机械原理与机械设计

典型例题一：如图所示为一摇动筛的机构运动简图。设已知各构件的尺寸，并知原动件2以等角速度w2回转。要求(yāoqiú)作出机构在图示位置时的速度多边形。3-4瞬心法和矢量(shǐliàng)方程图解法的综合运用作机构速度多边形的关键应首先定点C速度的方向(fāngxiàng)。定点C速度的方向(fāngxiàng)关键是定出构件4的绝对瞬心P14的位置。根据三心定理可确定构件4的绝对瞬心P14。对于某些复杂机构，单独运用瞬心法或矢量方程图解法解题时，都很困难，但将两者结合起来用，将使问题的到简化。解题分析：这是一种结构比较复杂的六杆机构(III级机构)。123465ABCEDGFw2第一页，共26页。123465ABCEDGFw2解题(jiětí)步骤：1.确定(quèdìng)瞬心P14的位置2.图解法求vC、

vD123456K=N（N－1）/2=6（6－1）/2=15P14vC的方向垂直P16P15P64P45pebdc3.利用(lìyòng)速度影像法作出vE第二页，共26页。典型(diǎnxíng)例题二：图示为由齿轮－连杆组合机构。原动齿轮2绕固定轴线O转动，齿轮3同时与齿轮2和固定不动的内齿轮1相啮合。在齿轮3上的B点铰接着连杆5。现已知各构件的尺寸，求机构在图示位置时构件6的角速度w6。P13为绝对(juéduì)瞬心P23为相对瞬心

解：kg3g2acP13P23(o,d,e)g1,pb第三页，共26页。一、矢量(shǐliàng)方程解析法1.矢量(shǐliàng)分析的有关知识其中(qízhōng)：l－矢量的模，θ－幅角，各幺矢量为：则任意平面矢量的可表示为：幺矢量—单位矢量－矢量L的幺矢量，－切向幺矢量

－法向幺矢量，－x轴的幺矢量

－y轴的幺矢量

θLjiyxetenije3-5用解析法作机构的运动分析第四页，共26页。θLjiyxetenije微分(wēifēn)关系：相对速度(xiānɡduìsùdù)相对(xiāngduì)加速度将定杆长L对时间分别取一次导数和二次导数，可得A点相对于O点的相对速度和相对加速度。第五页，共26页。幺矢量(shǐliàng)点积运算：第六页，共26页。3.位置分析列机构(jīgòu)矢量封闭方程2.用矢量方程解析(jiěxī)法作平面机构的运动分析图示四杆机构，已知机构各构件尺寸及原动件1的角位移θ1和角速度(sùdù)ω1，现对机构进行位置、速度(sùdù)、加速度(sùdù)分析。分析步骤：2.标出杆矢量xy求解q3消去q21.建立坐标系将等式两边各自点积第七页，共26页。ABC同理求q2说明：q2及q3均有两个解，可根据机构的初始安装情况(qíngkuàng)和机构传动的连续性来确定其确切值。第八页，共26页。4.速度(sùdù)分析（同vC=vB+vCB）求导用e2点积用e3点积第九页，共26页。5.加速度分析(fēnxī)求导用e2点积用e3点积同理得第十页，共26页。二、复数(fùshù)法杆矢量(shǐliàng)的复数表示：机构矢量封闭(fēngbì)方程为速度分析求导加速度分析求导xy位置分析第十一页，共26页。位置(wèizhi)分析三、矩阵(jǔzhèn)法利用复数(fùshù)法的分析结果只有q2和q3为未知，故可求解。求导变形变形求导加速度矩阵形式加速度分析速度分析速度分析矩阵形式第十二页，共26页。解析法作机构运动分析的关键：正确建立机构的位置(wèizhi)方程。至于速度分析和加速度分析只不过是对位置(wèizhi)方程作进一步的数学运算而已。速度(sùdù)方程的一般表达式：其中[A]－－机构从动件的位置参数(cānshù)矩阵；{ω}－－机构从动件的角速度矩阵；{B}－－机构原动件的位置参数矩阵；ω1

－－机构原动件的角速度。加速度方程的一般表达式：{α}－－机构从动件的加角速度矩阵；[A]＝d[A]/dt；[B]＝d[B]/dt；[A]{α}=-[A]{ω}+ω1{B}[A]{ω}=ω1{B}

该方法的缺点是对于每种机构都要作运动学模型的推导，模型的建立比较繁琐。第十三页，共26页。用矩阵法求连杆上点P的位置(wèizhi)、速度和加速度xyPba第十四页，共26页。用解析法作机构的运动分析(fēnxī)小结：机构运动(yùndòng)分析转换成写标量(biāoliàng)建立坐标系标出杆矢量机构位置、速度、加速度分析列矢量封闭方程式矢量方程解析法复数法矩阵法第十五页，共26页。四、典型(diǎnxíng)例题分析如图所示为一牛头刨床的机构运动简图.设已知各构件的尺寸为:

原动件1的方位角和等角速度.求导杆3的方位角,角速度及角加速度和刨头5上点E的位移

及加速度.

要求(yāoqiú)分别用矢量方程解析法和矩阵法求解。第十六页，共26页。矢量方程(fāngchéng)解析法1.建立(jiànlì)一直角坐标系2.标出各杆矢及方位角.共有四个未知量

3.未知量求解(qiújiě)（1）求由封闭图形ABCA列矢量方程

第十七页，共26页。用i和j点积求导用e3点积用点积第十八页，共26页。求导求导用e3点积用点积第十九页，共26页。（2）求

由封闭(fēngbì)图形CDEGC可得用i和j点积第二十页，共26页。求导用e4点积用j点积求导第二十一页，共26页。矩阵(jǔzhèn)法由该机构的两个(liǎnɡɡè)矢量封闭形将位移方程对时间取一次导数(dǎoshù)得速度矩阵未知量可求第二十二页，共26页。将位移(wèiyí)方程对时间取二次导数，得加速度矩阵由计算机计算，可得机构(jīgòu)运动线图第二十三页，共26页。位置(wèizhi)线图速度(sùdù)线图加速度线图第二十四页，共26页。图解法速度(sùdù)瞬心法矢量(shǐliàng)