第三章平面机构的运动分析课件

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1、安徽科技大学机械工程学院安徽科技大学机械工程学院 Page Page 1 1 机机 械械 原理原理教师：陈教师：陈 丰丰（博士、教授）（博士、教授）邮箱：邮箱：安徽科技大学机械工程学院安徽科技大学机械工程学院 Page Page 2 2 计算图示机构的自由度，并指出其中是否有复合铰链、局部自计算图示机构的自由度，并指出其中是否有复合铰链、局部自由度或虚约束。说明该机构具有确定运动的条件。由度或虚约束。说明该机构具有确定运动的条件。安徽科技大学机械工程学院安徽科技大学机械工程学院 Page Page 3 3 第三章第三章 平面机构的运动分析平面机构的运动分析【计划学时计划学时】5-6学时学时【学

2、学习目目标】明确明确机构运动分析的目的和方法；机构运动分析的目的和方法；能用能用解析法和解析法和图解法对平面图解法对平面级机构进行运动分析；级机构进行运动分析；理解理解速度瞬心（绝对瞬心速度瞬心（绝对瞬心和相对瞬心）的概念，和相对瞬心）的概念，并能运用并能运用“三心定理三心定理”确定一般平面机构确定一般平面机构各瞬心的位置；各瞬心的位置；能用能用瞬心法对简单高、低副机构进行运动分析。瞬心法对简单高、低副机构进行运动分析。【重点难点重点难点】重点：重点：速度瞬心的概念和速度瞬心的概念和“三心定理三心定理”的应用；的应用；应用相对运动图解法求某机构构件上任意点和构件的运动参数。应用相对运动图解法求

3、某机构构件上任意点和构件的运动参数。难点：难点：对有对有共同转动且有相对移动的两构件重合点间共同转动且有相对移动的两构件重合点间的运动参数的运动参数的求解；解析法进行机构运动分析。的求解；解析法进行机构运动分析。安徽科技大学机械工程学院安徽科技大学机械工程学院 Page Page 4 4 1 1 机构运动分析的目的和方法机构运动分析的目的和方法1.1 机构的运动分析机构的运动分析：根据原动件的已知运动规律，分析该机构：根据原动件的已知运动规律，分析该机构上某点的上某点的位移、速度和加速度以及构件的角速度、角加速度。位移、速度和加速度以及构件的角速度、角加速度。1.2 目目的的在在于于：确确定定

4、某某些些构构件件在在运运动动时时所所需需的的空空间间；判判断断各各构构件件间间是是否否存存在在干干涉涉；考考察察某某点点运运动动轨轨迹迹是是否否符符合合要要求求；用用于于确确定定惯惯性力等。性力等。(avi)如牛头刨床设计要求如牛头刨床设计要求：最大：最大行程、匀速、快回。行程、匀速、快回。安徽科技大学机械工程学院安徽科技大学机械工程学院 Page Page 5 5 图解法图解法：形象直观，但图解形象直观，但图解工作量工作量大，精度不高大，精度不高。速度瞬心法速度瞬心法相对运动图解法相对运动图解法解析法解析法：计算精确、迅速，但需推导公式和编制程序，：计算精确、迅速，但需推导公式和编制程序，随

5、着计算机技术的发展，解析法应用越来越广泛。随着计算机技术的发展，解析法应用越来越广泛。1.3 方法方法实验法：实验法：需要专门的仪器设备，成本高，投入大需要专门的仪器设备，成本高，投入大。矢量方程解析法：运用计算器可以求解；矢量方程解析法：运用计算器可以求解；矩阵法：需要借助计算机才能求解。矩阵法：需要借助计算机才能求解。1 1 机构运动分析的目的和方法机构运动分析的目的和方法安徽科技大学机械工程学院安徽科技大学机械工程学院 Page Page 6 6 2 2 速度瞬心及其在平面机构速度分析中应用速度瞬心及其在平面机构速度分析中应用2.1 速度瞬心速度瞬心(Instantaneous Cent

6、er)的定义的定义 速速度度瞬瞬心心为为相相互互作作平平面面相相对对运运动动的的两两构构件件上上，瞬瞬时时相相对对速速度度为为零零的的重重合合点点；或或者者说说，瞬瞬时时绝绝对对速速度度相相等等的的重重合合点点(即即等等速速重重合合点点)。若若该该点点的的绝绝对对速速度度为为零零则则为为绝绝对瞬心对瞬心；若不等于零则为；若不等于零则为相对瞬心，相对瞬心，即：即： VP1= V P2 或或 VP1P20BvBAvA PvA2A1vB2B1A2 (A1)P12B2(B1) 21 2 1安徽科技大学机械工程学院安徽科技大学机械工程学院 Page Page 7 7 2 2 速度瞬心及其在平面机构速度分

7、析中应用速度瞬心及其在平面机构速度分析中应用2.2 速度瞬心的性质速度瞬心的性质1）两构件上两构件上相对速度为零相对速度为零的重合点的重合点VP1P20，且是瞬时的。，且是瞬时的。2）当）当VP1=VP2=0，称为称为绝对瞬心绝对瞬心，即其中一构件为，即其中一构件为机架机架；相对；相对 机架的绝对瞬时转动。机架的绝对瞬时转动。3）当）当VP1=VP20，称为称为相对瞬心相对瞬心，即两构件均为活动构件；，即两构件均为活动构件；4）两构件之间的相对运动可视为绕）两构件之间的相对运动可视为绕速度瞬心速度瞬心的转动。的转动。5）相对速度）相对速度VP1P2=0，但相对加速度，但相对加速度aP1P20。

8、安徽科技大学机械工程学院安徽科技大学机械工程学院 Page Page 8 8 2 2 速度瞬心及其在平面机构速度分析中应用速度瞬心及其在平面机构速度分析中应用2.3 机构中速度瞬心的数目机构中速度瞬心的数目 k个构件组成的机构个构件组成的机构(包括机架包括机架)，其总的瞬心数为，其总的瞬心数为:2.4 机构中速度瞬心位置的确定机构中速度瞬心位置的确定（1）直观法）直观法通过运动副直接通过运动副直接连接的两个构件连接的两个构件1234安徽科技大学机械工程学院安徽科技大学机械工程学院 Page Page 9 9 P1212转动副连接的两个构件转动副连接的两个构件结论：结论：组成转动副的两构件其速度

9、瞬心组成转动副的两构件其速度瞬心在转动副中心在转动副中心P1221移动副连接的两个构件移动副连接的两个构件结论：结论：组成移动副的两构件其速度瞬心组成移动副的两构件其速度瞬心在垂直于导路线的无穷远处在垂直于导路线的无穷远处2 2 速度瞬心及其在平面机构速度分析中应用速度瞬心及其在平面机构速度分析中应用安徽科技大学机械工程学院安徽科技大学机械工程学院 Page Page 1010 高副连接的两个构件高副连接的两个构件（纯滚动）（纯滚动）12MP12 1212 nnt12M高副连接的两个构件高副连接的两个构件（存在滚动和滑动）（存在滚动和滑动） 1212 P12 ?t结论：结论：组成高副的两构件其

10、速度瞬心在接触点的公法线上；组成高副的两构件其速度瞬心在接触点的公法线上；特别地，若为纯滚动，因接触点的特别地，若为纯滚动，因接触点的相对速度为零相对速度为零，则瞬心则瞬心在接触点处在接触点处。2 2 速度瞬心及其在平面机构速度分析中应用速度瞬心及其在平面机构速度分析中应用安徽科技大学机械工程学院安徽科技大学机械工程学院 Page Page 1111 2 2 速度瞬心及其在平面机构速度分析中应用速度瞬心及其在平面机构速度分析中应用（2）间接法）间接法三心定理三心定理定理定理：作平面运动的三个构件共有三个瞬心，它们位于同一作平面运动的三个构件共有三个瞬心，它们位于同一条直线上。条直线上。 313

11、2 2P12P13VK2VK3( K2,K3)K 设：设：K代表代表P23，假设，假设K不在不在P12、P13连线上，根据瞬心定义：连线上，根据瞬心定义： 假设不成立（连起码的方向都不可能一致），因而假设不成立（连起码的方向都不可能一致），因而K不是瞬心，不是瞬心，只有在连线上才能保证同方向只有在连线上才能保证同方向。由图可知由图可知: : VK2 VK3反证法反证法:（同速点）（同速点）VK2=VK3证明证明( (P23位于位于P12、P13的连线上的连线上) )（为方便起见，设（为方便起见，设1 1固定不动）固定不动）安徽科技大学机械工程学院安徽科技大学机械工程学院 Page Page 1

12、212 2 2 速度瞬心及其在平面机构速度分析中应用速度瞬心及其在平面机构速度分析中应用例：求图示机构所有的速度瞬心例：求图示机构所有的速度瞬心解：解：1.瞬心数瞬心数 K = 4(4-1)/2 = 6 2.直观法可得直观法可得P12、P23、P34、P41。 3.三心定理法三心定理法实际上可以根据瞬心下标进行瞬心确定实际上可以根据瞬心下标进行瞬心确定下标消去法。下标消去法。 4213P14P12P23P34P24P13P241243P12P23P34P14P13定定P13：P34、P14P13（消去脚注中的（消去脚注中的4）；）；P12、P23P13（消去脚注中的（消去脚注中的2）。）。同理

13、可定同理可定P24。安徽科技大学机械工程学院安徽科技大学机械工程学院 Page Page 1313 2 2 速度瞬心及其在平面机构速度分析中应用速度瞬心及其在平面机构速度分析中应用2.5 速度瞬心法在机构速度分析中的应用速度瞬心法在机构速度分析中的应用 （1）铰链四杆机构）铰链四杆机构P13P24VP133412KP12 1P34P23P14 3Vk 2VP23VP12例：各构件尺寸、例：各构件尺寸、机构位置、构件机构位置、构件1的的角速度角速度 1均已知，均已知，求连杆上点求连杆上点K的速度的速度Vk及构件及构件3的角速度的角速度 3。安徽科技大学机械工程学院安徽科技大学机械工程学院 Pag

14、e Page 1414 2 2 速度瞬心及其在平面机构速度分析中应用速度瞬心及其在平面机构速度分析中应用= P13P34 l 3 VP13 = P13P14 l 1 3 = 1P13P14 / P13P34= P12P24 l 2 VP12 = P12P14 l 1 2 = 1P12P14 / P12P24P13P24VP133412KP12 1P34P23P14 3Vk 2VP23VP12 Vk= KP24 l 2 方向垂直于方向垂直于K与与P24连线，且与连线，且与 2一致。一致。安徽科技大学机械工程学院安徽科技大学机械工程学院 Page Page 1515 2 2 速度瞬心及其在平面机构

15、速度分析中应用速度瞬心及其在平面机构速度分析中应用结论：结论： 相对瞬心用于建立两构件之间角速度关系相对瞬心用于建立两构件之间角速度关系； 绝对瞬心用于确定活动构件上任一点的速度方向绝对瞬心用于确定活动构件上任一点的速度方向。（2）曲柄滑块机构）曲柄滑块机构例：图示曲柄滑块机构，求例：图示曲柄滑块机构，求V3。 P24P14P12P34 P134123 1P23P34 平平移移法法：组组成成移移动动副副两两构构件件的的瞬瞬心心线线可可以以垂垂直直于于导导路路线线随意平移。随意平移。 V3=V3P13=V1P13 = P14P13 l 1安徽科技大学机械工程学院安徽科技大学机械工程学院 Page

16、 Page 1616 2 2 速度瞬心及其在平面机构速度分析中应用速度瞬心及其在平面机构速度分析中应用 V2= V2P12=V1P12= P12 P13 l 1P12P13P23 P12所在线所在线P23 123 1（3）滑）滑动兼滚动的高副机构动兼滚动的高副机构( (齿轮、凸轮机构齿轮、凸轮机构) ) 例：已知各构件的尺寸、凸轮的角速度例：已知各构件的尺寸、凸轮的角速度 1，求推杆速度求推杆速度V2 。12P12P23P13安徽科技大学机械工程学院安徽科技大学机械工程学院 Page Page 1717 例例：已已知知图图示示六六杆杆机机构构各各构构件件的的尺尺寸寸、偏偏心心轮轮1的的角角速速

17、度度 1求推杆速度求推杆速度V5 。V5=VP15= P16 P15 l 1123456 1P56 P35P12P16P34P46P23 P56 P56 P36P13P152 2 速度瞬心及其在平面机构速度分析中应用速度瞬心及其在平面机构速度分析中应用安徽科技大学机械工程学院安徽科技大学机械工程学院 Page Page 1818 2 2 速度瞬心及其在平面机构速度分析中应用速度瞬心及其在平面机构速度分析中应用例例: :求图示六杆机构的速度瞬心。求图示六杆机构的速度瞬心。123465P24P13P15P25P26P35（2）直接观察求瞬心）直接观察求瞬心（3） 三心定理求瞬心三心定理求瞬心P46

18、P36123456P14P23P12P16 P56P45解解 ： 瞬瞬 心心 数数 N 6 (6 5) 2 15 （1） 作瞬心多边形圆作瞬心多边形圆P34 安徽科技大学机械工程学院安徽科技大学机械工程学院 Page Page 1919 知识回顾和问题知识回顾和问题知识回顾知识回顾: :问题：问题：1、机构运动分析的目的和方法；、机构运动分析的目的和方法；2、速度瞬心的定义、特性、数目和位置求取、速度瞬心的定义、特性、数目和位置求取;3、间接法即三心定理求速度瞬心的位置；、间接法即三心定理求速度瞬心的位置；1、机构运动分析的目的是什么？通常、机构运动分析的目的是什么？通常有哪几种方法？有哪几种

19、方法？2、什么是三心定理？如何应用其求取、什么是三心定理？如何应用其求取速度瞬心？速度瞬心？3、什么是速度瞬心？速度瞬心数如、什么是速度瞬心？速度瞬心数如何求？如何利用直观法确定速度瞬何求？如何利用直观法确定速度瞬心的位置？心的位置？P12P13P23 P12所在线所在线P23 123 1安徽科技大学机械工程学院安徽科技大学机械工程学院 Page Page 2020 知识回顾和问题知识回顾和问题P1221移动副连接的两个构件移动副连接的两个构件P1212转动副连接的两个构件转动副连接的两个构件nnt12M高副连接的两个构件高副连接的两个构件（存在滚动和滑动）（存在滚动和滑动） 1212 P12

20、 ?t高副连接的两个构件高副连接的两个构件（纯滚动）（纯滚动）12MP12 1212 安徽科技大学机械工程学院安徽科技大学机械工程学院 Page Page 2121 理论力学方面知识回顾理论力学方面知识回顾相对运动相对运动牵连运动牵连运动绝对运动绝对运动用用点点的的合合成成运运动动理理论论分分析析点点的的运运动动时时，必必须须选选定定两两个个参参考系，区分三种运动考系，区分三种运动：（1）动点相对于定参考系的运动，称为）动点相对于定参考系的运动，称为绝对运动绝对运动；（2）动点相对于动参考系的运动，称为）动点相对于动参考系的运动，称为相对运动相对运动； （3）动参考系相对于定参考系的运动，称为

21、）动参考系相对于定参考系的运动，称为牵连运动牵连运动；（4）动点相对于定参考系的速度、加速度，称为）动点相对于定参考系的速度、加速度，称为动点的绝动点的绝对速度对速度va、绝对加速度、绝对加速度aa；（5）动点相对于动参考系的速度、加速度，称为）动点相对于动参考系的速度、加速度，称为动点的相动点的相对速度对速度vr、相对加速度、相对加速度ar；（6）在动参考系上与动点相重合的那一点在动参考系上与动点相重合的那一点( (牵连点牵连点) )的速度的速度和加速度称为和加速度称为动点的牵连速度动点的牵连速度ve和牵连加速度和牵连加速度ae。安徽科技大学机械工程学院安徽科技大学机械工程学院 Page P

22、age 2222 理论力学方面知识回顾理论力学方面知识回顾点的速度合成定理：点的速度合成定理：动点在某一瞬时的绝对速度等于它在该瞬动点在某一瞬时的绝对速度等于它在该瞬时的牵连速度与相对速度的矢量和。时的牵连速度与相对速度的矢量和。点点的的加加速速度度合合成成定定理理：动点点在在某某瞬瞬时的的绝对加加速速度度等等于于该瞬瞬时它的它的牵连加速度、相加速度、相对加速度与哥氏加速度的矢量和。加速度与哥氏加速度的矢量和。其中：其中：，为哥氏加速度，为哥氏加速度安徽科技大学机械工程学院安徽科技大学机械工程学院 Page Page 2323 理论力学方面知识回顾理论力学方面知识回顾哥氏加速度等于哥氏加速度等

23、于牵连角速度矢与点的相角速度矢与点的相对速度矢速度矢的矢的矢积的两倍。的两倍。ak的大小为：的大小为： 其其中中q q为为 e与与vr两两矢矢量量间间的的最最小小夹夹角角。矢矢ak方方向向垂垂直直于于 e和和vr，指指向向按按右右手螺旋法则确定手螺旋法则确定。 工工程程中中常常见见的的平平面面机机构构中中 e和和vr是是垂垂直直的的，此此时时ak=2 evr；且且vr按按 e转向转转向转90就是就是ak的方向。的方向。安徽科技大学机械工程学院安徽科技大学机械工程学院 Page Page 2424 当当牵连运运动为平平动时， e=0，因此，因此ak=0，此，此时有有 当当牵连运运动为平平动时，动

24、点点在在某某瞬瞬时的的绝对加加速速度度等等于于该瞬瞬时它的它的牵连加速度与相加速度与相对加速度的矢量和。加速度的矢量和。注意：注意：选择选择1个动点个动点；确定；确定2组坐标系组坐标系；区分；区分3种运动种运动。选择动点和动系的原则：选择动点和动系的原则：动点不能在动系上；动点相对动系动点不能在动系上；动点相对动系的轨迹明显，方向或大小易确定；动参考系可以无限大。的轨迹明显，方向或大小易确定；动参考系可以无限大。理论力学方面知识回顾理论力学方面知识回顾安徽科技大学机械工程学院安徽科技大学机械工程学院 Page Page 2525 3 3 相对运动图解法求机构的速度和加速度相对运动图解法求机构的

25、速度和加速度3.1 矢矢量方程图解法的基本原理和方法量方程图解法的基本原理和方法: :用用相对运动原理相对运动原理列列出构件上点与点之间的出构件上点与点之间的相对运动矢量方程相对运动矢量方程，然后作图求解，然后作图求解矢量方程。矢量方程。 3.2 机构机构运动分析的两类问题：运动分析的两类问题： 同一构件两点间；同一构件两点间； 两构件重合点间。两构件重合点间。 两类问题：两类问题：同一构件两点间同一构件两点间两构件重合点间两构件重合点间（刚体运动）（刚体运动）（点的运动）（点的运动）安徽科技大学机械工程学院安徽科技大学机械工程学院 Page Page 2626 3 3 相对运动图解法求机构的

26、速度和加速度相对运动图解法求机构的速度和加速度3.3 在同在同一构件上两点间的速度及加速度的求法（一构件上两点间的速度及加速度的求法（基点法基点法） （1）基点法）基点法的实质的实质 如果在平面图形上任取一点如果在平面图形上任取一点O定义定义为基点，假想在基为基点，假想在基点上固结一随基点点上固结一随基点O平移的动系平移的动系Oxy，那么，那么刚体平面运动刚体平面运动可以看成是随基点可以看成是随基点O的平移和绕基点的平移和绕基点O的转动这两部分运的转动这两部分运动的合成。动的合成。yxSMOyxOjyw安徽科技大学机械工程学院安徽科技大学机械工程学院 Page Page 2727 3 3 相对

27、运动图解法求机构的速度和加速度相对运动图解法求机构的速度和加速度用基点法求用基点法求平面图形内各点的速度：平面图形内各点的速度：O O 基点，基点，M M动点动点如图所示，对于同一构件上的两点如图所示，对于同一构件上的两点O和和M ，wvMvOvMOvOMOxy 平平面面图图形形内内任任一一点点的的速速度度等等于于基基点点的的速速度度与与该该点点随随图图形形绕绕基基点点转转动动速速度度的的矢矢量量和和,这这就就是是平平面面运运动动的的速速度度合合成成法法或或称称基基点点法。法。安徽科技大学机械工程学院安徽科技大学机械工程学院 Page Page 2828 3 3 相对运动图解法求机构的速度和加

28、速度相对运动图解法求机构的速度和加速度用基点法求用基点法求平面图形内各点的加速度平面图形内各点的加速度如图所示。由牵连运动为平动的加速度合成定理，有而其中故由于牵连运动为平动，所以ae=aA，于是有BAaAaBaAaBAwa安徽科技大学机械工程学院安徽科技大学机械工程学院 Page Page 2929 3 3 相对运动图解法求机构的速度和加速度相对运动图解法求机构的速度和加速度即即：平平面面图图形形内内任任一一点点的的加加速速度度等等于于基基点点的的加加速速度度与与相相对对基基点点转转动动的的切切向向加加速速度度和和法法向向加加速速度度的的矢矢量量和和。这就是这就是平面运动的加速度合成法或称为

29、平面运动的加速度合成法或称为基点法基点法。BAaAaBaAaBAwa安徽科技大学机械工程学院安徽科技大学机械工程学院 Page Page 3030 （2 2）速度图和加速度图：）速度图和加速度图：例例1： 在图在图a所示的铰链四杆机构中，已知各构件长度及原动所示的铰链四杆机构中，已知各构件长度及原动件件1的位置、角速度的位置、角速度 1和角加速度和角加速度 1，求构件求构件2和构件和构件3的角速的角速度度 2和和 3、角加速度、角加速度 2和和 3，以及构件，以及构件2上上E点的速度点的速度 E和加和加速度速度aE。3 3 相对运动图解法求机构的速度和加速度相对运动图解法求机构的速度和加速度安

30、徽科技大学机械工程学院安徽科技大学机械工程学院 Page Page 3131 3 3 相对运动图解法求机构的速度和加速度相对运动图解法求机构的速度和加速度解解: :（1 1）取合适的长度比例尺）取合适的长度比例尺l l，根据原动件，根据原动件1 1的给定位置的给定位置及机构尺寸，准确作出机构运动简图，如图（及机构尺寸，准确作出机构运动简图，如图（a a）所示。）所示。（2）速度分析）速度分析图解法：取图解法：取速度比例尺速度比例尺 方向：方向：CD AB BC大小：大小： ？ lAB 1 1 ？安徽科技大学机械工程学院安徽科技大学机械工程学院 Page Page 3232 3 3 相对运动图解

31、法求机构的速度和加速度相对运动图解法求机构的速度和加速度作出速度图作出速度图p-bc，如图（，如图（b）所示则：）所示则：vEvBvCvCBvEB方向：方向：CD AB BC大小：大小： ？ lAB 1 1 ？安徽科技大学机械工程学院安徽科技大学机械工程学院 Page Page 3333 3 3 相对运动图解法求机构的速度和加速度相对运动图解法求机构的速度和加速度解解E E点点: :vEvBvCvCBvEB方向：方向： ？ AB EBAB EB大小：大小： ？ lABAB1 1 lEBEB2 2在图（在图（b）的基础上，过点）的基础上，过点b作作 ，得，得e点，则点，则 。p-bce称为速度图

32、；称为速度图；p 速度极点；速度极点；b、c、e分别称为构件分别称为构件2上相应点上相应点B、C、E的速度影像；的速度影像；vE= vpebe = vEB/ v安徽科技大学机械工程学院安徽科技大学机械工程学院 Page Page 3434 3 3 相对运动图解法求机构的速度和加速度相对运动图解法求机构的速度和加速度速度图有以下速度图有以下性质性质：vEvBvCvCBvEB1 1）绝对速度矢过速度极点）绝对速度矢过速度极点p p，如，如 vC= v pc2）相相对对速速度度的的角角标标与与图图示示所所代代表表的的指指向向相相反反，如如 。常常用用相对速度来求构件的角速度；相对速度来求构件的角速度

33、；vCB= v bc3）同同一一构构件件上上的的速速度度影影像像符符合合影影像像原原理理，即即：bce BCE且且字字母母顺序相同均为顺时针方向；顺序相同均为顺时针方向；4）速速度度极极点点p是是构构件件绝绝对对速速度度瞬瞬心心的的速速度度影影像像或或代代表表机机构构中中所所有有速速度为零的点的影像。度为零的点的影像。安徽科技大学机械工程学院安徽科技大学机械工程学院 Page Page 3535 3 3 相对运动图解法求机构的速度和加速度相对运动图解法求机构的速度和加速度（3 3）加速度分析（）加速度分析（C C点）点）作加速度分析时，基点和动点的取法与速度分析相同。作加速度分析时，基点和动点

34、的取法与速度分析相同。方向：方向：CD CD BA BA CB CB 大小大小：lCD 32 ？ lAB 12 lAB 1 lCB 22 ？或或安徽科技大学机械工程学院安徽科技大学机械工程学院 Page Page 3636 3 3 相对运动图解法求机构的速度和加速度相对运动图解法求机构的速度和加速度图解法：图解法：取加速度比例尺取加速度比例尺安徽科技大学机械工程学院安徽科技大学机械工程学院 Page Page 3737 3 3 相对运动图解法求机构的速度和加速度相对运动图解法求机构的速度和加速度E E点的加速度点的加速度: :方向方向: ？ EB EB 大小：？大小：？ lEB 22 lEB

35、2 p pbce称为加速度图；称为加速度图；p p加速度极点；加速度极点；b、c、e分别称为构件上相分别称为构件上相应点应点B、C、E的加速度影像；的加速度影像；在图（在图（c）上，过上，过b点，作点，作be=anEB/ a得得e；过；过e作作ee=atEB/ a，得，得e点，则点，则aE= a p p e。安徽科技大学机械工程学院安徽科技大学机械工程学院 Page Page 3838 3 3 相对运动图解法求机构的速度和加速度相对运动图解法求机构的速度和加速度由于：由于：所以：所以：Note: 加速度影像原理加速度影像原理安徽科技大学机械工程学院安徽科技大学机械工程学院 Page Page

36、3939 3 3 相对运动图解法求机构的速度和加速度相对运动图解法求机构的速度和加速度加速度图具有和速度图相类似的以下性质：加速度图具有和速度图相类似的以下性质：3） 同同 一一 构构 件件 上上 的的 加加 速速 度度 影影 像像 附附 合合 影影 像像 原原 理理 ， 即即bceBCE且字母顺序相同；且字母顺序相同；4）加加速速度度极极点点p p是是构构件件上上绝绝对对加加速速度度为为零零的的点点（即即加加速速度度瞬瞬心心）的加速度影像的加速度影像或或代表机构中所有加速度为零的点的影像。代表机构中所有加速度为零的点的影像。注：同一机构只有一张速度图和一张加速度图。注：同一机构只有一张速度图

37、和一张加速度图。1 1）绝对加速度矢过加速度极点）绝对加速度矢过加速度极点p p ，如，如 ；aE= a p p e2） 相相 对对 加加 速速 度度 的的 角角 标标 与与 图图 示示 所所 代代 表表 的的 指指 向向 相相 反反 ， 如如 ；常用相对切向加速度来求构件的角加速度。；常用相对切向加速度来求构件的角加速度。aCB= abc安徽科技大学机械工程学院安徽科技大学机械工程学院 Page Page 4040 3 3 相对运动图解法求机构的速度和加速度相对运动图解法求机构的速度和加速度3.4 组成移动副两构件的重合点间的速度和加速度的求法组成移动副两构件的重合点间的速度和加速度的求法（

38、重合点法重合点法）例例2：在（：在（a）图）图所示的导杆机构所示的导杆机构中，已知构件的长度及原动件中，已知构件的长度及原动件1的匀角速度的匀角速度 1，求导杆，求导杆3的的角速角速度度 3和角加速度和角加速度 3。安徽科技大学机械工程学院安徽科技大学机械工程学院 Page Page 4141 3 3 相对运动图解法求机构的速度和加速度相对运动图解法求机构的速度和加速度解解: :（1 1）取合适的长度比例尺）取合适的长度比例尺l，准确作出机构运动简图，如准确作出机构运动简图，如 图（图（a a）所示。）所示。vB2vB3vB3B2 vB3 = vB2 + vB3B2 方向：方向：CB AB /

39、BC 大小：大小： ？ lAB 1 ？ （2）速度分析）速度分析 B3动点，构件动点，构件2动参考系动参考系取合适的速度比例尺取合适的速度比例尺 v，作出图（，作出图（b）所示的速度图，则：所示的速度图，则：注意：注意： B1与与B2点始终重合，其点始终重合，其vB2= vB1， aB2= aB1。安徽科技大学机械工程学院安徽科技大学机械工程学院 Page Page 4242 3 3 相对运动图解法求机构的速度和加速度相对运动图解法求机构的速度和加速度（3 3）加速度分析）加速度分析vB3B2aB2akB3B2arB3B2anB3atB3方向：方向： BC BC BA BC /BC大小：大小：

40、 lBC 32 ？ lAB 12 2 2vB3B2 ？大小：大小：akB3B2=2 evr=2 2vB3B2， 2= 3；方方向向：将将相相对对速速度度矢矢vr=vB3B2绕绕其其牵牵连连点点沿沿牵牵连连角角速速度度 e= 2的方向转过的方向转过90，即为哥氐加速度的方向。，即为哥氐加速度的方向。其中，哥氐加速度其中，哥氐加速度akB3B2的大小和方向可按如下方的大小和方向可按如下方法确定：法确定：取合适的加速度比例尺取合适的加速度比例尺 a，作，作出图（出图（c）所）所示的加示的加速度图，则速度图，则安徽科技大学机械工程学院安徽科技大学机械工程学院 Page Page 4343 3 3 相对

41、运动图解法求机构的速度和加速度相对运动图解法求机构的速度和加速度几点体会：几点体会：1）构件）构件2与构件与构件3组成移动副组成移动副，则有，则有 23， 23。2）在重合点法中，应取）在重合点法中，应取已知运动的点所在的构件为动参考已知运动的点所在的构件为动参考系系，与动参考系组成移动副的另一构件上的，与动参考系组成移动副的另一构件上的未知运动的点未知运动的点为动点（动点与动系应取在不同的构件上）为动点（动点与动系应取在不同的构件上）。3）如果机构中存在）如果机构中存在具有共同转动具有共同转动 的两构件组成的移动副的两构件组成的移动副时时，机构中便，机构中便存在哥氏加速度存在哥氏加速度；如果

42、；如果两构件只有相对移动两构件只有相对移动而无共同转动时而无共同转动时，其重合点间速度关系不变，而加速度关，其重合点间速度关系不变，而加速度关系中系中无哥氏加速度无哥氏加速度。安徽科技大学机械工程学院安徽科技大学机械工程学院 Page Page 4444 3 3 相对运动图解法求机构的速度和加速度相对运动图解法求机构的速度和加速度哥氏加速度的存在及其方向的判断哥氏加速度的存在及其方向的判断 用用移移动动副副联联接接的的两两构构件件若若具具有有公公共共角角速速度度，并并有有相相对对移移动动时时，此此两两构构件件上上瞬瞬时时重重合合点点的的绝绝对对加加速速度度之之间间的的关关系系式式中中必必有哥氏

43、加速度有哥氏加速度ak。判断下列几种情况取判断下列几种情况取B点为重合点时有无哥氏加速度点为重合点时有无哥氏加速度ak。B123牵牵连连运运动动为为平动，无平动，无ak (a)牵牵连连运运动动为为平平动，无动，无ak B123(b)安徽科技大学机械工程学院安徽科技大学机械工程学院 Page Page 4545 3 3 相对运动图解法求机构的速度和加速度相对运动图解法求机构的速度和加速度B123牵牵连连运运动动为为转动，有转动，有ak (c)1B23B牵牵连连运运动动为为转动，有转动，有ak (d)B123牵牵连连运运动动为为转动，有转动，有ak (e)B123牵牵连连运运动动为为转动，有转动，

44、有ak (f)安徽科技大学机械工程学院安徽科技大学机械工程学院 Page Page 4646 3 3 相对运动图解法求机构的速度和加速度相对运动图解法求机构的速度和加速度B123牵牵连连运运动动为为转动，有转动，有ak (g)B123 牵牵连连运运动动为为转动，有转动，有ak (h)其中（其中（a,b,c,d,e,g,h)滑块为动系，滑块为动系，(f)导杆为动系。导杆为动系。安徽科技大学机械工程学院安徽科技大学机械工程学院 Page Page 4747 3 3 相对运动图解法求机构的速度和加速度相对运动图解法求机构的速度和加速度用相对运动图解法进行机构运动分析的一些关键问题用相对运动图解法进行

45、机构运动分析的一些关键问题以以作作平平面面运运动动的的构构件件为为突突破破口口，基基点点和和重重合合点点都都应应选选取取该该构构件件上上的的铰铰链点链点。ABCDG H例如例如大小：大小： ? ? ? 方向：方向： ? ? GB ? lAB ?CDAB BC 如如选选取取铰铰链链点点作作为为基基点点时时，所所列列方方程程仍不能求解，则此时应联立方程求解。仍不能求解，则此时应联立方程求解。方程不可解方程不可解方程可解方程可解大小：大小：? lAB ? 方向：方向：? AB GB ? CD GC 方程可解方程可解安徽科技大学机械工程学院安徽科技大学机械工程学院 Page Page 4848 重合点

46、应选已知参数较多的点重合点应选已知参数较多的点(一般为铰链点一般为铰链点) 。选选C点为重合点点为重合点大小：大小： ? 方向：方向： ? ? ? 方程不可解方程不可解大小大小: ? 方向方向:BD 2 lAB AB ? 方程可解方程可解 选选B点点为为重重合合点点，并并将将构构件件4扩扩大至包含大至包含B点点，采用扩大构件法。，采用扩大构件法。ABCD1234tt3 3 相对运动图解法求机构的速度和加速度相对运动图解法求机构的速度和加速度安徽科技大学机械工程学院安徽科技大学机械工程学院 Page Page 4949 3 3 相对运动图解法求机构的速度和加速度相对运动图解法求机构的速度和加速度

47、tt取取C为重合点为重合点大小：大小： ? ? ? 方向方向 ：? 方程不可解方程不可解大小：大小：? ? 方向：方向：? 取取构件构件3为研究对象为研究对象方程不可解方程不可解将构件将构件4扩大至包含扩大至包含B点，点，取取B点为重合点点为重合点方程可解方程可解大小：大小：?方向方向: BD ? BC ABCD4321 2 lAB AB安徽科技大学机械工程学院安徽科技大学机械工程学院 Page Page 5050 知识回顾和问题知识回顾和问题知识回顾知识回顾: :问题：问题：3、速度影像和加速度影像的特点；、速度影像和加速度影像的特点； 1、基点法求同一构件两点的速度和加速度；、基点法求同一

48、构件两点的速度和加速度；2、重合点法求两构件重合点的速度和加速度；、重合点法求两构件重合点的速度和加速度；1、求图示机构中构件、求图示机构中构件3的角速度和角加速度。的角速度和角加速度。2、如何判断哥氏加速度的存在及方向？、如何判断哥氏加速度的存在及方向？4、哥氏加速度的存在及方向的判断。、哥氏加速度的存在及方向的判断。vB3B2安徽科技大学机械工程学院安徽科技大学机械工程学院 Page Page 5151 3 3 相对运动图解法求机构的速度和加速度相对运动图解法求机构的速度和加速度安徽科技大学机械工程学院安徽科技大学机械工程学院 Page Page 5252 知识回顾和问题知识回顾和问题学习

49、目标学习目标: :作业：作业：p505-508：2-3，2-4，2-7（自动化专业）（自动化专业） p50-51：3-5，3-11，3-13 （车辆工程）（车辆工程） 【学学习目目标】明确明确机构运机构运动分析的目的和方法；分析的目的和方法；能用相能用相对运运动图解法（基点法和重合点法）解法（基点法和重合点法）对平面平面级机构机构进行行运运动分析；分析；理解理解速度瞬心（速度瞬心（绝对瞬心和相瞬心和相对瞬心）的概念，瞬心）的概念，并能运用并能运用“三心定理三心定理”确定一般平面机构各瞬心的位置；确定一般平面机构各瞬心的位置；能能用用瞬心法瞬心法对简单高、低副机构高、低副机构进行运行运动分析。分

50、析。安徽科技大学机械工程学院安徽科技大学机械工程学院 Page Page 5353 人有了知识，就会具备各种分析能力，人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说古人说“书中自有黄金屋。书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进鼓舞我们前进。安徽科技大学机械工程学院安徽科技大学机械工程学院 Page Page 5454