理论力学工程应用新实例--第2章

运动学部分的工程应用实例第二章1．小爬虫的三种运动形式(1)小爬虫的三种运动形式（仅讨论它的身体）；(2)小爬虫运动能量的转换。一个小爬虫，经人们拧转发条过程，储存了势能，之后就在地面上运动，实现：平行移动、定轴转动和平面运动。运动学部分的工程应用实例第二章操作演示步骤：第一步：用手拧紧发条的过程，就是使力矩作功变成发条扭转弹簧的势能式中—力矩作的功，—平面力偶矩，—转动角位移，—发条的势能，—线性发条的刚度。02p00φW=M=E=K1d20K1．小爬虫的三种运动形式WMpEM运动学部分的工程应用实例第二章点击看视频1．小爬虫的三种运动形式运动学部分的工程应用实例第二章第二步：放手后置小爬虫于桌面上，发条势能开始释放，主要转换成以下三种动能形式：小爬虫平行移动的动能式中—小爬虫的质量，—小爬虫质心的速度。或小爬虫对铅垂轴转动的动能式中—小爬虫绕z轴的转动惯量，—小爬虫绕z轴的转动角速度。212CEmvkCv2k12zEJ1．小爬虫的三种运动形式mzJ运动学部分的工程应用实例第二章点击看视频1．小爬虫的三种运动形式运动学部分的工程应用实例第二章当小爬虫做纯滚动地翻跟斗，即平面运动，此时系统的动能要按柯尼希（Konig）定理计算。22kC1122CEmvJ小爬虫在地面上纯滚动痕迹图1．小爬虫的三种运动形式运动学部分的工程应用实例第二章发条储备的弹簧势能全部释放完了以后，再也没有能量去转换成动能了，小爬虫就静止不动了。在一个演示全过程中，所有阻力、阻尼耗损能量，它恰好等于前面拧发条力矩所作的功∫00dMW1．小爬虫的三种运动形式运动学部分的工程应用实例第二章2．用尼龙丝作刀具的高速转动割草机新型电动割草机的特点能做定轴转动，割草的刀片不是金属的，若用金属刀片做成像电风扇风叶一样，也可以割草，但在草丛中碰到硬物体（如小石块）就十分容易损坏刀片。现在的割草刀是一根旋转的尼龙绳（带刺，直径2mm）。割草机的带尼龙绳刀头运动学部分的工程应用实例第二章旋转视频点击看视频2．用尼龙丝作刀具的高速转动割草机运动学部分的工程应用实例第二章理论力学配合研究和实验的问题：①旋转轮转速至少多大？尼龙割草绳每一点的线速度（即切削速度）多少（）才能割各种青草？②什么材料碰到石头而不会断损（抗冲击轫性要合适）这些都要进行大量试验。尼龙材料有尼龙6、尼龙66……，再加了一定的添加剂之后，冲击韧性很大，在=50m/s冲击下不会断。这种割草机的优点：功率小（省电），噪音低（环保），寿命长（花钱少）。尼龙绳割草机刀头转速n=2850r/min2．用尼龙丝作刀具的高速转动割草机144.7m/sv214.9m/sv50r150RvRv运动学部分的工程应用实例第二章3．自动旋紧螺丝刀的行星齿轮J1r2r3rAHnⅡnⅠnⅠ4rA运动学部分的工程应用实例第二章图示为一电动螺丝刀的减速齿轮箱，轴Ⅱ装在H杆上，此杆带着三个短轴,轴间夹角互成120°,短轴的两端分别装着半径为、的齿轮，它们和机架上的内齿轮半径啮合(当=时，)。轴Ⅰ装在J杆上，右端装着半径为的齿轮，需要计算轴Ⅱ和轴Ⅰ之速比。3．自动旋紧螺丝刀的行星齿轮J1r2r3rAHnⅡnⅠnⅠ4rA2r3r4123rrrr2r3r4122rrr1ri运动学部分的工程应用实例第二章首先，将动坐标放在H杆上，这样，各齿轮相对动坐标的运动均为“定轴”转动，所以一对啮合齿轮的相对角速度之比与它们的半径成反比，记H杆本身转动角速度为，半径和的齿轮在同一个短轴上，所以有相同的绝对角速度，记作，这时各齿轮对于H杆的相对角速度为：，，（齿轮A是外壳，不动的，即）3．自动旋紧螺丝刀的行星齿轮Hn2r3rAnIrIHnnnrAAHnnn40rHnn40n运动学部分的工程应用实例第二章而各相对角速度之比上两式相乘现在电动螺旋刀的=14，=14，=14，=42，代入上式得速比IrI2r1(1)HAAHnnnrnnnrr44r3(2)0AAHHnnnrnnr13I24I131324()HHHrrnnrrnnnrrrrrr13I1324()zznzzzz或119618124Hnn1114nin3．自动旋紧螺丝刀的行星齿轮1z2z3z4z运动学部分的工程应用实例第二章4．自动塑料套的套鞋机①抬脚踏进鞋套机②向下踩到底③抬起脚即可运动学部分的工程应用实例第二章点击看视频4．自动塑料套的套鞋机运动学部分的工程应用实例第二章（1）应用滑块摆杆与曲柄滑块机构的组合实现位移合成，使塑料鞋套周边四个塑料扣环定向移动10mm。（2）脚往下施加踏入压力后，通过各个零件的受力与位移关系计算，可分析自动套鞋功能的可靠性。4．自动塑料套的套鞋机运动学部分的工程应用实例第二章5．苹果削皮机的运动分析将动系固连于固定苹果的部件上，则牵连运动是定轴转动，苹果机的刀头看成一个点，它的绝对运动是空间曲线运动，刀头对于苹果的相对运动也是空间曲线（苹果外形）运动。运动学部分的工程应用实例第二章点击看视频5．苹果削皮机的运动分析运动学部分的工程应用实例第二章（1）正齿轮的传动计算互相啮合的两齿轮其角速度（或转速）和角加速度与其半径成反比，即与其齿数成反比。水平轴传动比：手摇转速为削皮刀转速的16倍。514702112nni3344643.220nin1141234416niiin5．苹果削皮机的运动分析446476ZD111416ZD1n2n227080ZD332024ZD3n4n运动学部分的工程应用实例第二章（2）牵连运动的转速计算坚直轴传动比：互相垂直轴传动比：总传动比：手摇转速为苹果垂直轴转速的80%。2.07014677667zznni7878871nzinz5225520.8zninz181225677850.80.210.8iiiii5．苹果削皮机的运动分析8n7n881419ZD771419ZD5n6n555669ZD667086ZD运动学部分的工程应用实例第二章6．摆动30°的振动牙刷牙刷头在摆动小电机转动，通过正齿轮减速，使曲柄摆杆机构实现牙刷头摆动30°。运动学部分的工程应用实例第二章已知：可求：13000r/minn219964r/min28nn6．摆动30°的振动牙刷n1n2289运动学部分的工程应用实例第二章曲柄长度为2mm，摆动角度30°，可求：曲柄中心到摆杆中心间的距离。6．摆动30°的振动牙刷n1摆杆n2运动学部分的工程应用实例第二章7．串接电机定子的自动绕线机各种电动工具电动工具的定子的矽钢片运动学部分的工程应用实例第二章电动工具矽钢片由高速冲床自动生产点击看视频7．串接电机定子的自动绕线机运动学部分的工程应用实例第二章电动工具矽钢片绕线后的定子牵连运动为往复平行移动，相对运动为圆周运动，合成后的绝对轨迹就是定子的线圈外形。7．串接电机定子的自动绕线机运动学部分的工程应用实例第二章定子自动绕线机正面点击看视频7．串接电机定子的自动绕线机运动学部分的工程应用实例第二章定子自动绕线机背面点击看视频7．串接电机定子的自动绕线机运动学部分的工程应用实例第二章8．“拍“的应用与禁忌（1）什么叫“拍”振“拍”现象是一种特殊的振动，当两个振幅相同（），初相位也相等（），而频率与相差很小（比较接近）的两个简谐振动相叠加时，就产生非简谐振动，称为“拍”，如图所示，除振幅大小有变动外，粗看起来还是像简谐振动。拍可以动表示为11122212sin()sin()=sin(),2yAtAtAt式中振幅21124212120AAA12212cos2AAt0=运动学部分的工程应用实例第二章图上的虚线代表振幅的包络线,它按照拍频而振动,拍频等于两个振动频率之差。12bb||12πfT合成后振动频率是两个分振动频率的平均值,用下式表示1211112π22πfT8．“拍“的应用与禁忌124212bf运动学部分的工程应用实例第二章max120min122||0AAAAAAA振动最大振幅与最小振幅分别等于两个振动振幅之和与差在乐器中常常利用“拍”的现象的有利一面。这是将两个固有频率比较接近的振动叠加起来，这样，发生的音调将更加优美。在发电机开动时人们往往也可以听到“嗡嗡”之声一会儿高一会儿低，反映出合成振动时强时弱。8．“拍“的应用与禁忌运动学部分的工程应用实例第二章（2）振动筛中“拍”的应用振动力越大，振动清砂或振动筛选效率就越高，振动筛振动打夯机同时还利用受迫振动的“共振”。8．“拍“的应用与禁忌运动学部分的工程应用实例第二章二输入多输出模型（3）双轮振动压路机中“拍”的应用“拍”的应用使路受力加大许多，效果比单轮振动效果好，但是驾驶室振动明显增加，这就是“拍”带来了危害。8．“拍“的应用与禁忌1c1k2c2k1()tF2()tF运动学部分的工程应用实例第二章（4）“拍”的禁忌例老式双电机排风油烟机有“拍振”使振幅大一倍，所以噪声降不下来而被淘汰，现在的油烟机只用功率较大的一只大电机了。8．“拍“的应用与禁忌运动学部分的工程应用实例第二章（5）“拍”的禁忌在输送带上不能用两只或两只以上的同类电机传动。物品输送带电机下图造成振动加大二倍或多倍的原因就是“拍”，它使车间环境噪声增大。改用一只大电机传动后，噪声就降了10分贝。8．“拍“的应用与禁忌运动学部分的工程应用实例第二章9．做馒头的机器与可调尺寸的六角扳手（1）自动做馒头机器的合成运动分析图示视频为做馒头的机器，牵连运动为有螺旋线的杆作定轴转动；馒头看作一个点，相对运动是空间曲线运动，即螺旋线；绝对运动是馒头制成或下落的直线运动。运动学部分的工程应用实例第二章点击看视频9．做馒头的机器与可调尺寸的六角扳手运动学部分的工程应用实例第二章（2）可调尺寸六角扳手的合成运动分析此可调尺寸的六角扳手等效于16个定扳手，可扳动从10mm~20mm的连续变化六角镙母。当动手柄顺时针向定手柄转动时，平扳内有红色虚线滑槽使各个黑销钉向圆心靠拢。这时，A、B、C、D、E、F六个滑动夹块，便发生绝对运动（平动），从而夹紧六角形镙母，所以手柄的转动是牵连运动，黑销钉相对于动手柄的运动为相对运动，滑动夹块的运动为绝对运动。此时动点G的速度分析见图所示。9．做馒头的机器与可调尺寸的六角扳手定手柄动手柄牵连运动CDEAB40v绝v相GAv牵运动学部分的工程应用实例第二章9．做馒头的机器与可调尺寸的六角扳手6把英制扳手10把公制扳手一把可调尺寸扳手相当于16把含公制和英制的各种尺寸扳手。运动学部分的工程应用实例第二章点击看视频9．做馒头的机器与可调尺寸的六角扳手运动学部分的工程应用实例第二章10．曲柄、连杆、滑块机构的应用与小机器人的行走机构（1）曲柄、连杆、滑块机构应用甚广，特点：①变往复运动为旋转运动，或相反；②连杆作平面运动，其上不同的点有不同的轨迹。曲轴扭振调谐冲床机构自动塑套套鞋机运动学部分的工程应用实例第二章（2）石磨转动可以加工物件，使颗粒磨成粉末。若动力采用畜力，如骡、马等，把它们眼睛遮盖后，它们就能沿着磨的外圆走圆圈实现磨料；若采用人力来转动石磨，聪明的人们就会采用曲柄滑块机构了。10．曲柄、连杆、滑块机构的应用与小机器人的行走机构lrO运动学部分的工程应用实例第二章（3）小机器人的行走机构偏心轮（红色）的旋转可以看作是曲柄的转动，两个偏心轮的相位差180°，两个连杆套在左、右偏心轮上，一头限制在销子上滑动，另一头装在步行的足底上，足底上每一点的轨迹为椭圆，两个足的运动有相位差180°，这样就构成一步一步前进的行走机器人。10．曲柄、连杆、滑块机构的应用与小机器人的行走机构玩具的腿是连杆DCAAVOBVABPAB运动学部分的工程应用实例第二章人走路的小腿运动点击看视频10．曲柄、连杆、滑块机构的应用与小机器人的行走机构运动学