平面机构的运动分析教案.doc

1、1机械原理课程讲稿授课题目（教学章、节或主题）：第三章 平面机构的运动分析授课方式（请打） 理论课 讨论课实验课习题课其他课时安排教学要求：1、明确机构运动分析的内容及方法。2、深入理解速度瞬心(绝对瞬心和相对瞬心)的概念，并能运用“三心定理”确定一般平面机构各瞬心的位置。3、能用图解法(瞬心法和相对运动图解法)对平面级构机进行运动分析。4、能用解析法对平面级机构进行运动分析。教学重点、难点及关键知识点：1）速度瞬心及“三心定理”的运用；2） 平面级机构速度及加速度矢量方程的图解法；3） 机构位置方程的建立。方法及手段讲解时可利用黑板画图，边 讲，边提问、边讨论，边作图，要使学生自始至终参与图

2、解过程。或采用多媒体，逐步显示作图过程，讲述图解法分析过程。教学基本内容（教学过程） 改进设想第 一 节 机 构 运 动 分 析 的 目 的 和 方 法一 、 内 容 从 运 动 学 的 角 度 ， 在 几 何 参 数 为 已 知 的 机 构 中 ， 据给 定 的 原 动 件 运 动 规 律 ， 确 定 机 构 中 其 它 构 件 的 角 位 移 、 角速 度 和 角 加 速 度 ， 以 及 其 上 任 一 点 的 位 移 、 轨 迹 、 速 度 和 加速 度 。二 、 目 的分 析 、 标 定 机 构 的 性 能 指 标 。位 移 轨 迹 分 析 1、 能 否 实 现 预 定 位 置 、 轨

3、 迹 要 求 ；2、 确 定 行 程 、 运 动 空 间 ；3、 是 否 发 生 干 涉 ；4、 确 定 外 壳 尺 寸 。速 度 分 析 1、 加 速 度 分 析 及 确 定 机 器 动 能 和 功 率 的 基 础 ；2、 了 解 从 动 件 速 度 的 变 化 能 否 满 足 工 作 要 求 ；牛 头 刨 床 工 作 行 程 接 近 等 速 运 动 ；空 回 程 急 回 运 动 。加 速 度 分 析确 定 惯 性 力 ， 保 证 高 速 机 械 和 重 型机 械 的 强 度 、 振 动 和 动 力 性 能 良 好 。2机械原理课程讲稿第二节图解法作机构的运动分析一、速度瞬心法1、定义作平面

4、运动的两构件，在某一瞬间，可视为绕某一重合点的相对转动，该重合点称瞬时回转中心或瞬时速度中心，简称瞬心。特点相对速度为零，绝对速度相等。简单定义作平面相对运动的两构件的等速重合点。2、分类绝对瞬心:两构件上绝对速度、相对速度都为零，两构件之一为固定件，其瞬心速度为零。相对瞬心:两构件均运动，相对速度为零，绝对速度相等。3、瞬心的数目 K 设机构中构件数为 N，则4、瞬心的求法1）两构件由运动副联接a:转动副的中心即为瞬心b.移动副瞬心在移动方向垂线的无穷远处2)1(2Nc（排列组合）相对速度平行于导路。三 、 分 析 方 法 图 解 法 形 式 直 观 ， 精 度 低 ；解 析 法 计 算 准

5、 确 （ 数 学 模 型 +计 算 机 ）实 验 法 方 便 简 单3机械原理课程讲稿c.纯滚动的高副，瞬心即接触点。d.滑动兼滚动的高副瞬心位于过接触点的公法线 n-n 上，位置视其它条件而定。2）两构件不直接相联，利用三心定理证明：反证法（说明）求 P23。动画演示作平面运动的三个构件具有三个瞬心，它们必位于同一直线上。若P 23位于 P12、P 13连线外的一点K，则永远无法保证绝对速度相等，只有位于连线上，V K2、V K3方向才一致。4机械原理课程讲稿例:1)铰链四杆机构例：图示的平面四杆机构中，已知：各构件的尺寸，主动件 2 以角速度2 等速回转，求：从动件 4 的角速度 4。为后

6、面学习打基础5机械原理课程讲稿便于齿轮机构和凸轮机构的理解6机械原理课程讲稿二 、 相 对 运 动 图 解 法阐 述 ： 据 运 动 合 成 原 理列 出 构 件 上 相 应 点 间 相 对运 动 关 系 的 矢 量 方 程 式按 比 例 作 矢量 多 边 形求 解 机 构 运 动 参 数两 类 问 题 ：1、 同 一 构 件 上 两 点 间 的 关 系 （ 速 度 、 加 速 度 ）运 用 刚 体 的 平 面 运 动 原 理求 任 意 两 点 的 运 动 关 系 。（ 即 刚 体 的 平 面 运 动 是 随 基 点的 移 动 与 绕 基 点 转 动 的 合 成 ）铰 链 四 杆 机 构 ，

7、已 知 原 动 件 O1A（ 2、 2） ， 以 连杆 3为 研 究 对 象 ， 分 析 同 一 构 件 上 两 点 间 的 速 度 、 加速 度 关 系 。1） 速 度 关 系a. 取 A为 基 点 ， 列 B点 的 速 度 矢 量 方 程 式 BAABvv大 小方 向 ？ Ol12?21b.按 比 例 作 速 度 矢 量 多 边 形任 取 一 点 p， 速 度 比 例 尺 )(/mpasvVAvBpbvvBAb7机械原理课程讲稿逐线演示P abcabPc. 列 C点 的 速 度 矢 量 方 程 式 CBBCAAC vvv大 小 ：方 向 ： ？ ?vcpv BACBAVabpcbVpa代

8、表代 表代 表代 表概 念 ： 速 度 多 边 形点 p与 各 绝 对 速 度 矢 端 构 成 的 图 形 pabc。点 为 速 度 极 点 ， 代 表 构 件 上 速 度 为 零 的 点 。注 意 ：1） 由 极 点 引 出 的 矢 量 代 表 构 件 上 同 名 点 的 绝 对 速 度CBAVpcpbVpa;2） 连 接 任 意 两 绝 对 速 度 矢 端 代 表 构 件 上 同 名 点 的 相对 速 度 ， 指 向 与 速 度 下 标 相 反 。BACBCAabbcac;逐线演示8机械原理课程讲稿图 形 abc为 构 件 图 形 ABC的 速 度 影 像 ， 字 母顺 序 相 同 ， 逆

9、 时 针 方 向 。 为 构 件 图 形 沿 3方 向 旋转 90， 利 用 影 像 法 可 方 便 地 求 出 点 的 速 度 。BvABllsmv)/(3 方 向 逆 时 针 （ 将 ab平 移 ）1） 加 速 度 关 系 (以 A为 基 点 )列 B点 的 加 速 度 矢 量 方 程 式 BAABaa大 小 :方 向 : ？ ?BO2AO1AB按 比 例 作 加 速 度 矢 量 多 边 形任 取 一 点 Q作 为 加 速 度 极 点 ，)()/msa图 长实 际 加 速 度 2 tBAnBAtAnAtBnBaBOlv22 AOl12Ol12BAv221加 速 度 比 例 尺 Qb bca

10、ac”b”c结 论 : tBAntAntBn aaa nBatB1)加 速 度 多 边 形 由 点 Q及 各 绝对 加 速 度 矢 端 构 成 的 图 形 abc。2） ,cQba代 表 构 件 上 同 名 点 的 绝对 加 速 度 。3） 连 接 两 个 绝 对 加 速 度 矢 端 的 矢 量代 表 构 件 同 名 点 的 相 对 加 速 度 ，指 向 与 相 对 加 速 度 的 下 角 标 相 反 。CBCABA acbacab法 向 、 切 向 加 速 度 用 虚 线 表 示 。 逐线演示9机械原理课程讲稿4） 连 杆 3的 角 加 速 度 ABaABtlbla“3 为 逆 时 针得平

11、移 到 点的 矢 量将 3,btB5） 加 速 度 影 像同 速 度 影 像 ， abc与 ABC形状 相 似 ， 顺 序 一 致 。 图 形 abc称 构 件 图 ABC的 加 速 度 影 像 。速 度 影 像 、 加 速 度影 像 只 能 用 于 同 一构 件 上 的 各 点 。两 类 问 题 ：1、 同 一 构 件 上 两 点 间 的 关 系 （ 速 度 、 加 速 度 ）2、 两 构 件 重 合 点 的 运 动 关 系 （ 点 的 复 合 运 动 ）已 知 ： 原 动 件 2， 角 速 度2及 角 加 速 度 ， 滑 块 与导 杆 重 合 点 A3、 4。求 ： 构 件 4的 角 速

12、度 4与角 加 速 度 。10机械原理课程讲稿1） 速 度 关 系取 A4为 动 点 ， 将 动 系 固 接 在 滑 块 3上 。列 动 点 的 速 度 矢 量 方 程 式3434 AAAvv大 小方 向 ？ 21Ol?2212/b.按 比 例 v作 速 度 矢 量 多 边 形 A4的 绝对 速 度 牵 连速 度 相 对速 度444aPsmpvvA: )/(方 向 顺 时 针方 向 :244AOlva3(2)Pa4bvB可 用 影 像 法 （ 直 线 影 像 ） bPsmpbvB :)/(方 向11机械原理课程讲稿1） 加 速 度 关 系 343444 AAtAnA aaa全 加 速 度 分

13、解rKtAnAtAnA AAaaaaa 343444 33 大 小 :方 向 :224OL?212AOL21AO343v?2221212/O2A哥 氏 加 速 度 (力 学 叉 乘 )方 向 :相 对 速 度 方 向 沿 牵 连 角速 度 4方 向 转 90度 。取 a作 加 速 度 图 ,加 速 度 极 点 为 Q(a”2)3 Q(a2)3 ka”4a4bB点 加 速 度 可由 加 速 度 影像 法 求 出 。 )/( 244 smaatA AO2/24 124LAOt 顺 时 针)/( 2sQaabB方 向 Q到 b当 w4=0或 vA43=0时 ， 哥 氏 加 速 度 为 零 ， 为 正

14、 弦 机 构 。12机械原理课程讲稿举 例 ： 仅 列 解 题 思 路例 1：ABC3（ 5、 C6）C6D同 一 构 件上 的 点 影 像 法 重合点 影 像 法例 2：求 滑 块 6的 速 度 、 加 速 度 。A2（ 3） A4BC重 合 点 影 像 法同 一 构 件 上 的 点vC、 a即 滑 块 6的 速 度 、加 速 度 vC6、 aC。缩 短 构 件13机械原理课程讲稿第三节解析法进行机构运动分析 解 析 法 的 关 键 ：机 构 未 知 运 动 参 数 已 知 运 动 参 数 、 尺 寸 参 数函 数 关 系步 骤 ： 建 立 机 构 位 置 方 程对 位 置 方 程 求 导

15、得 速 度 方 程对 速 度 方 程 求 导 得 加 速 度 方 程主 要 方 法 ： 矩 阵 法杆 组 法矩 阵 法 ：以 四 杆 机 构 为 例 。设 已 知 名 构 件 的尺 寸 ， 当 原 动 件1以 等 角 速 度 回转 ， 试 求 在 图 示位 置 时 ， 从 动 件2、 3的 角 位 移 、角 速 度 及 角 加 速度 。 解 ： 建 立 坐 标 系各 构 件 用 矢 量 表 示 ， 取 x轴 正 向 与 l4一 致 ， 规定 x 轴 的 正 向 为 各 构 件 转 角 的 起 始 线 。14机械原理课程讲稿机 构 看 作 封 闭 矢 量 多 边 形 ，列 矢 量 方 程 ：1）

16、 位 置 方 程2、 3未 知 ， 可 求 。） 速 度 方 程 （ 对 位 置 方 程 求 导 ） 矩 阵 方 程只 有 速 度 列 阵 未 知 ， 调 用 线 性 方 程 组 的 子 程 序 求 解 。3） 加 速 度 方 程 （ 对 速 度 方 程 求 导 ）15机械原理课程讲稿矩 阵 法 对 不 同 的 机 构 需 列 不 同 的 方 程 ， 繁 复 。杆组法： 分 别 建 立 构 件 与 常 用 基 本 杆 组 的 位 置 、 速 度 及 加 速 度 方 程编 成 计 算 机 子 程 序分 析 机 构 时 ， 程 序 依 运动 传 递 顺 序 拼 接编 成 主 程 序 ， 输 入 已

17、 知 参 数 ，求 未 知 运 动 参 数特 点 ： 不 是 针 对 某 一 机 构 建 立 ， 具 有 较 大 的 通 用 性 与适 用 性 。注 意 ： 分 清 基 本 杆 组 ， 正 确 搭 配 。本章作业：3-1 3-3 3-5练习 3-216机械原理课程讲稿17机械原理课程讲稿第四节机构运动线图简介 一 、 定 义机 构 中 的 从 动 件 的 运 动 量 （ s、 v、 a)随 原 动 件位 置 或 时 间 的 变 化 曲 线 。 A:原 动 件 在 某 一 位 置 ；B:机 构 的 一 个 运 动 循 环 。例 ： 钻 井 泵 的 主 体 机 构 （ 曲 柄 滑 块 机 构 ）

18、中 的滑 块 C的 SC（ 位 移 线 图 ） 、 vC（ 速 度 线 图 ） 、a（ 加 速 度 线 图 ） 。dtvstavdvtsvCCCCCCvC的 正 负 表 示 运 动 方 向 。正 -vC与 s同 向 ;负 -与 s反 向 。aC的 正 负 表 示 速 度 增 减 。v与 aC同 号 -加 速 ；aC与 v异 号 -减 速 。18用 L代 表 度 数 则 Lu360s整 个 运 动 循 环 ， 从 动 件的 运 动 为 原 动 件 运 动（ s,va)的 函 数 。分 析 位 移 时 最 大 s、 v、a为 设 计 提 供 理 论 依 据 。看 s是 否 满 足 行 程要 求 ， 如 牛 头 刨 床 。看 a 是 否 过 大 ， 而引 起 大 的 惯 性 冲 击等 。