機(jī)械原理第三章運(yùn)動(dòng)分析

1、機(jī)械原理第三章運(yùn)動(dòng)分析第1頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)42分，星期四內(nèi)容簡(jiǎn)介 本章主要論述了當(dāng)已知原動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)，如何確定機(jī)構(gòu)其余構(gòu)件上所研究點(diǎn)的位移、速度和加速度以及各構(gòu)件的角位移、角速度和角加速度。主要介紹了速度瞬心法和圖解法，重點(diǎn)闡述了圖解法。 第2頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)42分，星期四學(xué)習(xí)要求 了解平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析的目的和方法；掌握瞬心的概念及其在速度分析中的應(yīng)用；掌握速度和加速度分析中的矢量方程圖解法；對(duì)其它方法有一般的了解。 主要內(nèi)容第一節(jié) 概述第二節(jié) 用瞬心法作機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析第三節(jié) 運(yùn)動(dòng)分析的矢量方程圖解法第3頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20

2、日，2點(diǎn)42分，星期四第一節(jié) 概述學(xué)習(xí)要求 本節(jié)要求了解運(yùn)動(dòng)分析的目的、方法及各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)。其中，圖解法是本章的重點(diǎn)。 主要內(nèi)容 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析的目的和范圍 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析的方法 第4頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)42分，星期四機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析的目的和范圍1機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析的目的：分析現(xiàn)有機(jī)構(gòu)工作性能，檢驗(yàn)新機(jī)構(gòu)。 通過(guò)軌跡分析，確定構(gòu)件運(yùn)動(dòng)所需空間，判斷運(yùn)動(dòng)是否干涉。 通過(guò)速度分析，確定構(gòu)件的速度是否合乎要求，為加速度分析和受力分析提供必要的數(shù)據(jù)。 通過(guò)加速度分析，確定構(gòu)件的加速度是否合乎要求，為慣性力的計(jì)算提供加速度數(shù)據(jù)，。 由上述可知，運(yùn)動(dòng)分析既是綜合的基礎(chǔ)，也是力分析的基礎(chǔ)。另外，

3、還為機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)分析提供速度和加速度數(shù)據(jù)。概述第5頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)42分，星期四2機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析的范圍 不考慮引起機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的外力，機(jī)構(gòu)構(gòu)件的彈性變形和機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)副中間隙對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的影響，僅僅從幾何角度研究在原動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律已知的情況下，如何確定機(jī)構(gòu)其余構(gòu)件上各點(diǎn)的軌跡、線位移、線速度和線加速度，以及機(jī)構(gòu)中其余構(gòu)件的角位移、角速度和角加速度等運(yùn)動(dòng)參數(shù)。第6頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)42分，星期四 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析的方法1. 圖解法：形象、直觀 ，但精度不高 ； （1）相對(duì)運(yùn)動(dòng)圖解法 （2）對(duì)于速度分析，還有瞬心法2. 解析法: 效率高，速度快 ，精度高； 便

4、于對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行深入的研究。（課程設(shè)計(jì)時(shí)用） 重點(diǎn)：矢量方程圖解法 概述第7頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)42分，星期四第二節(jié) 用瞬心法作機(jī)構(gòu)的速度分析 學(xué)習(xí)要求 本節(jié)要求全面掌握瞬心的概念，熟練掌握用瞬心法對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行速度分析的方法。 主要內(nèi)容瞬心的概念和種類機(jī)構(gòu)中通過(guò)運(yùn)動(dòng)副直接相聯(lián)的兩構(gòu)件瞬心位置的確定三心定理速度瞬心法在平面機(jī)構(gòu)速度分析中的應(yīng)用本節(jié)例題 第8頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)42分，星期四瞬心的概念和種類 瞬心是瞬時(shí)等速重合點(diǎn)。瞬時(shí)，是指瞬心的位置隨時(shí)間而變；等速，是指在瞬心這一點(diǎn)，兩構(gòu)件的絕對(duì)速度相等（包括大小和方向）、相對(duì)速度為零；重合點(diǎn)，是指瞬心既在構(gòu)

5、件1上，也在構(gòu)件2上，是兩構(gòu)件的重合點(diǎn)。用瞬心法作機(jī)構(gòu)的速度分析1. 瞬心的概念圖4-1 速度瞬心第9頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)42分，星期四2. 瞬心的種類1. 絕對(duì)瞬心：構(gòu)成瞬心的兩個(gè)構(gòu)件之一固定不動(dòng)，瞬心點(diǎn)的絕對(duì)速度為零 。2. 相對(duì)瞬心：構(gòu)成瞬心的兩個(gè)構(gòu)件均處于運(yùn)動(dòng)中，瞬心點(diǎn)的絕對(duì)速度相等、相對(duì)速度為零 。 由此可知，絕對(duì)瞬心是相對(duì)瞬心的一種特殊情況。3. 機(jī)構(gòu)中瞬心的數(shù)目 設(shè)機(jī)構(gòu)中有N個(gè)（包括機(jī)架）構(gòu)件，每?jī)蓚€(gè)進(jìn)行組合，則該機(jī)構(gòu)中總的瞬心數(shù)目為 K= N(N-1) / 2 (4-1)用瞬心法作機(jī)構(gòu)的速度分析第10頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)42分，星期四

6、機(jī)構(gòu)中通過(guò)運(yùn)動(dòng)副直接相聯(lián)的兩構(gòu)件瞬心位置的確定 1.兩構(gòu)件作平面運(yùn)動(dòng)時(shí) : 如圖4-1所示,作VA2A1 和VB2B1 兩相對(duì)速度方向的垂線，它們的交點(diǎn)（圖中的P21）即為瞬心。 圖4-12.兩構(gòu)件組成移動(dòng)副:因相對(duì)移動(dòng)速度方向都平行于移動(dòng)副的導(dǎo)路方向(如圖4-2 a所示)，故瞬心P12在垂直于導(dǎo)路的無(wú)窮遠(yuǎn)處。 圖4-2a用瞬心法作機(jī)構(gòu)的速度分析 第11頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)42分，星期四3.兩構(gòu)件組成轉(zhuǎn)動(dòng)副： 兩構(gòu)件 繞轉(zhuǎn)動(dòng)中心相對(duì)轉(zhuǎn) 動(dòng)，故該轉(zhuǎn)動(dòng)副的中心便是 它們的瞬心 圖4-2b4.兩構(gòu)件組成純滾動(dòng)的高副 其接觸點(diǎn)的相對(duì)速度為零，所 以接觸點(diǎn)就是瞬心。 圖4-2 c用

7、瞬心法作機(jī)構(gòu)的速度分析第12頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)42分，星期四 用瞬心法作機(jī)構(gòu)的速度分析 5.兩構(gòu)件組成滑動(dòng)兼滾動(dòng)的高副 ： 因接觸點(diǎn)的公切線方向?yàn)橄鄬?duì)速度方向，故瞬心應(yīng)在過(guò)接觸點(diǎn)的公法線nn上（如圖4-2d所示），具體位置由其它條件來(lái)確定。 圖4-2d第13頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)42分，星期四三心定理作平面運(yùn)動(dòng)的三個(gè)構(gòu)件共有三個(gè)瞬心，它們位于同一直線上。設(shè)構(gòu)件1為機(jī)架，因構(gòu)件2和3均以轉(zhuǎn)動(dòng)副與構(gòu)件1相聯(lián)，故P12和P13位于轉(zhuǎn)動(dòng)中心，如圖所示。為了使P23點(diǎn)的構(gòu)件2和3的絕對(duì)速度的方向相同，P23不可能在M點(diǎn)，只能與P13和P12位于同一條直線上。

8、用瞬心法作機(jī)構(gòu)的速度分析第14頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)42分，星期四用瞬心法作機(jī)構(gòu)的速度分析作平面運(yùn)動(dòng)的三個(gè)構(gòu)件共有三個(gè)瞬心，它們位于同一直線上。設(shè)構(gòu)件1為機(jī)架，因構(gòu)件2和3均以轉(zhuǎn)動(dòng)副與構(gòu)件1相聯(lián)，故P12和P13位于轉(zhuǎn)動(dòng)中心，如圖所示。為了使P23點(diǎn)的構(gòu)件2和3的絕對(duì)速度的方向相同，P23不可能在M點(diǎn)，只能與P13和P12位于同一條直線上。三心定理第15頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)42分，星期四已知：構(gòu)件2的角速度2和長(zhǎng)度比例尺l ;求：VE和4=？各瞬心如圖所示，因在P24點(diǎn)，構(gòu)件2和4的絕對(duì)速度相等 ，故2 （P24 P12） l = 4 （P24 P14

9、） l ，得：速度瞬心法在平面機(jī)構(gòu)速度分析中的應(yīng)用用瞬心法作機(jī)構(gòu)的速度分析第16頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)42分，星期四本節(jié)例題已知： 構(gòu)件2的角速度2 和長(zhǎng)度 比例尺l 求：從動(dòng)件3 的速度V3；解：由直接觀察法可得P12，由三心定理可得P13和P23如圖所示。由瞬心的概念可知： 用瞬心法作機(jī)構(gòu)的速度分析第17頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)42分，星期四 第三節(jié) 運(yùn)動(dòng)分析的矢量方程圖解法學(xué)習(xí)要求： 掌握矢量方程圖解法， 能正確地列出機(jī)構(gòu)的速度和加速度矢量方程，準(zhǔn)確地繪出速度和加速度圖，并由此解出待求量。 主要內(nèi)容： 同一構(gòu)件上兩點(diǎn)間的速度和加速度關(guān)系 移動(dòng)副兩構(gòu)件

10、重合點(diǎn)間的速度關(guān)系 速度分析和加速度分析 第18頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)42分，星期四 運(yùn)動(dòng)分析的矢量方程圖解法同一構(gòu)件上兩點(diǎn)間的速度和加速度關(guān)系構(gòu)件AB作平面運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以看作隨其上任一點(diǎn)（基點(diǎn)）A 的牽連運(yùn)動(dòng)和繞基點(diǎn)A 的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。 C的絕對(duì)速度可用矢量方程表示為 :式中， 牽連速度； 是C點(diǎn)相對(duì)于A點(diǎn)的相對(duì)速度 .其大小為: ,方向如圖.C點(diǎn)的加速度可用矢量方程式表示為: 是牽連加速度, 是C點(diǎn)相對(duì)于A點(diǎn)的相對(duì)加速度 , 是法向加速度, 是切向加速度 的方向如圖, 方向平行于AC且由C指向A。 第19頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)42分，星期四 為哥氏加速度，

11、其計(jì)算公式為:其方向是將相對(duì)速度 的矢量箭頭繞箭尾沿牽連角速度的方向轉(zhuǎn)過(guò)900同一構(gòu)件上兩點(diǎn)間的速度和加速度關(guān)系（不作要求）運(yùn)動(dòng)分析的相對(duì)運(yùn)動(dòng)圖解法動(dòng)點(diǎn)B2的絕對(duì)加速度等于相對(duì)加速度、牽連加速度與哥氏加速度三者的矢量和,即 是牽連加速度； 為B2點(diǎn)相對(duì)于B1點(diǎn)的相對(duì)加速度，其方向平行于導(dǎo)路。動(dòng)點(diǎn)B2的絕對(duì)速度等于它的重合點(diǎn)的牽連速度和相對(duì)速度的矢量和，即 是牽連速度；VB2B1 為B2點(diǎn)相對(duì)于B1點(diǎn)的相對(duì)速度 ，它的方向與導(dǎo)路平行。第20頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)42分，星期四一、在同一構(gòu)件上的速度和加速度求法（基點(diǎn)法）已知：各構(gòu)件長(zhǎng)度、1構(gòu)件角速度、角加速度。第21頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)42分，星期四速度影像和加速度影像僅適用于構(gòu)件而不適用于機(jī)構(gòu)第22頁(yè)，共25頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)42分，星期四速度分析運(yùn)動(dòng)分析的相對(duì)運(yùn)動(dòng)圖解法已知：各構(gòu)件的長(zhǎng)和構(gòu)件1的位置及等角速度1求：2 ，3 和VE5解：1.取長(zhǎng)度比例尺畫出左圖a所示的機(jī)構(gòu)位置圖, 確定解題步驟:先分析級(jí)組BCD，然后再分析4、5 構(gòu)件。 對(duì)于構(gòu)件2 :VB2=VB1= 1lAB方向: CD AB CB 大小: ? ?