机械原理02第三章运动分析.ppt

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1、第三章第三章 平面机构的运动分析平面机构的运动分析内容简介内容简介 本章主要论述了当已知原动件的运本章主要论述了当已知原动件的运动规律时，如何确定机构其余构件上所动规律时，如何确定机构其余构件上所研究点的研究点的位移、速度和加速度位移、速度和加速度以及各构以及各构件的件的角位移、角速度和角加速度角位移、角速度和角加速度。主要。主要介绍了介绍了速度瞬心法和图解法速度瞬心法和图解法，重点阐述，重点阐述了图解法。了图解法。学习要求学习要求 了解平面机构运动分析的目的和方法；掌握瞬心的概念及了解平面机构运动分析的目的和方法；掌握瞬心的概念及其在速度分析中的应用；掌握速度和加速度分析中的其在速度分析中的

2、应用；掌握速度和加速度分析中的矢量方矢量方程图解法程图解法；对其它方法有一般的了解。；对其它方法有一般的了解。主要内容主要内容第一节第一节 概述概述第二节第二节 用瞬心法作机构的运动分析用瞬心法作机构的运动分析第三节第三节 运动分析的矢量方程图解法运动分析的矢量方程图解法第一节第一节 概述概述学习要求学习要求 本节要求了解运动分析的目的、方法及各种方法的优缺点。本节要求了解运动分析的目的、方法及各种方法的优缺点。其中，图解法是本章的重点。其中，图解法是本章的重点。主要内容主要内容 机构运动分析的目的和范围机构运动分析的目的和范围 机构运动分析的方法机构运动分析的方法 机构运动分析的目的和范围机

3、构运动分析的目的和范围1 1机构运动分析的目的：分析现有机构工作性能，检验新机构。机构运动分析的目的：分析现有机构工作性能，检验新机构。通过通过轨迹分析轨迹分析，确定构件运动所需空间，判断运动是否干涉。确定构件运动所需空间，判断运动是否干涉。通过通过速度分析速度分析，确定构件的速度是否合乎要求，为加速度分析确定构件的速度是否合乎要求，为加速度分析和受力分析提供必要的数据。和受力分析提供必要的数据。通过通过加速度分析加速度分析，确定构件的加速度是否合乎要求，为惯性力确定构件的加速度是否合乎要求，为惯性力的计算提供加速度数据，。的计算提供加速度数据，。由上述可知，由上述可知，运动分析既是综合的基础

4、，也是力分析的基础运动分析既是综合的基础，也是力分析的基础。另外，还为机械系统的动力学分析提供速度和加速度数据。另外，还为机械系统的动力学分析提供速度和加速度数据。概述概述2 2机构运动分析的范围机构运动分析的范围 不考虑引起机构运动的外力，机构构件的弹性变形不考虑引起机构运动的外力，机构构件的弹性变形和机构运动副中间隙对机构运动的影响，仅仅从几和机构运动副中间隙对机构运动的影响，仅仅从几何角度研究在原动件的运动规律已知的情况下，如何角度研究在原动件的运动规律已知的情况下，如何确定机构其余构件上何确定机构其余构件上各点的轨迹、线位移、线速各点的轨迹、线位移、线速度和线加速度度和线加速度，以及机

5、构中其余构件的，以及机构中其余构件的角位移、角角位移、角速度和角加速度速度和角加速度等运动参数。等运动参数。机构运动分析的方法机构运动分析的方法1.图解法图解法：形象、直观形象、直观，但精度不高，但精度不高；（1）相对运动图解法）相对运动图解法 （2）对于）对于速度分析速度分析，还有，还有瞬心法瞬心法2.解析法解析法:效率高，速度快效率高，速度快，精度高；，精度高；便于对机构进行深入的研究。便于对机构进行深入的研究。（课程设计时用课程设计时用）重点：矢量方程图解法重点：矢量方程图解法 概述概述第二节第二节 用瞬心法作机构的速度分析用瞬心法作机构的速度分析 学习要求学习要求 本节要求全面掌握瞬心

6、的概念，熟练掌握用瞬心法对机本节要求全面掌握瞬心的概念，熟练掌握用瞬心法对机构进行速度分析的方法。构进行速度分析的方法。主要内容主要内容瞬心的概念和种类瞬心的概念和种类机构中通过运动副直接相联的两构件瞬心位置的确定机构中通过运动副直接相联的两构件瞬心位置的确定三心定理三心定理速度瞬心法在平面机构速度分析中的应用速度瞬心法在平面机构速度分析中的应用本节例题本节例题 瞬心的概念和种类瞬心的概念和种类 瞬心是瞬心是瞬时等速重合点瞬时等速重合点。瞬时，。瞬时，是指瞬心的位置随时间而变；等是指瞬心的位置随时间而变；等速，是指在瞬心这一点，两构件速，是指在瞬心这一点，两构件的绝对速度相等（包括大小和方的绝

7、对速度相等（包括大小和方向）、相对速度为零；重合点，向）、相对速度为零；重合点，是指瞬心既在构件是指瞬心既在构件1上，也在构件上，也在构件2上，是两构件的重合点。上，是两构件的重合点。用瞬心法作机构的速度分析用瞬心法作机构的速度分析1.瞬心的概念瞬心的概念图图4-1 速度瞬心速度瞬心2.瞬心的种类瞬心的种类1.绝对瞬心绝对瞬心：构成瞬心的两个构件之一固定不动，瞬心点的绝构成瞬心的两个构件之一固定不动，瞬心点的绝对速度为零对速度为零。2.相对瞬心相对瞬心：构成瞬心的两个构件均处于运动中，瞬心点的绝构成瞬心的两个构件均处于运动中，瞬心点的绝对速度相等、相对速度为零对速度相等、相对速度为零。由此可知

8、，绝对瞬心是相对瞬心的一种特殊情况由此可知，绝对瞬心是相对瞬心的一种特殊情况。3.机构中瞬心的数目机构中瞬心的数目 设机构中有设机构中有N个（包括机架）构件，每两个进行组合，则该个（包括机架）构件，每两个进行组合，则该机构中总的瞬心数目为机构中总的瞬心数目为 K=N(N-1)/2 (4-1)用瞬心法作机构的速度分析用瞬心法作机构的速度分析机构中通过运动副直接相联的两构件瞬心位置的确定机构中通过运动副直接相联的两构件瞬心位置的确定 1.两构件作平面运动时两构件作平面运动时:如图如图4-1所示所示,作作VA2A1 和和VB2B1 两两相对速度方向的垂线，它们的交相对速度方向的垂线，它们的交点（图中

9、的点（图中的P21）即为瞬心。）即为瞬心。图4-12.两构件组成移动副两构件组成移动副:因相对移动速度方向都平行于移动因相对移动速度方向都平行于移动副的导路方向副的导路方向(如图如图4-2 a所示所示)，故，故瞬心瞬心P12在垂直于导路的无穷远处。在垂直于导路的无穷远处。图4-2a用瞬心法作机构的速度分析用瞬心法作机构的速度分析 3.两构件组成转动副两构件组成转动副：两构件两构件 绕转动中心相对转绕转动中心相对转 动，故该转动副的中心便是动，故该转动副的中心便是 它们的瞬心它们的瞬心 图4-2b4.两构件组成纯滚动的高副两构件组成纯滚动的高副 其接触点的相对速度为零，所其接触点的相对速度为零，

10、所 以接触点就是瞬心以接触点就是瞬心。图4-2 c用瞬心法作机构的速度分析用瞬心法作机构的速度分析 用瞬心法作机构的速度分析用瞬心法作机构的速度分析 5.两构件组成滑动兼滚动的高副两构件组成滑动兼滚动的高副：因接触点的公切线方向为相对速度方向，故瞬心应在过接触因接触点的公切线方向为相对速度方向，故瞬心应在过接触点的公法线点的公法线nn上（如图上（如图4-2d所示），具体位置由其它条件来所示），具体位置由其它条件来确定。确定。图4-2d三心定理三心定理作平面运动的三个构件共有作平面运动的三个构件共有三个瞬心，它们位于同一直三个瞬心，它们位于同一直线上。线上。设构件设构件1为机架，因构件为机架，因

11、构件2和和3均以转动副与构件均以转动副与构件1相联，相联，故故P12和和P13位于转动中心，如位于转动中心，如图所示。为了使图所示。为了使P23点的构件点的构件2和和3的绝对速度的方向相同，的绝对速度的方向相同，P23不可能在不可能在M点，只能与点，只能与P13和和P12位于同一条直线上位于同一条直线上。用瞬心法作机构的速度分析用瞬心法作机构的速度分析用瞬心法作机构的速度分析用瞬心法作机构的速度分析作平面运动的三个构件共有作平面运动的三个构件共有三个瞬心，它们位于同一直三个瞬心，它们位于同一直线上。线上。设构件设构件1为机架，因构件为机架，因构件2和和3均以转动副与构件均以转动副与构件1相联，

12、相联，故故P12和和P13位于转动中心，如位于转动中心，如图所示。为了使图所示。为了使P23点的构件点的构件2和和3的绝对速度的方向相同，的绝对速度的方向相同，P23不可能在不可能在M点，只能与点，只能与P13和和P12位于同一条直线上位于同一条直线上。三心定理三心定理已知：构件已知：构件2的角速度的角速度2和和长度比例尺长度比例尺l;求：求：VE和和4=？各瞬心如各瞬心如图所示，因所示，因在在P24点，点，构件构件2和和4的绝对速度相等的绝对速度相等，故，故2（P24 P12）l=4（P24 P14）l，得：，得：速度瞬心法在平面机构速度分析中的应用速度瞬心法在平面机构速度分析中的应用用瞬心

13、法作机构的速度分析用瞬心法作机构的速度分析本节例题本节例题已知已知：构件构件2的角速度的角速度2 和和长长度度 比例尺比例尺l 求：从动件求：从动件3 的速度的速度V3；解：由直接观察法可得解：由直接观察法可得P12，由，由三心定理可得三心定理可得P13和和P23如图所如图所示。由瞬心的概念可知：示。由瞬心的概念可知：用瞬心法作机构的速度分析用瞬心法作机构的速度分析 第三节第三节 运动分析的矢量方程图解法运动分析的矢量方程图解法学习要求：学习要求：掌握矢量方程图解法，掌握矢量方程图解法，能正确地列出机构能正确地列出机构的速度和加速度矢量方程，准确地绘出速度和的速度和加速度矢量方程，准确地绘出速

14、度和加速度图，并由此解出待求量。加速度图，并由此解出待求量。主要内容：主要内容：同一构件上两点间的速度和加速度关系同一构件上两点间的速度和加速度关系 移动副两构件重合点间的速度关系移动副两构件重合点间的速度关系 速度分析和加速度分析速度分析和加速度分析 运动分析的矢量方程图解法运动分析的矢量方程图解法同一构件上两点间的速度和加速度关系同一构件上两点间的速度和加速度关系构件构件AB作平面运动时，可以看作随作平面运动时，可以看作随其上任一点（基点）其上任一点（基点）A 的牵连运的牵连运动和绕基点动和绕基点A 的相对转动。的相对转动。C的的绝对速度可用矢量方程表示为绝对速度可用矢量方程表示为:式中，

15、式中，牵连速度；牵连速度；是是C点相对点相对于于A点的相对速度点的相对速度.其大小为其大小为:,方向如图方向如图.C点的加速度可用矢量方程式表示为点的加速度可用矢量方程式表示为:是牵连加速度是牵连加速度,是是C点相对于点相对于A点点的相对加速度的相对加速度,是法向加速度是法向加速度,是切向加速度是切向加速度 的方向如图的方向如图,方向平行于方向平行于AC且由且由C指向指向A。为哥氏加速度，其计算公为哥氏加速度，其计算公式为式为:其方向是将相对速度其方向是将相对速度 的矢量的矢量箭头绕箭尾沿牵连角速度的方向转箭头绕箭尾沿牵连角速度的方向转过过90900 0同一构件上两点间的速度和加速度关系同一构

16、件上两点间的速度和加速度关系（不作要求）（不作要求）运动分析的相对运动图解法运动分析的相对运动图解法动点动点B2的绝对加速度等于相对加速度的绝对加速度等于相对加速度、牵连加速度与哥氏加速度三者的矢、牵连加速度与哥氏加速度三者的矢量和量和,即即 是牵连加速度；是牵连加速度；为为B2点相对点相对于于B1点的相对加速度，其方向平行于点的相对加速度，其方向平行于导路。导路。动点动点B2的绝对速度等于它的重合点的的绝对速度等于它的重合点的牵连速度和相对速度的矢量和，即牵连速度和相对速度的矢量和，即 是牵连速度；是牵连速度；VB2B1 为为B2点相对点相对于于B1点的相对速度点的相对速度，它的方向与导，它

17、的方向与导路平行。路平行。一、在同一构件上的速度和加速度求法（基点法）一、在同一构件上的速度和加速度求法（基点法）已知：各构件长度、已知：各构件长度、1构件角速度、角加速度。构件角速度、角加速度。速度影像和加速度影像速度影像和加速度影像仅适用于仅适用于构件而构件而不适用于不适用于机构机构速度分析速度分析运动分析的相对运动图解法运动分析的相对运动图解法已知：各构件的长和构件已知：各构件的长和构件1 1的位置及等角速度的位置及等角速度1 1求：求：2 2 ，3 3 和和V VE5E5解：解：1.1.取长度比例尺画出左图取长度比例尺画出左图a a所所示的机构位置图示的机构位置图,确定解题步骤确定解题步骤:先分析先分析级组级组BCDBCD，然后再分析，然后再分析4 4、5 5 构件。构件。对于构件对于构件2:V2:VB2B2=V=VB1B1=1 1l lABAB方向方向:CD AB CB :CD AB CB 大小大小:?:?对于构件对于构件4 4和和5:5:方向方向:EF EF:EF EF 大小大小:?:?加速度分析加速度分析已知已知:各构件的长度和各速度参各构件的长度和各速度参数求数求:a:aE4E4解解:对于构件对于构件2:2:方向方向:CD CD BA AB CB CB:CD CD BA AB CB CB 大小大小:?0?:?0?