刚体的基本运动

出处:按学科分类—工业技术 北京出版社《现代综合机械设计手册上》第70页(1229字)

2.4.1 刚体的平动

刚体内任一条直线在运动过程中始终保持与原方位平行,则刚体的运动称为平行移动,简称为平动。刚体作平动时具有如下性质:1.刚体上各点的运动轨迹具有相同的形状;2.同一瞬时,刚体上各点具有相同的速度和相同的加速度。可见,研究刚体的平动可归结为研究其上的一个点的运动。

2.4.2 刚体的定轴转动

刚体运动时,如其上或与其固连的空间内存在一条直线固定不动,则刚体的运动称为定轴转动,其固定的直线叫做刚体的转轴。刚体定轴转动的规律及其性质,可用转动方程、转动角速度、转动角加速度等概念来描述。

转角和转动方程:过刚体的转轴分别取一固定平面(称为参考平面),以及一个与刚体固连的平面(称为动平面)。以上两平面的夹角φ完全确定了刚体的瞬时位置,称为刚体的转角。转角φ是一代数量,由转轴的正方向看去,一般取由参考平面至动平面为逆时针转向为其正值,反之为负值见图1.2-9.当刚体转动时,转角φ随时间的变化关系

φ=φ(t) (1.2-15)

称为刚体的转动方程,它唯一地描述了刚体的运动规律。

图1.2-9 转动刚体的转角

角速度:转角φ对时间t的一阶导数

表示了刚体的瞬时转动快慢,称为刚体的转动角速度。为了同时表征转轴的方位,角速度又被定义为一矢量,即

式中 为转轴z的正向单位矢量。

角速度的单位为rad/s或1/s。工程中一般用转速,即每分钟转动的圈数n(r/min)来表示刚体的转动快慢。它们的关系是:

角加速度:角速度ω对时间t的一阶导数,或转角对时间t的二阶导数

表示了刚体角速度ω的变化率,称为刚体的转动角加速度。角加速度的单位为rad/s2或1/s2。和角速度一样,可以定义角加速度为一矢量,即

2.4.3 定轴转动刚体上各点的速度和加速度

定轴转动刚体上各点均作圆周运动,圆的半径R为该点到转轴的距离。各点的速度和加速度的计算公式见表1.2-13。

表1.2-13 定轴转动刚体上点的速度、加速度

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