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理论力学实验指导书 机械工程学院力学教研室 实验一 刚体基本运动特性分析和机构认知实验 ??实验目的 观察和动手组装几种常见的运动机构，增加学生对运动机构的感性认识，培养学生的动手能力，并激发学生的学习兴趣； 2.分析典型刚体的曲线平动与刚体的定轴转动的区别，加深对这两种刚体基本运动的认识； 3.初步认识刚体的平面运动，理解角速度的意义。 4．培养学生从机构模型中抽象运动机构的能力 1. 机构模型 2.DJ-1型运动分析组合教具 3.计算机运动分析软件 ?实验原理 1.刚体平动 (1)刚体平动时其上任一直线始终与原位置保持平行；平动刚体上各点的速度、加速度、轨迹相同； (2)刚体平动时可以归结为点的运动。 2. (1)刚体定轴转动时，其上有一固定不动的轴线，确定刚体在空间的位置用转角 和角加速度 表示； (2)定轴转动刚体除转轴上的点外，其余各点均作圆运动，可以选用自然坐标法研究各点的运动。 3.刚体的平面运动 (1)刚体平面运动时，其上各点到某固定平面的距离始终保持不变，刚体平面运动可以简化为平面图形在其自身平面内的运动； 2)刚体平面运动(可以分解为随基点的平动和相对基点的转动。 ? 实验步骤 1.刚体平动分析 1.1在机构运动中观察刚体平动，并分析其上各点轨迹（至少画出二点的轨迹） 1.2回答问题(可参看教材) (1)刚体平动时，其上任一直线始终与原位置_____________________。 (2)用矢量法分析刚体平动时，其上各点速度、加速度的关系。 ? (3)归纳研究刚体平动的方法 2.刚体定轴转动分析 2.1观察定轴转动刚体并分析其上各点轨迹（至少画出二点的轨迹）。 2.2 (1)确定定轴转动刚体在空间的位置和描述刚体转动快慢的物理量。 __________ （画图表示） 角速度 _________ 角加速度 ___________ (2)用自然坐标法，分析刚体上任一点M的速度、加速度。 _______（画图表示） 速度 _________（画出速度分布图） 加速度 ____________ __________ ______________ _________（画出加速度分布图） 3．由图1和图2分析平行四连杆机构中AB杆的曲线平动和定轴转动的区别。在AB ? ? ?4.初步认识刚体的平面运动 4.1 4.2回答问题 (1)刚体平面运动时，存在一固定平面，使其上各点到某一固定平面的距离始终保持________,__________ (2)平面运动刚体上任一直线与原位置________________ (3)平面运动可分解为_________ 5. 5.1选择2~3种机构模型(自选，其中至少有一种机构包括有刚体平动、定轴转动、平面运动)，画出其运动简图，并指出各构件在作何种运动 2用DJ-1型小型化组合教具，组装出2种机构运动，其中至少有一种机构包括以上三种刚体基本运动（如曲柄连杆滑块机构、四连杆机构、平行四连杆机构等）。 复合运动分析 1.借助教具和计算机软件，对一些典型机构进行复合运动分析，掌握合成运动分析中动点、动系的选择技巧和一般原则，并加深对动系、相对运动、牵连点等概念的理解； 2.通过在基点上建立随基点运动的平动坐标系，掌握平面运动的分解运动及其分解运动的特性； 3.将一些教具装置抽象为机构运动分析，并初步掌握运动机构力学模型的抽象。 1.DJ-1型多功能运动分析组合教具 2.DJ-1型运动分析软件 1.合成运动 (1)三种运动分析 牵连运动：动系相对静系的运动； 相对运动：动点相对动系的运动。 一般情况下，相对运动分析比较抽象，是三种运动分析中的难点。 (2)速度分析 ：动点相对静系的速度，称为绝对速度； ：动点相对动系的速度，称为相对速度； ：牵连点相对静系的速度，称为牵连速度；而牵连点是某瞬时动系上与动点相重合的那一点。 在速度分析中，有时因对动系认识的局限性，常因找不到牵连点，而使牵连速度分析成为难点。 利用速度合成定理，一般只能求解两个未知量，而其余的四个运动量要通过合理的选择动点、动系分析出来。一般来说，对于一个运动机构，动点、动系的选择有多种情况，但是能用复合运动概念求解的，多数机构只有一种情况，即动点、动系的选择要使相对运动简单、明了。所以，选动点、动系是一个技巧性很强的问题。 DJ-1型多功能运动分析组合教具及计算机分析软件对于常见的典型机构，能根据操作者的意图随意组装出各种情况下的动点、动系，画出其相对运动