動點、動系選取方法的討論

翟 明

（青島理工大學土建工程系,山東 臨沂 273400）

動點、動系選取方法的討論

翟 明

（青島理工大學土建工程系,山東 臨沂 273400）

正確的選擇動點、動系是解決合成問題的關鍵，熟練掌握動點、動系的選取方法在解決運動學問題時是非常必要的。

合成運動;動點;動系;選取

0 引言

在理論力學的學習中，點的合成運動是運動學部分中相對困難的，它充分體現了理論力學學科的特點，“理論易懂，做題難”。對初學者來說是不太容易理解和掌握的。合成運動理論是把一個復雜的運動分解成幾個簡單的運動，求得簡單運動后，再加以合成，是一種化繁為簡解決問題的巧妙方法。在解合成運動的題目時，首先要選取一個動點，然后選點兩個坐標系：動系和定系，接著分析三種運動：絕對運動，相對運動，牽連運動。最后根據題目要求作出速度分析和加速度分析。其中正確的選擇動點、動系是解決此類問題的關鍵，也是解題中最重要和難以確定的。動點、動系選的合理，三種運動的分析就會非常的簡單，接下來的速度加速度分析也就不成問題了。所以，動點、動系正確合理的選擇是解決速度合成問題的點睛之筆。

動點和動系的選擇應遵循的一般原則為：（1）動點和動系不能在同一個物體上，以保證動點相對于動系運動。（2）動點相對動系的相對運動軌跡要明顯，簡單（直線、圓），否則將給求解帶來困難。合成運動的題目類型多種多樣，動點、動系的選取方法因情況不同而有所區別，下面將針對幾種不同的問題加以歸納總結。

1 兩物體通過小圓環連接

可選小圓環為動點，動系固結在機構中一運動的剛體上。

如圖1所示的機構中，小環M連接在橫桿OA和直角彎桿OBC上。很顯然，要選小圓環M為動點，因為橫桿OA相對于地面是靜止的，所以動系不能選在OA桿上，故動系要固結在繞O軸做逆時針轉動的直角彎桿OBC上。則絕對運動為M沿OA的直線運動，相對運動為M沿BC的直線運動，牽連運動為直角彎桿OBC的定軸轉動。速度、加速度分析如圖（b）(c)所示。

2 兩物體中一物體的接觸點不變

兩物體在運動過程中有一接觸點，并且有一個物體甲上的接觸點始終不變，則選其為動點，動系固結于另一運動物體乙上。則相對運動軌跡為物體乙的輪廓線。半圓形凸輪D水平向右運動，帶動動桿AB沿鉛直方向上升。選桿AB上與凸輪的接觸點A為動點，動系固結于凸輪上。絕對運動為沿鉛垂方向的直線運動，相對運動為沿凸輪輪廓的圓周運動，牽連運動為水平直線運動。

3 兩物體的接觸點都隨隨時間變化

兩物體在運動時始終有一個接觸點，但接觸點是隨時間變化的，接觸點不宜選為動點。原因是相對運動分析非常困難。此時，應通過觀察分析，選取滿足基本原則的非接觸點為動點。

如圖2（a）所示桿OA靠在凸輪上，凸輪沿直線水平方向運動，桿OA做定軸轉動。相接觸的兩個物體的接觸點隨時間變化，所以不能選接觸點為動點。選凸輪的圓心C為動點，動系固結在桿OA上，站在桿OA上觀察凸輪圓心C的的運動，圓心C與桿OA的距離始終為凸輪的半徑，所以相對運動的軌跡是平行于OA且距離為凸輪半徑的直線。故相對速度、相對加速度的方向都沿這條直線。速度分析如圖2（b）所示。

4 套筒(滑塊)問題

在機構中經?？梢钥吹健疤淄病边@樣的特殊構件，套筒套在某個桿件上并與該桿件有相對滑動。下面分兩種情況來討論這時應如何來確定動點和動系。

（1）套筒做平面運動。如圖（a）（b）所示機構，O1A 搖桿以角速度ω1繞O1軸勻速轉動時，將通過套筒A帶動O2A桿繞O2軸轉動。這類問題中，常選取連接套筒與桿件的銷釘為動點，將動系固連于套筒內的桿件。這樣，相對運動為沿導桿的直線運動，牽連運動為定軸轉動，絕對運動則由與套筒相鉸連的桿件的運動來判定。速度分析如圖（a1）（b1）所示。

（2）套筒做定軸轉動。曲柄OA繞O軸作定軸轉動，帶動置于C軸作定軸轉動的套筒內的連桿AB作平面運動。

這種類型有兩種方法。（Ⅰ）取套筒內桿（AB桿）上某個已知運動的點（A 點）為動點，動系固結于套筒。這時相對運動為沿套筒內桿（AB桿）方向的直線運動，牽連運動為隨套筒的定軸轉動，絕對運動為桿上一已知點的運動（A點作半徑為OA的圓運動）。（Ⅱ）取套筒上銷釘（C點）為動點，動系固結于與套筒內的桿（AB桿）。這時相對運動為沿套筒內的桿（AB）方向的直線運動，牽連運動為套筒內的桿（AB桿）的平面運動，絕對運動靜止。

動點、動系的選取不是一件簡單的事情，需謹慎對待，動點，動系選的合理，合成運動的問題將變得非常簡單。做題正確率將大大提高。

[1]哈爾濱工業大學理論力學教研室編.理論力學（Ⅰ）（第七版）,北京：高等教育出版社,2009.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.22.237

翟明（1994-），男，山東泰安人，本科，研究方向：結構工程。