(10.3)--运动学理论力学.pdf

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1、目目 录录 1 运动学的主要内容运动学的主要内容 2 物体的运动形式物体的运动形式 3 学习运动学的目的学习运动学的目的 1 1、运动学的主要内容运动学的主要内容 参考参考体体:为确定某物体的空间位置为确定某物体的空间位置,选取选取另一物体作为参考体；另一物体作为参考体；（1 1）基本概念基本概念 参考参考坐标系坐标系:固连于参考体上的坐标系固连于参考体上的坐标系.一一 般工程问题般工程问题 取与地球固连的坐标系为参考系取与地球固连的坐标系为参考系 地球人造卫星地球人造卫星 （考虑地球自转的影响（考虑地球自转的影响）天体运动天体运动 （考虑地心运动的影响（考虑地心运动的影响）取地心为原点，指向

2、取地心为原点，指向3 3颗恒星为轴颗恒星为轴 取太阳中心为原点，指向取太阳中心为原点，指向3 3颗恒星为轴颗恒星为轴 需要说明的是参考体有一定的大小、有一定的体积，因此参考体是有界的。而需要说明的是参考体有一定的大小、有一定的体积，因此参考体是有界的。而参考系是无限延展的，没有边界的。这一点在点的合成运动中将得到很好的体会。参考系是无限延展的，没有边界的。这一点在点的合成运动中将得到很好的体会。轨迹轨迹:点在空间运动所经过的路线。点在空间运动所经过的路线。直线运动直线运动,曲线运动。曲线运动。如果经过的路线是直线如果经过的路线是直线，则作直线运动；如果经过的路线是曲线则作直线运动；如果经过的路

3、线是曲线，则作则作曲线运动曲线运动。如图所示的椭圆规机构如图所示的椭圆规机构，规尺上规尺上A点的运动轨迹是曲线点的运动轨迹是曲线，B C的轨迹是直线的轨迹是直线 点点和刚体和刚体 点：点：无质量、无大小、仅在空间占有位置的几何点。无质量、无大小、仅在空间占有位置的几何点。刚体：点的集合，而且其任意两点的距离保持不变。刚体：点的集合，而且其任意两点的距离保持不变。对于模型的简化和应用，要看分析的具体问题。对于同一个物体的运动，可能对于模型的简化和应用，要看分析的具体问题。对于同一个物体的运动，可能根据所研究的问题不同而采用不同的模型。根据所研究的问题不同而采用不同的模型。例如，在研究地球绕太阳运

4、行的规例如，在研究地球绕太阳运行的规律时，可以将地球抽象化为一个动点；而在研究地球上河岸冲刷的成因时，则律时，可以将地球抽象化为一个动点；而在研究地球上河岸冲刷的成因时，则要将地球抽象为一个刚体。要将地球抽象为一个刚体。瞬时瞬时t和时间间隔和时间间隔t 瞬时瞬时t:某一时刻；某一时刻；时间间隔时间间隔t:两某瞬时之间的时间间隔。两某瞬时之间的时间间隔。建立建立物体的运动方程；物体的运动方程；计算点计算点的运动速度、加速度和物体的角速度、角加速度等；的运动速度、加速度和物体的角速度、角加速度等；研究研究物体运动的分解与合成规律。物体运动的分解与合成规律。（2 2）运动学的研究任务运动学的研究任务

5、 在运动学部分在运动学部分，首先需对物体的运动进行描述首先需对物体的运动进行描述，所以第一个任务是要建立物所以第一个任务是要建立物体的运动方程；体的运动方程；（2）熟练计算运动特征量熟练计算运动特征量，包括计算点的速度包括计算点的速度、加速度和物体的角速度和加速度和物体的角速度和角加速度等；角加速度等；（3）研究物体运动的分解与合成规律研究物体运动的分解与合成规律。（3 3）研究方法研究方法 物体的受力情况物体的受力情况 运动的初始状态运动的初始状态 物体的惯性物体的惯性 运运 动动 物体的运动不仅与所受到的力有关物体的运动不仅与所受到的力有关，还与运动的初始状态和物体的惯性有关还与运动的初始

6、状态和物体的惯性有关，是一个比较复杂的问题是一个比较复杂的问题。在运动学部分在运动学部分，这些因素统统不考虑这些因素统统不考虑，仅仅从几何角度仅仅从几何角度来研究物体的运动轨迹来研究物体的运动轨迹、运动方程运动方程、速度速度、加速度等等加速度等等。（3 3）研究方法研究方法 运动轨迹运动轨迹 运动方程运动方程 运动速度运动速度 几何几何 角度角度 运动加速度运动加速度 运运 动动 2 2、物体的运动形式物体的运动形式 直线运动直线运动；曲线运动曲线运动 最一般的情形为三维变速曲线运动。最一般的情形为三维变速曲线运动。（1 1）点）点的运的运动动 平移平移 刚体运动过程中，其上之任意直线始终刚体

7、运动过程中，其上之任意直线始终平平行行 于于这一直线的初始位置。这一直线的初始位置。（2 2）刚体）刚体的运动的运动 刚体平动时有什么样的运动特征呢刚体平动时有什么样的运动特征呢？先来看先来看2则动画演示则动画演示。第一个是凸轮推杆机构第一个是凸轮推杆机构。凸凸轮沿着轮沿着x轴运动轴运动，如果在凸轮上任取一条直线如果在凸轮上任取一条直线，在运动过程中在运动过程中，这条直线与这条直线与x轴的夹角始轴的夹角始终保持不变终保持不变。推杆始终在轨道内作上下的直线运动推杆始终在轨道内作上下的直线运动，凸轮和推杆的运动就是平凸轮和推杆的运动就是平行移动行移动。定轴转动定轴转动 在运动在运动过程中过程中，刚

8、体，刚体上上（或其扩展部分或其扩展部分）有有一直线始终保持不动，这种运动称为刚体的定轴转一直线始终保持不动，这种运动称为刚体的定轴转动。动。转轴：固定不动的直线转轴：固定不动的直线 如电动机带动的齿轮传动系统如电动机带动的齿轮传动系统的运动的运动和和门板绕门轴的转动门板绕门轴的转动 平面运动平面运动 刚体运动过程中，其上各点到某一固定刚体运动过程中，其上各点到某一固定平面的距离始终保持不变。平面的距离始终保持不变。现在观察现在观察行星齿轮传动中的行星轮的运动行星齿轮传动中的行星轮的运动，既不是平既不是平行移动行移动，也不是也不是定轴定轴转动转动，但但在运动过程中在运动过程中，各点到与转轴垂直的

9、某固定平面的距离始终保持不变各点到与转轴垂直的某固定平面的距离始终保持不变。行星轮的运动行星轮的运动属于平面运动属于平面运动。其运动特征是其运动特征是 三维曲线运动三维曲线运动 刚体最一般的刚体最一般的运动运动 如飞机在空中的曲线运动 3.3.学习学习运动学的目的运动学的目的 （1 1）学习）学习动力学的基础动力学的基础 受受力分析和运动分析是学习动力学的两大基础力分析和运动分析是学习动力学的两大基础 （2 2）学习）学习后续专业课的基础后续专业课的基础 （3 3）直接）直接用于解决工程问题用于解决工程问题 前面我们介绍了运动学的学习内容和物体的运动形式前面我们介绍了运动学的学习内容和物体的运

10、动形式，下面我们看看学习运动学的目的下面我们看看学习运动学的目的。理论力学理论力学前两部分前两部分静力学和运动学是为学习动力学打基础的；静力学和运动学是为学习动力学打基础的；理论力学是工科专业的专业基础课理论力学是工科专业的专业基础课，所以学习运动学可为后续的专业课作准备；所以学习运动学可为后续的专业课作准备；研究运动学本身也有其工程意义研究运动学本身也有其工程意义。可直接用于解决工程问题可直接用于解决工程问题。比如控制系统比如控制系统、机械传动机械传动、机构的运机构的运动分析等动分析等。思考：判断销轴思考：判断销轴B相对于弧槽相对于弧槽DE和杆和杆OC的轨迹是的轨迹是怎样的？进一步理解参考系的选取和运动的相对性问题。怎样的？进一步理解参考系的选取和运动的相对性问题。