机械原理第三章平面机构的运动分析优秀课件.ppt

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1、机械原理第三章平面机构的运动分析第1页，本讲稿共34页第三章 平面机构的运动分析3.13.1机构运动分析的任务、目的及方法机构运动分析的任务、目的及方法机构运动分析的任务、目的及方法机构运动分析的任务、目的及方法3.2 3.2 用速度瞬心作平面机构的速度分析用速度瞬心作平面机构的速度分析3.33.33.33.3用矢量方程图解法作机构运动分析用矢量方程图解法作机构运动分析本 章 小 结第2页，本讲稿共34页v明明确确机机构构运运动动分分析析的的目目的的和和方法；方法；v理理解解速速度度瞬瞬心心（绝绝对对瞬瞬心心和和相相对对瞬瞬心心）的的概概念念，并并能能运运用用“三三心心定定理理”确确定定一一般

2、般平平面面机机构构各瞬心的位置；各瞬心的位置；v能能用用瞬瞬心心法法对对简简单单高高、低低副副进行速度分析。进行速度分析。v能能用用图图解解法法对对平平面面二二级级机机构构进行运动分析。进行运动分析。v速速度度瞬瞬心心的的概概念念和和“三三心心定定理理”的应用；的应用；v应应用用相相对对运运动动图图解解法法原原理理求求二二级级机机构构件上任意点和构件的运动参数。构构件上任意点和构件的运动参数。对对有有共共同同转转动动且且有有相相对对移移动动的的两两构构件件重重合点间的运动参数的求解。合点间的运动参数的求解。教学目标：教学目标：教学重点教学重点教学难点教学难点第3页，本讲稿共34页1.机构运动分

3、析的任务机构运动分析的任务在已知机构尺寸和原动件运动规律的情况下，确定机构中其它构件上某些点的轨轨迹迹、位位移移、速速度度及及加加速速度度和某些构件的角位移、角速度及角加速度。3.1 3.1 3.1 3.1 机构运动分析的任务、目的及方法机构运动分析的任务、目的及方法2.机构运动分析的目的机构运动分析的目的v位移、轨迹分析位移、轨迹分析 确定机构的位置，绘制机构位置图。确定机构的位置，绘制机构位置图。确定构件的运动空间，判断是否发生干涉。确定构件的运动空间，判断是否发生干涉。第4页，本讲稿共34页v速度分析速度分析 通通过过分分析析，了了解解从从动动件件的的速速度度变变化化规规律律是是否满足工

4、作要求。如牛头刨床；否满足工作要求。如牛头刨床；为加速度分析作准备。为加速度分析作准备。v加速度分析加速度分析 确定各构件及其上某些点的加速度；确定各构件及其上某些点的加速度；了解机构加速度的变化规律；了解机构加速度的变化规律；为机构的力分析打基础。为机构的力分析打基础。3.机构运动分析的方法机构运动分析的方法图解法图解法解析法解析法速度瞬心法矢量方程图解法3.1 3.1 3.1 3.1 机构运动分析的任务、目的及方法机构运动分析的任务、目的及方法机构运动分析的任务、目的及方法机构运动分析的任务、目的及方法第5页，本讲稿共34页3.2 3.2 用速度瞬心作平面机构的速度分析用速度瞬心作平面机构

5、的速度分析速度瞬心速度瞬心(瞬心瞬心):两两个个互互相相作作平平面面相相对对运运动动的的构构件件上上瞬瞬时时速速度相等的重合点。度相等的重合点。一、速度瞬心12A2(A1)B2(B1)P21 VA2A1VB2B1v相对瞬心相对瞬心重合点绝对速度不为零。重合点绝对速度不为零。v绝对瞬心绝对瞬心重合点绝对速度为零。重合点绝对速度为零。瞬心的表示瞬心的表示构件构件i 和和j 的瞬心用的瞬心用Pij表示。表示。特点：特点：绝对速度相同，相对速度为零。绝对速度相同，相对速度为零。相对回转中心。相对回转中心。该点涉及两个构件。该点涉及两个构件。第6页，本讲稿共34页二、机构中瞬心的数目若机构中有N个构件（

6、包括机架），则三、机构中瞬心位置的确定三、机构中瞬心位置的确定1）以）以转动副转动副相联相联的两构件的瞬心的两构件的瞬心12P12转动副的中心转动副的中心转动副的中心转动副的中心。2）以）以移动副移动副相联的两相联的两构件的瞬心构件的瞬心移动副导路的垂移动副导路的垂移动副导路的垂移动副导路的垂直方向上的无穷远处。直方向上的无穷远处。直方向上的无穷远处。直方向上的无穷远处。12P121.通过运动副直接相联的两构件的瞬心位置确定通过运动副直接相联的两构件的瞬心位置确定3.2 3.2 用速度瞬心作平面机构的速度分析用速度瞬心作平面机构的速度分析第7页，本讲稿共34页3）以以平面高副平面高副相联的两构

7、件的瞬心相联的两构件的瞬心 v当两高副元素作当两高副元素作纯滚动纯滚动时时瞬心在接触点上。瞬心在接触点上。瞬心在接触点上。瞬心在接触点上。t12nntv当当两两高高副副元元素素之之间间既既有有相相对对滚滚动动，又又有有相相对滑动对滑动时时瞬瞬瞬瞬心心心心在在在在过过过过接接接接触触触触点点点点的的的的公公公公法法法法线线线线 n n n n-n n n n 上上上上，具体位置需要根据其它条件确定。具体位置需要根据其它条件确定。具体位置需要根据其它条件确定。具体位置需要根据其它条件确定。V1212P123.2 3.2 用速度瞬心作平面机构的速度分析用速度瞬心作平面机构的速度分析第8页，本讲稿共3

8、4页2.不直接相联两构件的瞬心位置确定不直接相联两构件的瞬心位置确定三心定理三心定理三心定理三心定理三心定理三心定理(Kennedys theory)(Kennedys theory)三个彼此作平面平行运动的构件的三个瞬三个彼此作平面平行运动的构件的三个瞬心必位于同一直线上。心必位于同一直线上。3.2 3.2 用速度瞬心作平面机构的速度分析用速度瞬心作平面机构的速度分析第9页，本讲稿共34页四、用瞬心法进行机构速度分析 如如图图所所示示为为一一平平面面四四杆杆机机构构，（1 1）试试确确定定该该机机构构在在图图示示位位置置时时其其全全部部瞬瞬心心的的位位置置。（2 2）原原动动件件2 2以以角

9、角速速度度2 2顺顺时时针针方方向向旋旋转转时时，求求图图示示位置时其他从动件的角速度位置时其他从动件的角速度3 3、4 4。解解 1 1、首先确定该机构所有瞬心的数目、首先确定该机构所有瞬心的数目 K=N（N1）/2=4（41）/2=62 2、求出全部瞬心、求出全部瞬心例1:3.2 3.2 用速度瞬心作平面机构的速度分析用速度瞬心作平面机构的速度分析第10页，本讲稿共34页瞬瞬 心心P13、P24用用 三三心心定定理理来来求求P24P133241421234P12P34P14P233.2 3.2 用速度瞬心作平面机构的速度分析用速度瞬心作平面机构的速度分析第11页，本讲稿共34页P24P13

10、324142P12P34P14P23PP2424为构件为构件2 2、4 4等速重合点等速重合点 构件构件2 2：构件构件4 4：同理可以求得同理可以求得3.2 3.2 用速度瞬心作平面机构的速度分析用速度瞬心作平面机构的速度分析第12页，本讲稿共34页21344123图示为一曲柄滑块机构，图示为一曲柄滑块机构，设各构件尺寸为已知，又已原设各构件尺寸为已知，又已原动件动件1以角速度以角速度1，现需确定，现需确定图示位置时从动件图示位置时从动件3的移动速度的移动速度V3。P34P34解解:1 1、首首先先确确定定该该机机构构所所有有瞬瞬心的数目心的数目 K=N（N1）/2=4（41）/2=62 2

11、、求出全部瞬心、求出全部瞬心例2:3.2 3.2 用速度瞬心作平面机构的速度分析用速度瞬心作平面机构的速度分析第13页，本讲稿共34页VP13P13为构件1、3等速重合点 2134P34P343、求出3的速度3.2 3.2 用速度瞬心作平面机构的速度分析用速度瞬心作平面机构的速度分析第14页，本讲稿共34页123K图示为一凸轮机构，设各构件尺寸为已知，图示为一凸轮机构，设各构件尺寸为已知，又已原动件又已原动件2 2的角速度的角速度2 2，现需确定图示位置时，现需确定图示位置时从动件从动件3 3的移动速度的移动速度V3 3。解解：先求出构件先求出构件2 2、3 3的瞬心的瞬心P2323 P13n

12、n123P12P13P23例3:3.2 3.2 用速度瞬心作平面机构的速度分析用速度瞬心作平面机构的速度分析第15页，本讲稿共34页构件间的相对运动问题可分为两类：构件间的相对运动问题可分为两类：绝对运动绝对运动绝对运动绝对运动 =牵连运动牵连运动牵连运动牵连运动 +相对运动相对运动相对运动相对运动 v同一构件上的两点间的运动关系v两构件重合点间的运动关系AB1A(A1,A2)23.33.3矢量方程图解法作机构运动分析矢量方程图解法作机构运动分析矢量方程图解法作机构运动分析矢量方程图解法作机构运动分析一、矢量方程图解法的基本原理和作法一、矢量方程图解法的基本原理和作法 基本原理基本原理理论力学

13、理论力学运动合成原理。运动合成原理。1 1 刚体平面运动是随基点的牵连平动和饶基点相对转动的合成刚体平面运动是随基点的牵连平动和饶基点相对转动的合成2 2 点的绝对运动是牵连运动和相对运动的合成点的绝对运动是牵连运动和相对运动的合成第16页，本讲稿共34页二、同一构件上两点间的速度及加速度的关系已已知知图图示示曲曲柄柄滑滑块块机机构构原原动动件件ABAB的的运运动规律和各构件尺寸。求：动规律和各构件尺寸。求：图图示示位位置置连连杆杆BCBC的的角角速速度度和和其其上上各各点点速度。速度。连连杆杆BCBC的的角角加加速速度度和和其其上上C C点点加加速速度。度。3.33.3矢量方程图解法作机构运

14、动分析矢量方程图解法作机构运动分析第17页，本讲稿共34页（1）速度关系：速度关系：根据运动合成原理，列出速度矢量方程式：根据运动合成原理，列出速度矢量方程式：确定速度图解比例尺确定速度图解比例尺v(m/s)/mm)cb速度多边形速度多边形作图求解未知量：作图求解未知量：p极点3.33.3矢量方程图解法作机构运动分析矢量方程图解法作机构运动分析第18页，本讲稿共34页如果还需求出该构件上E点的速度VEcbp极点e速度影像原理：速度影像原理：同同一一构构件件上上若若干干点点形形成成的的几几何何图图形形与与其其速速度度矢矢量量多多边边形形中中对对应应点点构构成成的的多多边边形形相相似似，其其位位置

15、置为为构构件件上上的的几几何何图图形形沿该构件的沿该构件的 方向转过方向转过9090。3.33.3矢量方程图解法作机构运动分析矢量方程图解法作机构运动分析矢量方程图解法作机构运动分析矢量方程图解法作机构运动分析第19页，本讲稿共34页作矢量多边形。b)根据矢量方程式，取加速度比例尺图示尺寸实际加速度,/mms2ma=mbncbp极点ecp3.33.3矢量方程图解法作机构运动分析矢量方程图解法作机构运动分析第20页，本讲稿共34页由加速度多边形得：由加速度多边形得：bncpacbtacbn同同样样，如如果果还还需需求求出出该该构构件件上上E点点的的加加速速度度 aE，则，则方向：方向：？EB B

16、E大小：大小：？2 2 lBE 2 lCE同理，按照上述方法作出矢量多边形同理，按照上述方法作出矢量多边形.3.33.3矢量方程图解法作机构运动分析矢量方程图解法作机构运动分析第21页，本讲稿共34页nebncp由加速度多边形得：由加速度多边形得：方向：方向：？EB BE大小：大小：？2 2 lBE 2 lCE3.33.3矢量方程图解法作机构运动分析矢量方程图解法作机构运动分析矢量方程图解法作机构运动分析矢量方程图解法作机构运动分析第22页，本讲稿共34页1ADC1432B1三、两构件三、两构件重合点重合点重合点重合点间的速度和加速度的关系间的速度和加速度的关系4v原原原原理理理理构构件件2

17、2的的运运动动可可以以认认为为是是随随同同构构件件1 1的的牵牵连连运运动动和和构构件件2 2相相对对于于构构件件1 1的的相对运动相对运动的合成。的合成。3.33.3矢量方程图解法作机构运动分析矢量方程图解法作机构运动分析第23页，本讲稿共34页1ADC1432B41大小：大小：方向：方向：？?CDvC22)取取速速度度比比例例尺尺 v,作作速速度度多多边边形形，由速度多边形得：由速度多边形得：c2(c3)c1PvC1 ACAC ABC3.33.3矢量方程图解法作机构运动分析矢量方程图解法作机构运动分析第24页，本讲稿共34页c2(c3)c1P1ADC1432B41CakC2C1科氏加速度方

18、向科氏加速度方向将将vC2C1沿沿牵连角速度牵连角速度w w转过转过90o。aC2aC2C1+aC1=科氏加速度科氏加速度科氏加速度科氏加速度当当牵牵连连点点系系（动动参参照照系系）为为转动时，存在科氏加速度。转动时，存在科氏加速度。动系转动速度动系转动速度动系转动速度动系转动速度相对速度相对速度相对速度相对速度分析分析：3.33.33.33.3矢量方程图解法作机构运动分析矢量方程图解法作机构运动分析第25页，本讲稿共34页？Cc2(c3)c1PA441D132B1akC2C1arC2C1aC1naC1t大小：大小：方向：方向：CD CD AB？C3.33.3矢量方程图解法作机构运动分析矢量方

19、程图解法作机构运动分析第26页，本讲稿共34页c2(c3)c1PCA441D132B1akC2C1arC2C1aC1naC1tC c1 n c2(c3)k p3.33.33.33.3矢量方程图解法作机构运动分析矢量方程图解法作机构运动分析矢量方程图解法作机构运动分析矢量方程图解法作机构运动分析第27页，本讲稿共34页（顺时针）（顺时针）c2(c3)c1PCA441D132B1akC2C1arC2C1aC1naC1tC c1 n c2(c3)k parC2C13.33.3矢量方程图解法作机构运动分析矢量方程图解法作机构运动分析第28页，本讲稿共34页B123B123B123B1231B23B12

20、3B123B123无无ak无无ak有有ak有有ak有有ak 有有ak 有有ak有有ak 哥氏加速度存在的条件：2）两构件要有相对移动。1）牵连构件要有转动；3.33.3矢量方程图解法作机构运动分析矢量方程图解法作机构运动分析第29页，本讲稿共34页 如图所示为一偏心轮机构。设已知机构各构件的尺寸，并知原动件2以角速度w2等速度转动。现需求机构在图示位置时，解：解：1.画机构运动简图画机构运动简图E(E5,E6)a33a663DB2256C44xxA3.33.3矢量方程图解法作机构运动分析矢量方程图解法作机构运动分析第30页，本讲稿共34页2.速度分析速度分析：(1)求求vB:（2）求求vC:c

21、e3(e5)be6P(a、d、f)（3）求求vE3:用速度影像求解用速度影像求解（4）求求vE6:大小：大小：方向：方向：？?EF xx（5）求求w w3、w w4、w w5;/3sradBCbclvlvBCCBmmw=3.33.33.33.3矢量方程图解法作机构运动分析矢量方程图解法作机构运动分析第31页，本讲稿共34页3.加速度分析(1)求aB:(2)求求aC及及 3、4大小：大小：方向：方向：？CD CDBACB CD其方向与(3)求求aE：利用影像法求解利用影像法求解3.33.3矢量方程图解法作机构运动分析矢量方程图解法作机构运动分析第32页，本讲稿共34页(4)求aE6和6EF EF xx xx大小：大小：方向：方向：？n6ke63.33.3矢量方程图解法作机构运动分析矢量方程图解法作机构运动分析第33页，本讲稿共34页图解法图解法速度瞬心法速度瞬心法矢量方程图解法矢量方程图解法矢量方程图解法的基本原理矢量方程图解法的基本原理同一构件上两点间的速度及加速度的关系同一构件上两点间的速度及加速度的关系两构件重合点间的速度和加速度的关系两构件重合点间的速度和加速度的关系速度瞬心的定义速度瞬心的定义机构中瞬心数目和位置的确定机构中瞬心数目和位置的确定瞬心的应用瞬心的应用本 章 小 结第34页，本讲稿共34页