理论力学实验指导书

《理论力学实验指导书》由会员分享，可在线阅读，更多相关《理论力学实验指导书（10页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、理论力学实验指导书理论力学实验指导书机械工程学院力学教研室机械工程学院力学教研室实验一实验一 刚体基本运动特性分析和机构认知实验刚体基本运动特性分析和机构认知实验 一、一、 实验目的实验目的 1.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； 2.2.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； 3.3.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 二、实验设备、仪器二、实验设备、仪器 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

2、 三、三、 实验原理实验原理 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.刚体定轴转动 (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 表 示，刚体转动快慢及方向用角速度 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

3、基点的转动。 四、四、 实验步骤实验步骤 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_，刚体上各点轨迹形状 _。 (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 回答问题（可参看教材） (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。 转动方程 _ （画图表示） 角速度 _ 角加速度 _ (2)用自然坐标法，分析

4、刚体上任一点 M 的速度、加速度。 运动方程 _（画图表示） 速度 _（画出速度分布图） 加速度 _ _ _ _（画出加速度分布图）（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 杆 上至少画出三点的轨迹并表示出画轨迹的方法。 4.初步认识刚体的平面运动 4.1 观察刚体平面运动 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 _,刚体平面运动的力学模型可简化为_ (2)平面运动刚体上任一直线与原位置_，平面运动刚体上各点轨迹形状_ (3)平面运动可分解为_ 5.机构运动分析和抽象机

5、构运动简图 5.1 选择 23 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 4.2 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） 。二二 复合运动分析复合运动分析 一、实验目的 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

6、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。 二、实验设备、仪器 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 三、实验原理 1.合成运动 合成法是求解运动的一种方法，将一般的机构运动通过选动点、动系、静系构成复合 运动，然后用复合运动的概念求解。求解过程为： (1)三种运动分析 绝对运动：动点相对静系的运动； 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 速度合成定理： ：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

7、； ：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

8、相对运动轨迹，显示出任一瞬时动 点、牵连点，让学生通过分析、比较，合理地选择动点、动系，进行合成运动分析，并掌 握其分析规律和选择动点、动系的技巧，并加深对有关概念的理解。 2.平面运动 刚体平面运动是一种比较复杂的运动，可通过在基点上建立随基点运动的平动坐标系， 利用复合运动的概念进行分析，即 平面运动 随基点的平动+相对基点的转动 其中平动与基点的选择有关，而相对基点转动的角速度与角加速度却与基点的选择无 关。 理解平面运动的分解后，其上各点的速度和加速度分析，可用点的速度合成定理和加 速度合成定理。 3.从教具装置中抽象运动机构模型 一些机构组装动平面后，从外形上看与原机构不大一样，而同

9、一教具装置又可抽象出 多种运动机构，利用本实验一方面可初步学习运动机构力学模型的抽象，另一方面，可深 化对基本运动概念的理解。 四、实验步骤 1.合成运动分析 1.1 对以下 12 种机构进行合成运动分析 要求：（1）合理地选择动点、动系、静系 （2）指出相对运动为何种运动 （3）画出速度图 机 构 图 1.摆动导杆机构 2、正切机构 （1） M 点相对 OA 杆的轨迹 （3）M 点相对 BC 杆的轨迹 （2） A 点相对 BC 杆的轨迹 （4）B 点相对 OA 杆的轨迹 3、滑杆机构 4、正弦机构 （5）M 点相对 CD 杆的轨迹 （7）M 点相对 OA 杆的轨迹 （6）B 点相对 OA 杆

10、的轨迹 （8）A 点相对 BC 杆的轨迹 、变态正弦机构 、直动盘状凸轮机构 （9）M 点相对 OA 杆的轨迹 （12）M 点相对 AB 杆的轨迹 （10）N 点相对 OA 杆的轨迹 （13）C 点相对 AB 杆的轨迹 （11）A 点相对 BC 杆的轨迹 （14）A 点相对凸轮的轨迹 7、移动凸轮机构 8、平底盘状凸轮机构 （15）M 点相对 AB 杆的轨迹 （18）M 点相对 AB 杆的轨迹 （16）C 点相对 AB 杆的轨迹 （19）C 点相对 AB 杆的轨迹 （17）A 点相对凸轮的轨迹 （20）N 点相对凸轮的轨迹 9、摆动平底凸轮机构 10、摆动平底凸轮机构 （21）N 点相对凸轮的

11、轨迹 （25）M 点相对 OA 杆的轨迹 （22）M 点相对 AB 杆的轨迹 （26）C 点相对 OA 杆的轨迹 （23）C 点相对 AB 杆的轨迹 （24）O 点相对 AB 杆的轨迹 11、基础机构为平行四边形的六杆机构 12、曲柄滑块机构 （28）M 点相对 CD 杆的轨迹 （31）M 点相对 OA 杆的轨迹 （29）D 点相对 OA 杆的轨迹 (32)A 点相对摇块 B 的轨迹 选 A 车为动点，B 车为动系，牵连速度为_相对轨迹为_ 两中情况下，相对速度的大小（相同或不同）_ 在图 14 中 选 A 车为动点，B 车为动系，牵连速度为_相对轨迹为_ 选 B 车为动点，A 车为动系，牵连

12、速度为_相对轨迹为_ 两种情况下，相对速度的大小（相同或不同）_ 2.刚体平面运动的分解运动分析 观察教具，回答问题: (1)利用复合运动的概念，分析刚体平面运动时，在教具_中，动系_，静系 _，牵连运动为_，相对运动为_，其中牵连运动与基点的选择 _，相对运动与基点的选择_ (2)在平面运动的速度公式 中 _， _， _ 在加速度公式 中 _， _， _ 3.抽象运动机构分析 从复合运动的教具装置上抽象出个运动机构，这个机构可以分别从个教具装置上抽 象，也可以从个教具装置上抽象多个运动机构。 4.总结 (1)总结选动点动系的一般原则和技巧。 (2)谈谈通过实验，自己对哪些概念有更深入的认识以

13、及对实验课的意见和建议。 实验二实验二 转动惯量测试转动惯量测试一、实验目的通过本实验，学生可以掌握“转动惯量”实验测定的基本方法，能加深对质点系动量矩的理解，并具有一定的工程应用价值。通过对理论计算与实验结果相对照并进行误差分析，学生可以得到实践环节的基础训练，对提高教学质量将大有裨益二、测试原理与方法 本装置特选均质圆盘作为转动惯量被测物体。这样，可以先让学生利用课堂知识计算出被测物体对质心轴的转动惯量，其中公斤，米。然后让2 21mrJz3m1 . 0r学生应用质系动量矩定理自行推导出实验计算公式：2 02 22 122 212 12 2 22 12 22 12 12)( )(2)(rm

14、ttrtmtm tthttgrmmJz 内置重物质量，己知公斤;0m1 . 00m第一次外挂重物质量（含砝码托盘） （公斤） ； 第二次外挂重物（含砝码托盘） （公斤） ；2m 第一次记录时间（秒） ；1t 第二次记录时间（秒） ；2t 被测圆盘半径，己知米；r1 . 0r重物自由下落高度（米） ；h重力加速度（米/秒 2） ；g最后，让学生利用本装置通过两次落体法，实测的转动惯量，并与计算结果比较，分析测量误差。三、实验步骤1、将计时仪接上电源，打开开关。2、将己知质量的砝码放在外挂砝码托盘上，记下 mI.3、提升外挂砝码托盘，使内置重物下降至一高度（h=lm 或 l.lm,1.2m）4、无初速铅垂释放外挂砝码托盘，与此同时按下计时器启动开关进行同步计时。当外挂重物下降至设定距离 h 时，行程时间将由计时仪自动记录并显示。5、将另一外加砝码入在外挂重盘上，并记下 m2，重复步骤 3、4.6、计算并进行误差分析。