西北工業(yè)大學-理論力學-轉(zhuǎn)動慣量課件

西北工業(yè)大學支希哲朱西平侯美麗動力學轉(zhuǎn)動慣量§5

質(zhì)量對稱分布剛體的慣性主軸方向的判定

§4剛體對任意軸的轉(zhuǎn)動慣量§3轉(zhuǎn)動慣量的平行軸定理

§2簡單形狀勻質(zhì)剛體的轉(zhuǎn)動慣量§1轉(zhuǎn)動慣量的概念動力學目錄轉(zhuǎn)動慣量§1轉(zhuǎn)動慣量的概念轉(zhuǎn)動慣量的概念回轉(zhuǎn)半徑轉(zhuǎn)動慣量的一般表達式極轉(zhuǎn)動慣量轉(zhuǎn)動慣量1.轉(zhuǎn)動慣量的概念剛體對軸z的轉(zhuǎn)動慣量，是剛體內(nèi)所有各點的質(zhì)量與其對該軸的轉(zhuǎn)動半徑的平方的乘積的總和（如圖1）?？梢姡D(zhuǎn)動慣量永遠是正值。可以表示為圖1xyzAOrzxyzrz

影響轉(zhuǎn)動慣量大小的因素。●

整個剛體質(zhì)量的大小。●

剛體各部分的質(zhì)量分布。●

轉(zhuǎn)軸的位置。對于質(zhì)量連續(xù)分布剛體：§1轉(zhuǎn)動慣量的概念所以，當談到剛體的轉(zhuǎn)動慣量時，應指出它是對哪個軸來說的。在國際單位制中，轉(zhuǎn)動慣量的常用單位是kg·m2?！裾麄€剛體質(zhì)量的大小?！駝傮w各部分的質(zhì)量的分布?！褶D(zhuǎn)軸的位置。

影響轉(zhuǎn)動慣量大小的因素。剛體的轉(zhuǎn)動慣量是剛體在轉(zhuǎn)動時慣性的度量。圖1xyzAOrzxyzrz§1轉(zhuǎn)動慣量的概念2.回轉(zhuǎn)半徑剛體對于某軸z的轉(zhuǎn)動慣量與其質(zhì)量m之比值的平方根為一個當量長度，稱為剛體對于該軸的回轉(zhuǎn)半徑。因此，有關系式

可見，如果假想地把剛體的全部質(zhì)量集中于一點，而不改變這剛體對于該軸的轉(zhuǎn)動慣量，則這個點到該軸的距離應等于回轉(zhuǎn)半徑?！?轉(zhuǎn)動慣量的概念3.轉(zhuǎn)動慣量的一般表達式同理，可得剛體對軸x和軸y的轉(zhuǎn)動慣量計算式，合并寫成

取固連于剛體的坐標Oxyz，設剛體內(nèi)任一質(zhì)點A的坐標是（x，y，z），用rz表示點A到軸z的距離，則（如圖2）。故得剛體對軸z的轉(zhuǎn)動慣量的計算式圖2xyzAOrzxyzrz§1轉(zhuǎn)動慣量的概念4.極轉(zhuǎn)動慣量對于平面薄板，使平板表面重合于坐標平面Oxy（如圖3），此時有

薄板對與板面垂直的軸的轉(zhuǎn)動慣量，稱為薄板的極轉(zhuǎn)動慣量。上式指出，薄平板的極轉(zhuǎn)動慣量，等于薄板對板面內(nèi)與極軸z共點并相互正交的任意兩軸的轉(zhuǎn)動慣量之和。

如果薄板內(nèi)各點的坐標z可以忽略，則式簡寫成

圖3xzyOyAxr§1轉(zhuǎn)動慣量的概念§2

簡單形狀勻質(zhì)剛體的轉(zhuǎn)動慣量

轉(zhuǎn)動慣量在桿沿軸線x上任一小段dx，其質(zhì)量，對軸z的轉(zhuǎn)動慣量元素是

例題1下面舉例說明一些簡單形狀勻質(zhì)剛體的轉(zhuǎn)動慣量的積分計算方法。

例題1已知勻質(zhì)細長直桿的質(zhì)量是m，長度是l（如圖4），求它對于過質(zhì)心C且與桿相垂直的軸z的轉(zhuǎn)動慣量。

解：勻質(zhì)細長直桿對軸z的轉(zhuǎn)動慣量是

圖4lxzxdxl/2C§2

簡單形狀勻質(zhì)剛體的轉(zhuǎn)動慣量

由圖可見，矩形板在y方向的尺寸a不影響Jy，故可利用上例的結(jié)果。例題2

例題2

已知勻質(zhì)矩形薄平板的質(zhì)量是m，邊長為a和b（如圖5），求這薄板對垂直板面中心C的軸z轉(zhuǎn)動慣量。

解：類似地可得

利用bCxyadxzlxxdxl/2C§2

簡單形狀勻質(zhì)剛體的轉(zhuǎn)動慣量

圖5薄板的極轉(zhuǎn)動慣量為例題3例題3

已知勻質(zhì)薄圓盤的半徑是r，質(zhì)量是m（如圖6）

，求它對垂直于盤面質(zhì)心軸Oz的轉(zhuǎn)動慣量。取任一半徑為ζ，寬為dζ的圓環(huán)，其質(zhì)量是

解：對軸z的轉(zhuǎn)動慣量元素是

于是，求得圓盤對軸z轉(zhuǎn)動慣量

考慮到Jx=Jy，即可求得

圖6xyOrζdζ§2

簡單形狀勻質(zhì)剛體的轉(zhuǎn)動慣量

§3轉(zhuǎn)動慣量的平行軸定理

轉(zhuǎn)動慣量設剛體的質(zhì)量為m，對軸z′的轉(zhuǎn)動慣量是。軸z與軸z′相平行且相距d。求此剛體對軸z的轉(zhuǎn)動慣量。取坐標系如圖所示，令，軸y重合于軸y′。

設剛體內(nèi)任一質(zhì)點A的質(zhì)量是mi，則剛體對軸z的轉(zhuǎn)動慣量是

上式右端第一項就是Jz′，第三項是(∑mi)d2，至于第二項，根據(jù)質(zhì)心C坐標公式圖7得知xyzAOxyzz′x′y′dO'C§3轉(zhuǎn)動慣量的平行軸定理

在實際應用中，常令軸z′通過質(zhì)心C，因而yC′=0。于是得關系式

即，剛體對任一軸的轉(zhuǎn)動慣量，等于它對該軸相平行且通過質(zhì)心的軸的轉(zhuǎn)動慣量，加上剛體的質(zhì)量與兩個軸之間距離平方的乘積。這就是轉(zhuǎn)動慣量的平行軸定理。

xyzAOxyzz′x′y′dO'C§3轉(zhuǎn)動慣量的平行軸定理

圖7例題4例題4解：lzl/2CAz11.已知桿長l，質(zhì)量是m。求通過桿端A并與軸z平行的軸z1的轉(zhuǎn)動慣量。2.已知半徑r，質(zhì)量是m。求通過點A并與質(zhì)心軸z平行的軸z1的轉(zhuǎn)動慣量。ACz1z§3轉(zhuǎn)動慣量的平行軸定理

圖8圖9解：例題5

例題5沖擊擺可近似地看成由勻質(zhì)細