刚体平面运动的动力学.ppt

上 页下 页结 束返 回第七章 刚体力学§7.5 刚体平面运动的动力学 §7.5.1 刚体平面运动的基本动力学方程 §7.5.2 作用于刚体上的力 §7.5.3 刚体平面运动的动能 §7.5.4 滚动摩擦力偶矩 §7.5.5 汽车轮的受力汽车的极限速度 上 页下 页结 束返 回第七章 刚体力学 §7.5 刚体平面运动的动力学 §7.5.1 刚体平面运动的基本动力学方程 平面运动 = 平动+定轴转动 1.求质心的运动 根据质心运动定律 m — 刚体的质量. — 所有外力的矢量和, 刚体作平面运动，受力必是平面力 直角坐标系中的分量式 (7.5.1)上 页下 页结 束返 回第七章 刚体力学2. 刚体绕质心的转动 在质心系中刚体作定轴转动. 选质心坐标系 Cx’y’z’ ,设z’为过质心而垂直于固定平面的轴. 在质心系中M外i’ — 外力对质心的力矩,又 M惯= 0 M惯 — 惯性力对质心力矩. 上 页下 页结 束返 回第七章 刚体力学即刚体相对于质心的轴的转动同样服从定轴转动定律. 式(7.5.1)和(7.5.2)称刚体平面运动的基本动力学方程.(7.5.2)上 页下 页结 束返 回第七章 刚体力学§7.5.2 作用于刚体上的力 1.作用于刚体上力的两种效果 · 滑移矢量(1) 施于刚体的力的特点 作用力通过质心，对质心轴上的 力矩为零，使刚体产生平动. 力作质心轴的力矩使刚体产 生角加速度. 施于刚体的某个点的力,决不可以随便移到另一点去.AB上 页下 页结 束返 回第七章 刚体力学(2) 施于刚体的力是滑移矢量右图中,施于A点的力F´ 可用施于B点的力F´´ 代替,即力可沿作用线滑移.ABC作用于刚体的力的三要素： 大小、方向和作用线. 上 页下 页结 束返 回第七章 刚体力学2.力偶和力偶矩 力偶:大小相等方向相反彼此平行的一对力. 大小 与参考点的选择无关. Odm1m2 一般作用于刚体的力等效于一作用线通过质心的力和一力偶，这力的方向和大小与原力相同，而力偶矩等于原力对 质心轴的力矩. 上 页下 页结 束返 回第七章 刚体力学§7.5.3 刚体平面运动的动能 动能 动能定理 如果刚体不太大，若刚体在运动中只有保守力作功，则系统的机械能也守恒.上 页下 页结 束返 回第七章 刚体力学[例题1]如图，固定斜面倾角为 ，质量为 m 半径为 R 的均质圆柱体顺斜面向下作无滑滚动，求圆柱体质心的 加速度ac 及斜面作用于柱体的摩擦力F .x yOCx´ y´ [解] 根据质心运动定理y 轴上投影对质心轴的转动定理无滑滚动上 页下 页结 束返 回第七章 刚体力学[例题2]质量为m的汽车在水平路面上急刹车，前后轮均停止转动. 前后轮相距L，与地面的摩擦因数为 .汽车质心离地面高度为h，与前轮轴水平距离为l .求前后车轮对地面的压力.上 页下 页结 束返 回第七章 刚体力学OCxyx´ y´ [解] 汽车受力如图. y 轴投影对质心轴的转动定理根据质心运动定理上 页下 页结 束返 回第七章 刚体力学由上面方程可解出根据牛顿第三定律，前后轮对地面的压力大小分别为 FN1、FN2 ，但方向向下.上 页下 页结 束返 回第七章 刚体力学[例题3] 在例题1中，设圆柱体自静止开始滚下，求质心下落高度 h 时，圆柱体质心的速率.x yOCx´ y´ [解] 因为是无滑滚动，静摩擦力F 不做功，只有重力W做功，机械能守恒.无滑滚动条件上 页下 页结 束返 回第七章 刚体力学§7.5.4 滚动摩擦力偶矩 滚动摩擦发生的原因：是物体与接触面处的非弹性形变引起.设滚轮在接触区无形变，地面有非弹性形变.OO OM滚如图 对质心产生反向力矩 ——滚动摩擦力矩M滚 ——摩擦因数，由实验测. 上 页下 页结 束返 回第七章 刚体力学M滚 使物体角速度减小，则接触面各点有向前滑动趋势，从而产生反向摩擦力（滚动摩擦）使物体减速.滚动阻力因数´ r是轮半径. 路面类类型´ 良好的沥沥青或混凝土路面0.010~0.018一般的沥沥青或混凝土路面0.018~0.020坑洼的卵石路面0.035~0.050泥泞泞土路（雨季或解冻冻）0.100~0.250结结冰路面0.010~0.030表7.2常见汽车轮在几种典型路面上的´ 值 上 页下 页结 束返 回第七章 刚体力学滚动摩擦 << 滑动摩擦 CM滚 CA设滚子匀速滚动，则阻力和阻力矩分别为 联立得 若滚子匀速平动表7.2与表3.2相比，有 上 页下 页结 束返 回第七章 刚体力学§7.5.5 汽车轮的受力汽车的极限速度 CM滚M驱M滚驱 CM滚驱动轮 被动轮 汽车牵引力 上 页下 页结 束返 回第七章 刚体力学[例题4]桑塔纳汽车匀速行驶,汽车横截面积为 S=1.89m2,空气阻力因数Cv=0.425. 发动机功率为P发=60kW,设经内部传动机构能量损失10%,空气密度 =1.2258 N·s2/m4.汽车行驶所受空气阻力 求汽车沿水平路面行驶的最高速率vmax[解] 取发动机燃烧物以外的整个汽车为质点系 功功率 P外= P发+滚动摩擦力偶矩功率+空气阻力功率P阻 上 页下 页结 束返 回第七章 刚体力学不计滚动摩擦力偶矩功率估算滚动摩擦力偶矩的功率滚动摩擦力偶矩的功率 ,W为总车重 取得滚动摩擦力偶矩的功率 7.0 kW 影响最高速度的主要因素是空气阻力. 。