿共52页1.1 1.1 刚体的角位置与角速度描述方法刚体的角位置与角速度描述方法五五五五 定点转动刚体角速度的欧拉角描述定点转动刚体角速度的欧拉角描述定点转动刚体角速度的欧拉角描述定点转动刚体角速度的欧拉角描述2022/10/2217第17页，本讲稿共52页自学内容：自学内容：方向余弦矩阵的导数方向余弦矩阵的导数2022/10/2218第18页，本讲稿共52页1.2 1.2 常用参考坐标系常用参考坐标系一一一一 惯性坐标系惯性坐标系惯性坐标系惯性坐标系1.1.

12、1.1.日心惯性坐标系日心惯性坐标系日心惯性坐标系日心惯性坐标系2.2.2.2.地心惯性坐标系地心惯性坐标系地心惯性坐标系地心惯性坐标系 日心坐标系的原点取在太阳的中心，三根轴指向确定的恒日心坐标系的原点取在太阳的中心，三根轴指向确定的恒日心坐标系的原点取在太阳的中心，三根轴指向确定的恒日心坐标系的原点取在太阳的中心，三根轴指向确定的恒星。星。星。星。地心坐标系的原点设在地球中心处，地心坐标系的原点设在地球中心处，地心坐标系的原点设在地球中心处，地心坐标系的原点设在地球中心处，x x和和和和y y轴位于地球赤道平面轴位于地球赤道平面轴位于地球赤道平面轴位于地球赤道平面并分别指向确定的恒星，并分

13、别指向确定的恒星，并分别指向确定的恒星，并分别指向确定的恒星，z z轴轴轴轴与地球自转轴（地球极轴）与地球自转轴（地球极轴）与地球自转轴（地球极轴）与地球自转轴（地球极轴）重合，并指向北极星。重合，并指向北极星。重合，并指向北极星。重合，并指向北极星。2022/10/2219第19页，本讲稿共52页1.2 1.2 常用参考坐标系常用参考坐标系二二二二 地球坐标系及其旋转角速度地球坐标系及其旋转角速度地球坐标系及其旋转角速度地球坐标系及其旋转角速度坐标系原点设在地球中心坐标系原点设在地球中心坐标系原点设在地球中心坐标系原点设在地球中心,三根轴与地球相固结。三根轴与地球相固结。三根轴与地球相固结。

14、三根轴与地球相固结。2022/10/2220第20页，本讲稿共52页1.2 1.2 常用参考坐标系常用参考坐标系三三三三 地理坐标系地理坐标系地理坐标系地理坐标系1.1.1.1.地固地理坐标系地固地理坐标系地固地理坐标系地固地理坐标系 坐标系的原点选在地球上任一点，三根轴与地球固结坐标系的原点选在地球上任一点，三根轴与地球固结坐标系的原点选在地球上任一点，三根轴与地球固结坐标系的原点选在地球上任一点，三根轴与地球固结。2022/10/2221第21页，本讲稿共52页1.2 1.2 常用参考坐标系常用参考坐标系2.2.2.2.当地地理坐标系当地地理坐标系当地地理坐标系当地地理坐标系 原点设在沿地

15、球表面运动的物体上（通常选质心），三根轴和原点设在沿地球表面运动的物体上（通常选质心），三根轴和原点设在沿地球表面运动的物体上（通常选质心），三根轴和原点设在沿地球表面运动的物体上（通常选质心），三根轴和地固地理坐标系的指向相同，不与地球固结。地固地理坐标系的指向相同，不与地球固结。地固地理坐标系的指向相同，不与地球固结。地固地理坐标系的指向相同，不与地球固结。除随地球自转以外，还随运动物体相对地球运动，但不参与物体的除随地球自转以外，还随运动物体相对地球运动，但不参与物体的除随地球自转以外，还随运动物体相对地球运动，但不参与物体的除随地球自转以外，还随运动物体相对地球运动，但不参与物体的俯仰

16、、倾斜等运动。俯仰、倾斜等运动。俯仰、倾斜等运动。俯仰、倾斜等运动。随运动物体在地球表面运动，故也称之为动地理坐标系。随运动物体在地球表面运动，故也称之为动地理坐标系。随运动物体在地球表面运动，故也称之为动地理坐标系。随运动物体在地球表面运动，故也称之为动地理坐标系。KVNE2022/10/2222第22页，本讲稿共52页1.2 1.2 常用参考坐标系常用参考坐标系2.2.2.2.当地地理坐标系当地地理坐标系当地地理坐标系当地地理坐标系 2022/10/2223第23页，本讲稿共52页1.2 1.2 常用参考坐标系常用参考坐标系四四四四 地平坐标系地平坐标系地平坐标系地平坐标系原点设在运载体质

17、心，原点设在运载体质心，原点设在运载体质心，原点设在运载体质心，y y轴水平并沿载体运动方向，轴水平并沿载体运动方向，轴水平并沿载体运动方向，轴水平并沿载体运动方向，z z轴铅直向轴铅直向轴铅直向轴铅直向上上上上。2022/10/2224第24页，本讲稿共52页1.2 1.2 常用参考坐标系常用参考坐标系五五五五 载体坐标系载体坐标系载体坐标系载体坐标系坐标原点设在载体质心，三个坐标轴与载体相固结。坐标原点设在载体质心，三个坐标轴与载体相固结。坐标原点设在载体质心，三个坐标轴与载体相固结。坐标原点设在载体质心，三个坐标轴与载体相固结。x xy yz z2022/10/2225第25页，本讲稿共

18、52页1.2 1.2 常用参考坐标系常用参考坐标系六六六六 陀螺坐标系陀螺坐标系陀螺坐标系陀螺坐标系x xy yz z O O2022/10/2226第26页，本讲稿共52页哥氏定理描述的是一般的空间自由质点相对于不同参考哥氏定理描述的是一般的空间自由质点相对于不同参考哥氏定理描述的是一般的空间自由质点相对于不同参考哥氏定理描述的是一般的空间自由质点相对于不同参考系的速度和加速度。系的速度和加速度。系的速度和加速度。系的速度和加速度。1.3 1.3 1.3 1.3 刚体定点转动的一般原理刚体定点转动的一般原理刚体定点转动的一般原理刚体定点转动的一般原理一一 哥氏定理与哥氏加速度哥氏定理与哥氏加

19、速度两个参考系之间存在相对转动时，质点的速度和加速度与两个参考系之间存在相对转动时，质点的速度和加速度与两个参考系之间存在相对转动时，质点的速度和加速度与两个参考系之间存在相对转动时，质点的速度和加速度与两坐标系相对静止时有所差别。两坐标系相对静止时有所差别。两坐标系相对静止时有所差别。两坐标系相对静止时有所差别。2022/10/2227第27页，本讲稿共52页两个参考系之间相对静止时，质点的速度和加速度没有差两个参考系之间相对静止时，质点的速度和加速度没有差两个参考系之间相对静止时，质点的速度和加速度没有差两个参考系之间相对静止时，质点的速度和加速度没有差别别别别n系b系一一 哥氏定理与哥氏

20、加速度哥氏定理与哥氏加速度2022/10/2228第28页，本讲稿共52页两个参考系之间相对转动时两个参考系之间相对转动时大小变化大小变化大小变化大小变化b系的方位变化系的方位变化系的方位变化系的方位变化一一 哥氏定理与哥氏加速度哥氏定理与哥氏加速度2022/10/2229第29页，本讲稿共52页两个参考系之间相对转动时两个参考系之间相对转动时两个参考系之间相对转动时两个参考系之间相对转动时于是：一一 哥氏定理与哥氏加速度哥氏定理与哥氏加速度2022/10/2230第30页，本讲稿共52页哥氏定理的向量表示哥氏定理的向量表示 哥氏定理说明：同一个向量相对两个不同参考坐标系哥氏定理说明：同一个向

21、量相对两个不同参考坐标系哥氏定理说明：同一个向量相对两个不同参考坐标系哥氏定理说明：同一个向量相对两个不同参考坐标系对时间取导数之间的关系，只有在两个参考系之间无相对时间取导数之间的关系，只有在两个参考系之间无相对时间取导数之间的关系，只有在两个参考系之间无相对时间取导数之间的关系，只有在两个参考系之间无相对转动时，二者才相等。有时称左边为绝对导数，右边对转动时，二者才相等。有时称左边为绝对导数，右边对转动时，二者才相等。有时称左边为绝对导数，右边对转动时，二者才相等。有时称左边为绝对导数，右边第一项为相对导数。第一项为相对导数。第一项为相对导数。第一项为相对导数。一一 哥氏定理与哥氏加速度哥

22、氏定理与哥氏加速度2022/10/2231第31页，本讲稿共52页由哥氏定理可得到速度合成公式由哥氏定理可得到速度合成公式质点相对于参考系的速度。质点相对于参考系的速度。质点相对于参考系的速度。质点相对于参考系的速度。坐标系坐标系坐标系坐标系b b相对于参考系的速度相对于参考系的速度相对于参考系的速度相对于参考系的速度质点相对于坐标系质点相对于坐标系质点相对于坐标系质点相对于坐标系b b的速度的速度的速度的速度附加速度附加速度附加速度附加速度牵连速度牵连速度牵连速度牵连速度一一 哥氏定理与哥氏加速度哥氏定理与哥氏加速度2022/10/2232第32页，本讲稿共52页对速度合成公式再取一次时间导

23、数，可得到加速度之间的向量合对速度合成公式再取一次时间导数，可得到加速度之间的向量合对速度合成公式再取一次时间导数，可得到加速度之间的向量合对速度合成公式再取一次时间导数，可得到加速度之间的向量合成关系：成关系：成关系：成关系：一一 哥氏定理与哥氏加速度哥氏定理与哥氏加速度2022/10/2233第33页，本讲稿共52页一一 哥氏定理与哥氏加速度哥氏定理与哥氏加速度动点在参考坐标系中的视加速度动点在参考坐标系中的视加速度动点在参考坐标系中的视加速度动点在参考坐标系中的视加速度 动点的爱因斯坦加速度，是动系线性加速运动产生的。动点的爱因斯坦加速度，是动系线性加速运动产生的。动点的爱因斯坦加速度，

24、是动系线性加速运动产生的。动点的爱因斯坦加速度，是动系线性加速运动产生的。动点在动坐标系中的相对加速度动点在动坐标系中的相对加速度动点在动坐标系中的相对加速度动点在动坐标系中的相对加速度 2022/10/2234第34页，本讲稿共52页一一 哥氏定理与哥氏加速度哥氏定理与哥氏加速度动点的哥氏加速度动点的哥氏加速度动点的哥氏加速度动点的哥氏加速度 动点的欧拉加速度动点的欧拉加速度动点的欧拉加速度动点的欧拉加速度 动点的向心加速度动点的向心加速度动点的向心加速度动点的向心加速度 牵连加速度 2022/10/2235第35页，本讲稿共52页讨论：讨论：用哥氏定理研究近地表面运动物体用哥氏定理研究近地

25、表面运动物体 e e 系：地球坐标系系：地球坐标系系：地球坐标系系：地球坐标系i i 系系系系 地心惯性系地心惯性系地心惯性系地心惯性系2022/10/2236第36页，本讲稿共52页讨论：用哥氏定理研究近地表面运动物体讨论：用哥氏定理研究近地表面运动物体 e e 系：地球坐标系系：地球坐标系系：地球坐标系系：地球坐标系i i 系系系系 地心惯性系地心惯性系地心惯性系地心惯性系2022/10/2237第37页，本讲稿共52页二二 非惯性系中的牛顿定律非惯性系中的牛顿定律惯性系中的牛顿第二定律：惯性系中的牛顿第二定律：惯性系中的牛顿第二定律：惯性系中的牛顿第二定律：根据哥氏定理：根据哥氏定理：根

26、据哥氏定理：根据哥氏定理：牵连惯性力：牵连惯性力：牵连惯性力：牵连惯性力：哥氏惯性力：哥氏惯性力：哥氏惯性力：哥氏惯性力 2022/10/2238第38页，本讲稿共52页二二 非惯性系中的牛顿定律非惯性系中的牛顿定律达朗贝尔原理的一般形式达朗贝尔原理的一般形式达朗贝尔原理的一般形式达朗贝尔原理的一般形式 2022/10/2239第39页，本讲稿共52页三三 转动惯量、惯量椭球与惯性主轴转动惯量、惯量椭球与惯性主轴l l刚体对任意轴转动惯量的表达式刚体对任意轴转动惯量的表达式刚体对任意轴转动惯量的表达式刚体对任意轴转动惯量的表达式 刚体对任意轴的转动惯量在直角坐标系中的表达式刚体对任意轴的转动惯

27、量在直角坐标系中的表达式刚体对任意轴的转动惯量在直角坐标系中的表达式刚体对任意轴的转动惯量在直角坐标系中的表达式 2022/10/2240第40页，本讲稿共52页讨论：转动惯量的求解l 求下图装置对不同坐标系的转动惯量求下图装置对不同坐标系的转动惯量2022/10/2241第41页，本讲稿共52页l求圆环与匀质圆盘的转动惯量求圆环与匀质圆盘的转动惯量圆环匀质圆盘2022/10/2242第42页，本讲稿共52页转动惯量矩阵转动惯量矩阵转动惯量矩阵转动惯量矩阵 三三 转动惯量、惯量椭球与惯性主轴转动惯量、惯量椭球与惯性主轴2022/10/2243第43页，本讲稿共52页l l惯量椭球惯量椭球惯量椭

28、球惯量椭球三三三三 转动惯量、惯量椭球与惯性主轴转动惯量、惯量椭球与惯性主轴转动惯量、惯量椭球与惯性主轴转动惯量、惯量椭球与惯性主轴 过坐标原点到椭球面上的任意点的距离，反映过坐标原点到椭球面上的任意点的距离，反映过坐标原点到椭球面上的任意点的距离，反映过坐标原点到椭球面上的任意点的距离，反映了刚体对该任意轴的转动惯量。该椭球可用来描述了刚体对该任意轴的转动惯量。该椭球可用来描述了刚体对该任意轴的转动惯量。该椭球可用来描述了刚体对该任意轴的转动惯量。该椭球可用来描述刚体对所有过原点的轴的转动惯量的情况，称之为刚体对所有过原点的轴的转动惯量的情况，称之为刚体对所有过原点的轴的转动惯量的情况，称之

29、为刚体对所有过原点的轴的转动惯量的情况，称之为刚体的惯量椭球或惯性椭球。刚体的惯量椭球或惯性椭球。刚体的惯量椭球或惯性椭球。刚体的惯量椭球或惯性椭球。2022/10/2244第44页，本讲稿共52页l l 惯性主轴惯性主轴惯性主轴惯性主轴三三三三 转动惯量、惯量椭球与惯性主轴转动惯量、惯量椭球与惯性主轴转动惯量、惯量椭球与惯性主轴转动惯量、惯量椭球与惯性主轴如果刚体对某根轴的惯量积为零，则称该轴为刚体的惯如果刚体对某根轴的惯量积为零，则称该轴为刚体的惯如果刚体对某根轴的惯量积为零，则称该轴为刚体的惯如果刚体对某根轴的惯量积为零，则称该轴为刚体的惯性主轴，对于惯量椭球的三根对称轴，刚体的惯量积是

30、性主轴，对于惯量椭球的三根对称轴，刚体的惯量积是性主轴，对于惯量椭球的三根对称轴，刚体的惯量积是性主轴，对于惯量椭球的三根对称轴，刚体的惯量积是为零，所以这三根对称轴是刚体的惯性主轴。为零，所以这三根对称轴是刚体的惯性主轴。为零，所以这三根对称轴是刚体的惯性主轴。为零，所以这三根对称轴是刚体的惯性主轴。2022/10/2245第45页，本讲稿共52页l l陀螺转子的转动惯量陀螺转子的转动惯量陀螺转子的转动惯量陀螺转子的转动惯量 三三 转动惯量、惯量椭球与惯性主轴转动惯量、惯量椭球与惯性主轴转子形状对自转轴对称，自转轴是转子的惯性主轴；包含自转轴的转子形状对自转轴对称，自转轴是转子的惯性主轴；包

31、含自转轴的转子形状对自转轴对称，自转轴是转子的惯性主轴；包含自转轴的转子形状对自转轴对称，自转轴是转子的惯性主轴；包含自转轴的任何平面都是转子的对称平面，可判断出垂直于自转轴的任意轴均任何平面都是转子的对称平面，可判断出垂直于自转轴的任意轴均任何平面都是转子的对称平面，可判断出垂直于自转轴的任意轴均任何平面都是转子的对称平面，可判断出垂直于自转轴的任意轴均是转子的惯性主轴。在转子赤道平面内的任意赤道轴都是垂直于自是转子的惯性主轴。在转子赤道平面内的任意赤道轴都是垂直于自是转子的惯性主轴。在转子赤道平面内的任意赤道轴都是垂直于自是转子的惯性主轴。在转子赤道平面内的任意赤道轴都是垂直于自转轴的，故

32、任意赤道轴也均是转子的惯性主轴。转轴的，故任意赤道轴也均是转子的惯性主轴。转轴的，故任意赤道轴也均是转子的惯性主轴。转轴的，故任意赤道轴也均是转子的惯性主轴。对于旋转质量陀螺仪，转子的转动惯量是一个重要的参数，为了在有对于旋转质量陀螺仪，转子的转动惯量是一个重要的参数，为了在有对于旋转质量陀螺仪，转子的转动惯量是一个重要的参数，为了在有对于旋转质量陀螺仪，转子的转动惯量是一个重要的参数，为了在有限的仪表体积内使转子绕自转轴有极大的转动惯量，陀螺电机与一般限的仪表体积内使转子绕自转轴有极大的转动惯量，陀螺电机与一般限的仪表体积内使转子绕自转轴有极大的转动惯量，陀螺电机与一般限的仪表体积内使转子绕

33、自转轴有极大的转动惯量，陀螺电机与一般电动机不同，即电动机不同，即电动机不同，即电动机不同，即“内定子、外转子内定子、外转子内定子、外转子内定子、外转子”结构，使质量分布远离自转轴。结构，使质量分布远离自转轴。结构，使质量分布远离自转轴。结构，使质量分布远离自转轴。而且，转子采用金属材料，而且，转子采用金属材料，而且，转子采用金属材料，而且，转子采用金属材料，使其具有较大的体积密度。使其具有较大的体积密度。使其具有较大的体积密度。使其具有较大的体积密度。2022/10/2246第46页，本讲稿共52页四四 角动量、角动量定理与欧拉动力学方程角动量、角动量定理与欧拉动力学方程l质点的角动量及角动

34、量定理质点的角动量及角动量定理质点的角动量及角动量定理质点的角动量及角动量定理 2022/10/2247第47页，本讲稿共52页l l定点转动刚体的角动量定点转动刚体的角动量定点转动刚体的角动量定点转动刚体的角动量 四四 角动量、角动量定理与欧拉动力学方程角动量、角动量定理与欧拉动力学方程2022/10/2248第48页，本讲稿共52页四四 角动量、角动量定理与欧拉动力学方程角动量、角动量定理与欧拉动力学方程l l定点转动刚体的角动量定点转动刚体的角动量定点转动刚体的角动量定点转动刚体的角动量 惯性主轴惯性主轴惯性主轴惯性主轴2022/10/2249第49页，本讲稿共52页l l刚体的角动量定

35、理与欧拉动力学方程刚体的角动量定理与欧拉动力学方程刚体的角动量定理与欧拉动力学方程刚体的角动量定理与欧拉动力学方程 四四 角动量、角动量定理与欧拉动力学方程角动量、角动量定理与欧拉动力学方程哥氏定理哥氏定理哥氏定理哥氏定理角动量定理角动量定理角动量定理角动量定理2022/10/2250第50页，本讲稿共52页l刚体的角动量定理与欧拉动力学方程刚体的角动量定理与欧拉动力学方程刚体的角动量定理与欧拉动力学方程刚体的角动量定理与欧拉动力学方程四四 角动量、角动量定理与欧拉动力学方程角动量、角动量定理与欧拉动力学方程刚体刚体刚体刚体系及系及系及系及惯性惯性惯性惯性主轴主轴主轴主轴2022/10/225

36、1第51页，本讲稿共52页本章小结l l 刚体的角位置与角速度描述刚体的角位置与角速度描述刚体的角位置与角速度描述刚体的角位置与角速度描述 方向余弦矩阵的定义、性质及求取；方向余弦矩阵的定义、性质及求取；方向余弦矩阵的定义、性质及求取；方向余弦矩阵的定义、性质及求取；欧拉角的定义、坐标变换；欧拉角的定义、坐标变换；欧拉角的定义、坐标变换；欧拉角的定义、坐标变换；瞬时角速度的欧拉角表示。瞬时角速度的欧拉角表示。瞬时角速度的欧拉角表示。瞬时角速度的欧拉角表示。l l 常用坐标系常用坐标系常用坐标系常用坐标系 惯性坐标系、地球坐标系、地理坐标系；惯性坐标系、地球坐标系、地理坐标系；惯性坐标系、地球坐标系、地理坐标系；惯性坐标系、地球坐标系、地理坐标系；常用坐标系的角速度及不同坐标系间的转换。常用坐标系的角速度及不同坐标系间的转换。常用坐标系的角速度及不同坐标系间的转换。常用坐标系的角速度及不同坐标系间的转换。l l 基本定理与基本方法基本定理与基本方法基本定理与基本方法基本定理与基本方法 哥氏定理、动静法、转动惯量、角动量定理、哥氏定理、动静法、转动惯量、角动量定理、哥氏定理、动静法、转动惯量、角动量定理、哥氏定理、动静法、转动惯量、角动量定理、欧拉方程。欧拉方程。欧拉方程。欧拉方程。2022/10/2252第52页，本讲稿共52页