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文档简介
第三章平面机构的运动分析1.任务
根据机构的尺寸及原动件已知的运动规律,求构件中从动件上某点的轨迹、位移、速度及加速度和构件的角位移、角速度及角加速度。§3-1
机构运动分析的任务、目的和方法2.目的
了解已有机构的运动性能,是设计新的机械和研究机械动力性能的必要前提。3.方法主要有图解法和解析法。
两构件上的瞬时等速重合点(即同速点),§3-2
用速度瞬心法作机构的速度分析1.速度瞬心及其位置确定(1)速度瞬心
用Pij表示。绝对瞬心:vP=0相对瞬心:vP≠0机构中的瞬心总数目:K=N(N-1)/2(2)瞬心位置的确定1)由瞬心定义确定以转动副相联,瞬心在其中心处;
以移动副相联,瞬心在垂直于其导路的无穷远处;N:构件数图1图2以纯滚动高副相联,瞬心就在其接触点处;
以滚动兼滑动的高副相联,瞬心就在过其接触点处两高副元素的公法线上。2)借助三心定理确定
:彼此作平面运动的三个构件的三个瞬心必位于同一直线上。三心定理图3图4例1
求平面铰链四杆机构的瞬心解(1)K=4x3/2=6(2)确定位置2.用瞬心法作机构的速度分析例2
平面铰链四杆机构例3
平面凸轮机构例2
平面铰链四杆机构例3
平面凸轮机构小结1、对于结构简单的机构的速度分析,采用速度瞬心十分简便。2、瞬心法只能用于机构的速度分析,不能用于加速度分析。§3-3
用矢量方程图解法作机构的速度及加速度分析1同一构件上两点间的运动矢量关系
例4如图所示机构,已知各构件的尺寸,构件1的角速度ω1为常数、角加速度α1等于0。(1)求该瞬时构件3上C点的速度vc及加速度ac。(2)求该瞬时构件4上D点的速度vD及加速度aD。(1)分析:
vC(构件3)=vC(构件2),
aC(构件3)=aC(构件2),可通过2构件上B点速度和加速度求解,属于同一构件上两点之间的运动关系问题,下面我们进行解答。(1)解:由运动合成原理可知,构件2上C点的运动可认为是随基点B的平动与绕基点B的相对转动的合成,则①列速度矢量方程方向:水平⊥AB⊥BC大小:?
ω1lAB?
,画速度矢量多边形。pbc
vBvCBvCvBvCvCB
方向:水平⊥AB⊥BC大小:?
ω1lAB?
注意:这里画矢量图的过程旨在教授具体作图方法,真实值需带入数值才能确定,后同。②列加速度矢量方程
方向:水平B→A
C→B
⊥BC大小:?
ω12•
lAB(vCB)2/lBC?
,画加速度矢量多边形。pbc
vBvCBvCp'c'aBaCBaC
方向:水平B→A
C→B
⊥BC大小:?
ω12•
lAB(vCB)2/lBC?b'
小结1、几个概念①速度比例尺μv和加速度比例尺μa:画速度或加速度矢量多边形(简称速度图或加速度图)的作图比例尺,是指图上1毫米代表实际多大的速度或加速度,单位为(m/s)/mm或(m/s2)/mm。②矢量多边形:根据矢量方程,按照一定的绘图比例尺,用带箭头的线段来表示每一各矢量,线段的长短表示矢量的大小,箭头的方向表示矢量的方向,将各矢量画出并形成的图形。小结2、对速度图(加速度图)的理解①速度图(加速度图):表示机构某瞬时各点速度(加速度)的矢量图,其中,p(p’)称为速度图(加速度图)的极点,表示绝对速度(加速度)为零的点,绝对速度(加速度)的矢量都是从p
(p’)
点引出的,而连接绝对速度(加速度)矢量末端的矢量,为相对速度(加速度)的矢量。③画速度图(加速度图)时,先选取适当的比例尺,然后根据矢量方程,从已知的绝对矢量开始画起。
例4如图所示机构,已知各构件的尺寸,构件1的角速度ω1为常数,(2)求该瞬时构件4上D点的速度vD及加速度aD。方向:?⊥AB⊥BD大小:?
ω1lAB?
(2)解:同样根据同一构件上两点之间的运动关系①列速度矢量方程pbc
vBvDCvC
dvDvDBvCBpbcvBvCBvCdvD△利用速度影像法求同一构件上任意一点的速度(1)速度影像发现△bcd∽△BCD,我们把速度图中的△bcd称为机构图形中△BCD的速度影像。(2)速度影像法使用的条件当已知同一构件上两点的速度时,则该构件上其他任一点的速度便可利用速度影像法求出。(3)速度影像法的使用要点:在速度图中画出机构图形的相似三角形,且顶点绕向一致。如△bcd∽△BCD,BCD是逆时针绕向,bcd也是逆时针绕向。
p'c'aBaCBaCb'
同理,可以利用加速度影像法求同一构件上任意一点的加速度。加速度影像的概念、使用条件和方法,均和速度影像法相同。②利用加速度影像法求D点的加速度已知构件2上B点和C点的加速度,求构件2上D点的加速度,可以利用加速度影像法。在加速度图中,作△b′c′d′∽△BCDd'aD如图所示,矢量p′d′即为aD所对应的矢量。第三章平面机构的运动分析§3-3
用矢量方程图解法作机构的速度及加速度分析科氏加速度的大小:aD5D4=2ω4vD5D4;k
方向:右手法则。2两构件上重合点间的运动矢量关系
理论力学关于点的合成运动的运动学知识例4如图所示机构,已知各构件的尺寸,构件1的角速度ω1为常数、角加速度α1为零,求该瞬时构件5的角速度ω5及角加速度α5。分析:5构件绕F点作定轴转动,为求5构件的角速度,就得求出5构件上一点的速度;求5构件的角加速度,就得求出5构件上一点的切向加速度。
方向:
?√⊥DE大小:?√?不可解!方向:⊥DF√//FE大小:?√?
方向:⊥DF√//FE大小:?√?pbcvBvCBvCd4vD4补画速度图,如图所示。d5vD5vD5D4
∴ω5=vD5/lDF,()问:该机构中4构件角速度ω4与5构件的角速度ω5有什么关系?ω4
>ω5ω4
=ω5ω4
<ω5视情况而定ABCD提交单选题10分方向:D→F
⊥DF√//FE⊥FE↗大小:ω52•lDF
?√?2ω4vD5D4
补画加速度图,如图所示。
p'c'aBaCBaCb'
d4'k'nD5d5''nD5''
,()
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