總03機構性能課件

平面機構的性能分析平面機構的力分析平面機構的運動分析平面機構的性能分析平面機構的力分析平面機構的運動分析課次簡述授課內容和重點、難點課外作業(yè)備注1內容：機構運動分析的目的方法,用瞬心法對平面機構進行速度分析。重點：三心定理難點：運用定理分析問題3-1、3-42內容：矢量方程圖解法及解析法作機構的運動分析。重點：圖解法難點：哥式加速度分析3-9、補充題3-103-10選做3習題課：機構運動分析。重點：分析思路和方法難點：解題技巧4內容：平面機構受力分析。重點：圖解法作機構動態(tài)靜力分析4-8、4-9、4-165內容：機械中的摩擦和機械效率。難點：機械效率和自鎖4-12、5-8、5-11教學計劃第一部分平面機構的運動分析1.機構運動分析的目的和方法3.速度瞬心及其在平面機構速度分析中的應用4.用矢量方程圖解法作機構的速度和加速度分析5.用解析法作機構的運動分析2.平面機構的位置圖及動點軌跡的求法2平面機構的位置圖及動點軌跡的求法圖解法作機構位置圖：由原動件開始，按機構組成順序，逐步按桿組依次確定各運動副的位置。動點軌跡：作出機構位置圖后，任何動點的位置隨之確定。同一動點的一系列位置的連線，即是該動點的軌跡。平面機構的位置圖平面機構的動點軌跡速度瞬心

做平面相對運動的兩構件上，瞬時相對速度為零的點或瞬時絕對速度相等的點。用Pij表示。2.瞬心的數目

設N——組成機構的構件數(含機架）

K——瞬心數若該點絕對速度為零——絕對瞬心。若該點絕對速度不為零——相對瞬心。則K=N(N-1)/23速度瞬心及其在平面機構速度分析中的應用3.瞬心的位置12P121）兩構件組成轉動副

轉動副中心即為瞬心2）兩構件組成移動副

瞬心位于移動副導路的垂直方向上無窮遠處12P12∞3）兩構件組成高副

瞬心位于接觸點公法線nn上某一點12P12nn3.瞬心的位置4）兩構件不直接成副

用三心定理確定瞬心三心定理：

三個彼此作平面平行運動的構件的三個瞬心必位于同一直線上。證明：

設三個構件應有三個瞬心，已知P12、P13，何處為P23？要滿足瞬心定義，P12、P13、P23必位于一條直線上。K321VK3P12P1323VK2(2)求C點速度及構件2角速度vB

=ABω1ω2=vBBP24vC

=CP24ω2(3)求構件3的角速度vP13

=AP13ω1ω3=DP13vP13=DP13ω3例2：已知構件1為原動件，求四桿機構的全部瞬心及構件2的角速度及構件3的速度。vP12

=P14P12ω1ω2=vP12P12P24v3

=P23P24ω2例3：已知構件1為原動件，求凸輪機構的全部瞬心及從動件2的速度v2。P13v2=vP12

=0P12ω1預習：理論力學

1.點的合成運動

（絕對運動、相對運動、牽連運動）

2.速度及加速度合成定理（牽連運動為平動時牽連運動為轉動時：哥式加速度）4用矢量方程圖解法作機構的速度和加速度分析矢量——具有大小和方向的物理量回顧一下。。。aAn=0Aω2ωεO剛體上任一直線始終與原來位置平行。剛體平動時各點速度和加速度均相同。剛體轉動：AaAτ=0Aε回顧一下。。。剛體平動：aAnaAτvA=0Aω一、同一構件上兩點間速度、加速度關系ABC11234C點運動=隨B點平動+繞B點轉動E例：已知圖示機構各構件的尺寸及原動件1的角速度1，求C點的速度vc及構件2和構件3的角速度2及

3，ABC11234D解：

1.列矢量方程2.定比例尺作矢量圖3.量取圖示尺寸求解未知量求E點的速度vE。分析各矢量大小和方向ABC11234D

大?。海縧AB1？

方向：⊥CD⊥AB⊥BC列方程:

pbc定比例尺：作矢量圖：求未知量：速度多邊形特性：(1)連接極點p和任一點的矢量代表該點的絕對速度，指向為從p指向該點。(2)連接其他任意兩點的矢量代表該兩點的相對速度，指向與速度角標相反。(3)極點代表構件上速度為零的點。(4)因bce與BCE相似，故圖形bce稱為構件圖形BCE的速度影像。

pbcABC11234DEeE例：已知原動件1的角速度1，并求出了構件2和3的角速度2及

3，求C點的加速度ac及構件3的角加速度3，ABC11234D求E點的加速度aE。解：(1)列矢量方程：(2)定比例尺，作矢量圖(3)量取圖示尺寸，求解未知量分析各矢量大小和方向二、兩個構件（組成移動副）重合點間速度、加速度關系B2點運動=

B3點牽連運動+B2與B3的相對運動4A1B2C3絕對運動：構件2上B點相對于機架的運動牽連運動：構件3相對于機架的運動相對運動：構件2上B點相對于構件3的運動一、同一構件上兩點間速度、加速度關系速度合成定理絕對速度=牽連速度+相對速度加速度合成定理牽連運動為平動時絕對加速度=牽連加速度+相對加速度牽連運動為定軸轉動時絕對加速度=牽連加速度+相對加速度+哥式加速度例1：已知原動件1的角速度1及機構尺寸，求3、3。4A1B2C31列方程：

大?。簂AB1？

？

方向：⊥AB⊥BC∥BC定比例尺：作矢量圖：pb2b3解：（1）求構件3的角速度34A1B2C31作矢量圖：大?。?/p>

lAB120lBC32？

？

23vB2B3

方向：

B→A⊥ABB→C⊥BC∥BC⊥BC定比例尺：p’b2’b3’b3’’k（2）求構件3的角加速度3列方程：例2：已知原動件1的角速度1及機構尺寸，分析B點的加速度。4A1B2C31例3：已知原動件1的角速度1及機構尺寸，分析構件3的角速度和角加速度。A1B2C3D14⊥AB⊥BC∥DCpb2b3B→AB→C⊥BC∥DC⊥DC

√√﹖﹖√p’b2’n3b3’k

√﹖﹖

兩構件重合點間運動關系分析時注意：（１）滑塊與導桿相對移動時，滑塊角速度同導桿一致。（２）對于活動導路為轉動的移動副進行加速度分析時，除牽連加速度和相對加速度之外，應添加：哥氏加速度aKC2C1其大小為

aKC2C1

=21vC2C1其方向為相對速度vC2C1按牽連角速度1的方向轉過90的指向。例4:

綜合運用瞬心法和矢量方程圖解法對復雜機構進行速度分析。++=67B→C→E→F→G→H↑↑↑↑↑DDP58JI圖解法小結：1.直觀、方便2.精度不高3.分析一系列位置不便5用解析法作機構的運動分析ABCD1234xy123封閉矢量多邊形投影法矩陣法復數矢量法桿組法位置分析是關鍵！位置分析確定后，對時間求一階、二階導數，就可得到速度、加速度。5用解析法作機構的運動分析矩陣法例：速度分析用矩陣表示：式中：——機構從動件位置參數矩陣——機構從動件速度矩陣——機構原動件位置參數矩陣小結2.矢量方程圖解法進行運動分析矢量方程1.瞬心法對簡單機構進行速度分析速度瞬心的概念；三心定理的應用。兩種情況：同一構件上兩點間運動關系分析；組成移動副兩構件重合點間運動關系分析。速度多邊形及加速度多邊形作法及特性2.解析法進行運動分析的基本思路機構位置方程的建立作業(yè)：3-1、3-4、3-9、3-10（選做）、補充題補充題在圖示機構中，設已知各構件長度lAD=85mm,lAB=25mm,lCD=45mm,lBC=70mm,原動件以角速度ω1=10rad/s轉動。試用圖解法求在圖示位置時E點的速度vE和加速度aE，及構件2的角速度ω2和角加速度ε2。60°預習內容：

平面機構力分析平面機構的性能分析平面機構的力分析平面機構的運動分析課次簡述授課內容和重點、難點課外作業(yè)備注1內容：機構運動分析的目的方法,用瞬心法對平面機構進行速度分析。重點：三心定理難點：運用定理分析問題3-1、3-42內容：矢量方程圖解法及解析法作機構的運動分析。重點：圖解法難點：哥式加速度分析3-9、補充題3-103-10選作3習題課：機構運動分析重點：分析思路和方法難點：解題技巧4內容：平面機構受力分析。重點：圖解法作機構動態(tài)靜力分析4-8、4-9、4-165內容：機械中的摩擦和機械效率。難點：機械效率和自鎖4-12、5-8、5-11教學計劃第二部分平面機構的力分析1.機構中所受的力及力分析的目的和方法2.構件慣性力的確定3.質量代換法4.圖解法作機構動態(tài)靜力分析5.解析法作機構動態(tài)靜力分析1機構中所受的力及力分析的目的和方法一、作用在機構上的力驅動力——促使機構運動的力。

特征：力與受力點速度方向相同或成銳角。阻抗力——阻止機構運動的力。

特征：力與受力點速度方向相反或成鈍角。二、力分析的目的和方法目的：確定運動副中反力，從而計算構件強度；確定機械功率、效率;確定平衡力。方法：

不計慣性力——靜力分析（低速機械）計及慣性力——動態(tài)靜力分析（高速機械）（圖解法、解析法）2構件慣性力的確定1.作平面復合運動的構件PIABCDassMIPI’lh質心處慣性力

PI=-m

aS慣性力偶矩MI=-JS合成為：PI’lh=MI/PI

一、一般力學方法PIABCaSs2.作平面移動的構件質心處的慣性力

PI=-maS3.作定軸轉動的構件繞通過質心的定軸轉動S慣性力偶矩

MI=-JS

MI繞不通過質心的定軸轉動SaSaStaSnPIMIPI’質心處慣性力

PI=-maS慣性力偶矩

MI=-JS合成：PI’按一定的條件將構件的質量假想地用集中于若干選定點上的質量來代換，并使其慣性效果與原來相同——質量代換法。

選定點——代換點集中于代換點的質量——代換質量二、質量代換法代換條件構件總質量不變；構件質心位置不變；構件對質心的轉動慣量不變。mB+mK=mmBb=mKkmBb2+mKk2=JSmB=mk/(k+b)mk=mb/(k+b)k=JS/mbSBKmBmKbkm代換類型滿足

構件總質量不變；構件質心位置不變?！o代換此時可同時選定B、K兩點，mB=mk/(k+b)保證PI不變。mK=mb/(k+b)滿足

構件總質量不變；構件質心位置不變；構件對質心的轉動慣量不變?！獎哟鷵Q

此時只能選定一點B，K點由計算確定，保證PI、MI均不變。質心處慣性力

PI=-maS慣性力偶矩MI=-JS連桿質量m，質心s：PCIPIMI選定B、C兩點作靜代換PBI代換質量：mb、mcB處慣性力

PBI=-mbaBC處慣性力

PCI=-mcaCABCs3圖解法作機構動態(tài)靜力分析一、構件組的靜定條件RRnncR運動副反力分析反力通過轉動副中心反力沿導路垂線方向反力過接觸點沿公法線已知作用點，未知大小和方向已知方向，未知作用點和大小已知作用點和方向，未知大小

轉動副移動副高副設：構件數為n，低副數為pL,高副數為pH,基本桿組是靜定的，受力分析時，應以基本桿組為隔離體。若運動副全為低副，條件為

3n-2pL=0即3n=2pL即3n-2pL–pH=0——力的靜定條件則：平衡方程數為3n,未知要素數為（2pL+pH),須滿足3n=2pL+pH

二、機構動態(tài)靜力分析方法1）機構運動分析；3）拆桿組并逐一對基本桿組進行受力分析，寫出矢量平衡方程，作矢量多邊形，求解未知力。2）求各構件慣性力，作為外力和外力矩加在相應構件上；畫出構件上的已知外力、慣性力、拆桿組后運動副之間的反力例：已知圖示機構中各構件尺寸及構件3的重量G3、轉動慣量J3，滑塊5的重量G5及生產阻力Fr，求各運動副反力及原動件1上應加的平衡力矩Mbpb2b3P’b2’n3b3’kded’e’(1)運動分析4A1B2C315DEs3G3G56Frds3’4A1B2C315DEs3G3G5(2)求慣性力及慣性力偶矩構件3上慣性力構件3上慣性力偶矩FI3’h3FI3’滑塊5上慣性力FI5’G5FI5’(3)拆桿組進行受力分析45FrR654A1B2C315DEs3G3FI3’h3FI5’6R34G5FrFI5R65R34(3)拆桿組進行受力分析（續(xù)）4A1B2C315DEs3G3FI3’h3FI5’6G5FrFI5R65R3423FI3’h3G3R43R12R43R12FI3G3ΣMC=04A1B2C315DEs3G3FI5’6R21G5FrFI5R65R34R43R12FI31R61MbR63平衡力矩：Mb運動副反力：R61、R12、R63、R43、R65(3)拆桿組進行受力分析（續(xù)）（３）作力多邊形時，同一構件上的作用力應放在一起，成對的力銜接畫，將只知方向不知大小的力作為力多邊形的封閉邊。圖解法進行機構動態(tài)靜力分析時注意：（２）基本桿組外端副為轉動副時，反力分解為沿構件軸線和垂直于構件軸線的兩個分力。借助于力矩平衡條件，對內端副取力矩，求出垂直分力的大小。（１）基本桿組的拆分順序應從離作用有未知平衡力構件最遠的基本桿組開始，最后剩下作用有未知平衡力的構件，而不管該構件是原動件還是從動件。本章小結機構慣性力的確定；質量代換法；平面復雜運動構件的慣性力質量代換的條件及代換意義機構動態(tài)靜力分析。適用場合，分析方法及平衡力的意義作業(yè)：4-8，4-9（靜代換），4-16預習內容：運動副中的摩擦、機械效率及自鎖機械上的摩擦和機械效率研究機械中摩擦的目的運動副中的摩擦機械的效率機械的自鎖1研究機械中摩擦的目的摩擦的影響：運動副元素受磨損，降低強度、精度、壽命；發(fā)熱膨脹、運轉不靈、潤滑惡化；降低效率。研究目的：了解運動副中摩擦狀況并掌握其分析計算方法，以減小摩擦的不利影響，充分發(fā)揮其有利影響。QPv12122運動副中的摩擦1.移動副中的摩擦平面摩擦N21F21R21法向反力N21=Q摩擦力F21=fN21=fQ合成為總反力R21——摩擦角tan=F21/N21=f考慮摩擦時，移動副中總反力偏離法向一摩擦角。偏離方向與運動方向相反。槽面摩擦12Qv12P

N21/2N21/2F21法向反力N21=Q/sin

摩擦力F21=fN21=fQ/sin=fvQ

fv=f/sin——當量摩擦系數tanv=fvv——當量摩擦角vR21

受力分析v12QP21N21F21滑塊沿斜面勻速度上升法向反力N21摩擦力F21合成為總反力R21R21P+Q+R21=0驅動力P=Qtan(+)PQR21+

受力分析滑塊沿斜面勻速度下降法向反力N21摩擦力F21合成為總反力R21P’+Q+R21=0阻抗力P’=Qtan(-)v12QP’21N21F21R21-P’QR21當

＜時，P’為負——驅動力螺母逆Q而上時P=Qtan(+)即正行程M=Pd2/2=Qd2tan(+)/2螺母順Q而下時P’=Qtan(-)即反行程M’=P’d2/2=Qd2tan(-)/2螺母逆Q而上時P=Qtan(+v)即正行程M=Pd2/2=Qd2tan(+v)/2螺母順Q而下時P’=Qtan(-v)即反行程M’=P’d2/2=Qd2tan(-v)/22.螺旋副中的摩擦矩形螺紋QMQd2lP三角螺紋返回3.轉動副中的摩擦(1)軸頸摩擦MdQ12R21=QMd=R21=QR21N21F21以O為圓心為半徑的圓——摩擦圓摩擦力矩Mf=F21r=fvQr=QF21=fvQ，fv=(1～1.57)f摩擦力=fvr考慮摩擦時，轉動副中總反力偏離轉動中心一摩擦圓半徑。轉動副中總反力方向的判定（1）不考慮摩擦，初定總反力方向；（2）總反力應切于摩擦圓；（3）總反力對軸頸中心的矩的方向與軸頸相對于軸承的角速度方向相反。例：四桿機構如圖所示，驅動力矩M1，阻抗力矩M3，確定轉動副中作用力方向和位置。R12R32BAR21M1R41DCR23R42M3ABCD12341M1M3(2)軸端摩擦12QMdRr新軸端：p=常數Mf=2fQ(R3-r3)/3(R2-r2)跑合軸端：=常數Mf=fQ(R+r)/2課堂小結1.機械中摩擦的影響2.移動副、轉動副、螺旋副中摩擦力的分析作業(yè)：4-12預習：機械的自鎖平面連桿機構（第八章）3機械效率輸入功Wd

——驅動力所作的功。輸出功Wr

——克服生產阻力所作的功。損失功Wf——克服有害阻力