機(jī)械工程基礎(chǔ)第三章m2

1、構(gòu)件上各點(diǎn)的速度與加速度分析,機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析包括對機(jī)構(gòu)運(yùn)動性質(zhì)、特點(diǎn)的了解，同時還包括對組成機(jī)構(gòu)的各構(gòu)件以及構(gòu)件上某些點(diǎn)的運(yùn)動研究與分析。 本節(jié)將從復(fù)合運(yùn)動的觀點(diǎn)來研究構(gòu)件上各點(diǎn)的運(yùn)動,兩構(gòu)件上重合點(diǎn)的速度間及加速度間的關(guān)系同一構(gòu)件上各點(diǎn)的速度間的關(guān)系,構(gòu)件上各點(diǎn)的速度與加速度分析,兩構(gòu)件上重合點(diǎn)的速度間及加速度間的關(guān)系,?復(fù)合運(yùn)動的基本概念,?速度合成定理,?加速度合成定理,構(gòu)件上各點(diǎn)的速度與加速度分析,兩構(gòu)件上重合點(diǎn)的速度間

2、及加速度間的關(guān)系,構(gòu)件上各點(diǎn)的速度與加速度分析,兩構(gòu)件上重合點(diǎn)的速度間及加速度間的關(guān)系,1.三個對象,定參考坐標(biāo)系（定系）?固結(jié)在地球上 的坐標(biāo)系稱為定參考系。,動參考坐標(biāo)系（動系）?將固連在相對于地球運(yùn)動的參考體(剛體)上的坐標(biāo)系稱為動參考系。,動點(diǎn)?研究運(yùn)動的點(diǎn),可以是運(yùn)動的物體 或運(yùn)動物體上的某點(diǎn).,?復(fù)合運(yùn)動的基本概念,構(gòu)件上各點(diǎn)的速度與加速度分析,

3、絕對運(yùn)動：動點(diǎn)相對定系的運(yùn)動 相對運(yùn)動：動點(diǎn)相對動系的運(yùn)動,牽連運(yùn)動：動系相對定系的運(yùn)動,2.三種運(yùn)動,},剛體的運(yùn)動,點(diǎn)的運(yùn)動,運(yùn)動的分解與合成物體的絕對運(yùn)動可以看成是牽連運(yùn)動和相對運(yùn)動的合成結(jié)果.,構(gòu)件上各點(diǎn)的速度與加速度分析,定參考系？,動參考系？,絕對運(yùn)動？,相對運(yùn)動？,牽連運(yùn)動？,動點(diǎn)？,主梁不動時,動點(diǎn)？,定參考系？,動參考系？,絕對運(yùn)動？,相對運(yùn)動？,牽連運(yùn)動？,構(gòu)件上各點(diǎn)的速度與加速度分析,3 三種速度、加速度,*牽連

4、速度、加速度：ve , ae 牽連點(diǎn) 相對定系的速度、加速度。,動點(diǎn)的牽連點(diǎn)：某瞬時動系上與動點(diǎn)重合的點(diǎn)。,*絕對速度、加速度：va , aa 動點(diǎn)相對定系的速度、加速度;*相對速度、加速度：vr , ar 動點(diǎn)相對動系的速度、加速度;,構(gòu)件上各點(diǎn)的速度與加速度分析,牽連點(diǎn)的概念,構(gòu)件上各點(diǎn)的速度與加速度

5、分析,牽連點(diǎn)的概念,構(gòu)件上各點(diǎn)的速度與加速度分析,牽連點(diǎn)的概念,構(gòu)件上各點(diǎn)的速度與加速度分析,思考例：長l的直桿OA，以角速度w繞O軸轉(zhuǎn)動，桿的A點(diǎn)端鉸接一個半徑為r的圓盤，圓盤相對于直桿以角速度wr繞A軸轉(zhuǎn)動。今以圓盤邊緣上的一點(diǎn)M為動點(diǎn)，OA為動系，當(dāng)AM垂直O(jiān)A時，M點(diǎn)的牽連速度大小為 。 （圖示方向）,,牽連點(diǎn)的位置: 動系上(可以延伸) 此時動點(diǎn)的位置,牽

6、連點(diǎn)的運(yùn)動: 牽連點(diǎn)的位置 動系運(yùn)動(牽連運(yùn)動),構(gòu)件上各點(diǎn)的速度與加速度分析,構(gòu)件上各點(diǎn)的速度與加速度分析,?速度合成定理,剛體（用剛體上在定系中運(yùn)動的曲線表示）,構(gòu)件上各點(diǎn)的速度與加速度分析,?速度合成定理,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,剛體在定系中運(yùn)動，動系固結(jié)在剛體上。,M1點(diǎn)——t 瞬時動系上與動點(diǎn)重合的點(diǎn)。,?ra,?re,?rr,構(gòu)件上各點(diǎn)的速度與加速度分析,

7、?速度合成定理,?ra =?rr +?re,,,*矢量方程式，在平面問題中相當(dāng)兩個標(biāo)量方程式;*建立了任一瞬時三個運(yùn)動之間的速度關(guān)系，不能求導(dǎo)，只能求得特殊位置(某瞬時)的速度.一定是以絕對速度為對角線組成平行四邊形.*牽連運(yùn)動形式不限.*該定理應(yīng)用的基礎(chǔ)是運(yùn)動分析,不是簡單的套用公式.,點(diǎn)的速度合成定理,動點(diǎn)在某瞬時的絕對速度等于它在該瞬時的牽連速度與相對速度的矢量和。,構(gòu)件上各點(diǎn)的速度與加速度分析,?速度合成定理,構(gòu)件上各點(diǎn)的

8、速度與加速度分析,?速度合成定理,例題1,已知：O1A=O2B=100mm， O1O2=AB，桿O1A以等角速度 ω=2rad/s繞軸O1轉(zhuǎn)動。 AB桿上有一套筒C，此套筒與桿CD相鉸接，機(jī)構(gòu)的各部件都在同一鉛垂平面內(nèi)。試求:當(dāng) ?=60°時，CD桿的速度。,,絕對運(yùn)動：上下直線運(yùn)動；相對運(yùn)動：沿AB直線運(yùn)動；牽連運(yùn)動：鉛垂平面內(nèi)曲線平移。,解：1. 運(yùn)動分析動點(diǎn)：CD上的C點(diǎn)；動系：固連于AB桿。,構(gòu)件上各點(diǎn)的速度與

9、加速度分析,?速度合成定理,例題1,2. 速度分析,ve=vA=O1A×? =0.2m/s,,vCD=va= vecos?=0.1m/s ,,va =ve+ vr,構(gòu)件上各點(diǎn)的速度與加速度分析,?速度合成定理,例題2,已知：直角彎桿OBC以勻角速度ω=0.5rad/s繞O軸轉(zhuǎn)動，使套在其上的小環(huán)P沿固定直桿OA滑動；OB=0.1m,OB垂直BC。試求:當(dāng)?=60°時小環(huán)P 的速度。,解1．運(yùn)動分析 動點(diǎn)：小

10、環(huán)P； 動系：固連于OBC；,絕對運(yùn)動：沿OA固定直線；相對運(yùn)動：沿BC桿直線；牽連運(yùn)動：繞O定軸轉(zhuǎn)動。,構(gòu)件上各點(diǎn)的速度與加速度分析,?速度合成定理,例題2,2. 速度分析,其中 ve =OP?=0.2×0.5=0.1m/s,va =ve+ vr,vr=2 ve=0.2m/s,構(gòu)件上各點(diǎn)的速度與加速度分析,求解過程,動點(diǎn)動系的選取。動點(diǎn)通常為構(gòu)件的重合點(diǎn)，持續(xù)接觸點(diǎn)，動點(diǎn)動系不在同一物體上。 正確分析三種運(yùn)動。區(qū)

11、分點(diǎn)的運(yùn)動和剛體運(yùn)動。 速度關(guān)系圖不可少。以絕對速度為對角線的平行四邊形。 求解有幾何法和投影法。,,動點(diǎn)動系的選取,動點(diǎn)動系的選取,動點(diǎn)動系的選取,動點(diǎn)：凸輪輪心動系：頂桿絕對運(yùn)動：圓周相對運(yùn)動：圓周牽連運(yùn)動：平動,動點(diǎn)動系的選取,動點(diǎn)動系的選取,構(gòu)件上各點(diǎn)的速度與加速度分析,O´x´y´z´--- 平移參考系,?牽連運(yùn)動為平動時的加速度合成定理,,,,牽連運(yùn)動為平移時點(diǎn)的加速度合成

12、定理,構(gòu)件上各點(diǎn)的速度與加速度分析,例題3,?牽連運(yùn)動為平動時的加速度合成定理,已知：O1A=O2B=100mm， O1O2=AB，桿O1A以等角速度 ω=2rad/s繞軸O1轉(zhuǎn)動。 AB桿上有一套筒C，此套筒與桿CD相鉸接，機(jī)構(gòu)的各部件都在同一鉛垂平面內(nèi)。試求:當(dāng) ?=60°時，CD桿的加速度。,解：1. 運(yùn)動分析動點(diǎn)：CD上的C點(diǎn)；動系：固連于AB桿。絕對運(yùn)動：上下直線運(yùn)動；相對運(yùn)動：沿AB直線運(yùn)動；牽連運(yùn)動：鉛

13、垂平面內(nèi)曲線平移。,構(gòu)件上各點(diǎn)的速度與加速度分析,2.速度分析,ae=aA ,,aA=O1A ?2=0.4 m/s2,,?牽連運(yùn)動為平動時的加速度合成定理,,,例題3,3.加速度分析,例,凸輪在水平面上向右作減速運(yùn)動，求AB在圖示位置時的加速度。此瞬時凸輪速度和加速度分別為：v、a, 且OA 與水平面夾角為j。,構(gòu)件上各點(diǎn)的速度與加速度分析,?牽連運(yùn)動為平動時的加速度合成定理,解：動點(diǎn)：AB桿上A； 動系：凸輪；

14、 絕對運(yùn)動：直線； 相對運(yùn)動：圓周； 牽連運(yùn)動：平動,根據(jù)速度合成定理，速度矢量圖如圖示，有：,構(gòu)件上各點(diǎn)的速度與加速度分析,?牽連運(yùn)動為平動時的加速度合成定理,根據(jù)加速度合成定理：,分別向x軸投影有：,構(gòu)件上各點(diǎn)的速度與加速度分析,?牽連運(yùn)動為平動時的加速度合成定理,構(gòu)件上各點(diǎn)的速度與加速度分析,以圖示的以等角速度?繞軸O轉(zhuǎn)動的圓盤為例。圓盤半徑為R。在鄰近其邊緣的上方，靜止地懸掛一個小

15、球P。,問題討論：,絕對運(yùn)動：靜止，,牽連運(yùn)動：繞O軸作定軸轉(zhuǎn)動；,相對運(yùn)動：以點(diǎn)O為圓心、R為半徑，與盤上重合點(diǎn)反向的等速圓周運(yùn)動。,若以P為動點(diǎn)，圓盤為動系。,構(gòu)件上各點(diǎn)的速度與加速度分析,動點(diǎn)的絕對加速度:,牽連加速度的大小:,方向指向圓盤中心O,方向指向圓盤中心O,動點(diǎn)的絕對速度:,相對加速度的大小:,問題討論：,表明牽連運(yùn)動為平移時所得到的加速度合成定理對于牽連運(yùn)動為轉(zhuǎn)動的情形不再成立。,考題,計(jì)算題（15分）在圖示機(jī)構(gòu)中，

16、曲柄OA繞O軸轉(zhuǎn)動，曲桿BCDE的BC段鉛直，CD段水平，DE段在傾角為θ = 30°的滑道內(nèi)運(yùn)動。已知：OA = r，在圖示位置時φ= 30°，角速度為?，角加速度為?，試求：該瞬時桿BCDE上點(diǎn)B的速度和加速度。,考題,（10分）半徑為r的凸輪以勻角速度?繞O軸轉(zhuǎn)動，擺桿AB長度為l，其A端可沿凸輪輪沿滑動。圖示瞬時AB桿處水平位置，OA處鉛垂位置。求該瞬時AB桿角速度的大小與轉(zhuǎn)向。,構(gòu)件上各點(diǎn)的速度

17、與加速度分析,2. 同一構(gòu)件上各點(diǎn)速度間的關(guān)系,構(gòu)件上各點(diǎn)的速度與加速度分析,2. 同一構(gòu)件上各點(diǎn)速度間的關(guān)系,構(gòu)件上各點(diǎn)的速度與加速度分析,2. 同一構(gòu)件上各點(diǎn)速度間的關(guān)系,剛體在運(yùn)動過程中，其上各點(diǎn)至某一固定平面的距離始終保持不變,構(gòu)件上各點(diǎn)的速度與加速度分析,2. 同一構(gòu)件上各點(diǎn)速度間的關(guān)系,? 剛體平面運(yùn)動的分解,? 平面圖形上各點(diǎn)的速度分析,? 剛體平面運(yùn)動的合成概念,構(gòu)件上各點(diǎn)的速度與加速度分析,? 剛體平面運(yùn)

18、動的合成概念,剛體在運(yùn)動過程中，其上各點(diǎn)至某一固定平面（L1）的距離始終保持不變,作平行于固定平面L1的平面L2（仍為固定平面），這樣的平面與剛體輪廓的交線所構(gòu)成的圖形S ——平面圖形,則剛體作平面運(yùn)動時，圖形S 就在固定平面 L2中運(yùn)動。,S,L2,L1,構(gòu)件上各點(diǎn)的速度與加速度分析,? 剛體平面運(yùn)動的合成概念,剛體的平面運(yùn)動用平面圖形S 在自身所在平面內(nèi)的運(yùn)動代表,3個獨(dú)立變量隨時間變化的函數(shù)，即為剛體平面運(yùn)動方程：,構(gòu)件上

19、各點(diǎn)的速度與加速度分析,? 剛體平面運(yùn)動的分解,構(gòu)件上各點(diǎn)的速度與加速度分析,? 平面運(yùn)動分解為平動與轉(zhuǎn)動,O'x'y'—平動坐標(biāo)系,O'—基點(diǎn),平動坐標(biāo)系上各點(diǎn)的運(yùn)動等于基點(diǎn)的運(yùn)動,構(gòu)件上各點(diǎn)的速度與加速度分析,? 平面運(yùn)動分解為平動與轉(zhuǎn)動,則平面圖形的運(yùn)動可分解為隨基點(diǎn)的平動及繞基點(diǎn)的轉(zhuǎn)動。,構(gòu)件上各點(diǎn)的速度與加速度分析,? 平面運(yùn)動分解為平動與轉(zhuǎn)動,?rA ??rB， vA ?vB，

20、 aA ?aB,結(jié)論：,—隨基點(diǎn)的平動部分與基點(diǎn)的選擇有關(guān),△?1=△?2=△?,?A= ? B= ?,?A= ? B= ?,—繞基點(diǎn)的轉(zhuǎn)動部分與基點(diǎn)的選擇無關(guān),平面運(yùn)動圖形的角速度和角加速度，不必指明基點(diǎn)和坐標(biāo)系，就是平面圖形的角速度和角加速度。 相對基點(diǎn)的轉(zhuǎn)動角速度(角加速度)就是絕對角速度(角加速度).,構(gòu)件上各點(diǎn)的速度與加速度分析,? 平面圖形內(nèi)各點(diǎn)的速度,va = ve + vr,平面圖形上任意點(diǎn)的速度

21、，等于基點(diǎn)的速度，與這一點(diǎn)相對于基點(diǎn)（隨同基點(diǎn)運(yùn)動的平移系）運(yùn)動的速度矢量和。,其中：,—基點(diǎn)法,動點(diǎn)：B， 基點(diǎn)：A（平動坐標(biāo)系：Ax'y'）,vB= vA+ vBA,構(gòu)件上各點(diǎn)的速度與加速度分析,? 平面圖形內(nèi)各點(diǎn)的速度,—速度投影法,速度投影定理：平面圖形上任意兩點(diǎn)的速度在這 兩點(diǎn)連線上的投影相等。,,構(gòu)件上各點(diǎn)的速度與加速度分析,? 平面圖形內(nèi)各點(diǎn)

22、的速度,解：OA—轉(zhuǎn)動，vA=OA ? 0,AB—平面運(yùn)動,動點(diǎn)：B，基點(diǎn)： A,大?。海?? ？方位：? ? ?,vBA=vA=2m/s,?BA=vBA/AB=2rad/s,?BC=vB/BC=2rad/s,構(gòu)件上各點(diǎn)的速度與加速度分析,? 平面圖形內(nèi)各點(diǎn)的速度,解：OA—轉(zhuǎn)動，vA=OA ? 0=r ? 0,AO1—平面運(yùn)動,動點(diǎn)： O1 ，基點(diǎn)： A,構(gòu)件上各

23、點(diǎn)的速度與加速度分析,? 平面圖形內(nèi)各點(diǎn)的速度,動點(diǎn)： P，基點(diǎn)： O1,大?。?？ ? ？方位：？ ? ?,構(gòu)件上各點(diǎn)的速度與加速度分析,? 平面圖形內(nèi)各點(diǎn)的速度,O1,,圓盤沿直線軌道作純滾動，輪心A點(diǎn)作水平直線運(yùn)動，所以有,,,,構(gòu)件上各點(diǎn)的速度與加速度分析,? 平面圖形內(nèi)各點(diǎn)的速度,動點(diǎn)： P，基點(diǎn)： O1,大?。?？ ? ？

24、方位：？ ? ?,vPO1=PO1??=r ?= vO1,vP= vPO1 -vO1 =0,,構(gòu)件上各點(diǎn)的速度與加速度分析,速度瞬心—某瞬時，平面圖形內(nèi)速度等于零的點(diǎn),證明：,設(shè)某瞬時，平面圖形內(nèi),取動點(diǎn)：P，基點(diǎn)：A,取動點(diǎn)：P，基點(diǎn)：B,? 平面圖形內(nèi)各點(diǎn)的速度,—速度瞬心法,,? 平面圖形內(nèi)各點(diǎn)的速度,P,—速度瞬心法,構(gòu)件上各點(diǎn)的速度與加速度分析,2、瞬時性－不同的瞬時，有不同的速度瞬心

25、；,3、唯一性－某一瞬時只有一個速度瞬心；,4、瞬時轉(zhuǎn)動特性－平面圖形在某一瞬時的運(yùn)動都可以視為繞這一瞬時的速度瞬心作瞬時轉(zhuǎn)動.,1、速度瞬心客觀存在,結(jié)論：,速度瞬心—某瞬時，平面圖形內(nèi)速度等于零的點(diǎn),構(gòu)件上各點(diǎn)的速度與加速度分析,? 平面圖形內(nèi)各點(diǎn)的速度,—速度瞬心法,已知平面圖形上兩點(diǎn)的速度矢量的方向，這兩點(diǎn)的速度矢量方向互不行。,構(gòu)件上各點(diǎn)的速度與加速度分析,第一種情形,過A、B兩點(diǎn)分別作矢量vA和vB的垂直線，兩條直

26、線的交點(diǎn)即為速度瞬心。,速度瞬心的確定：只滾不滑接觸點(diǎn) 速度垂線找交點(diǎn),? 平面圖形內(nèi)各點(diǎn)的速度,—速度瞬心法,構(gòu)件上各點(diǎn)的速度與加速度分析,第二種情形,速度瞬心的確定：只滾不滑接觸點(diǎn) 速度垂線找交點(diǎn),? 平面圖形內(nèi)各點(diǎn)的速度,—速度瞬心法,第三種情形,構(gòu)件上各點(diǎn)的速度與加速度分析,第四種情形,瞬時平動：? =0,? ?0,速度瞬

27、心的確定：只滾不滑接觸點(diǎn) 速度垂線找交點(diǎn),? 平面圖形內(nèi)各點(diǎn)的速度,—速度瞬心法,第五種情形,找出下列平面運(yùn)動剛體的速度瞬心。,? 練習(xí)題,構(gòu)件上各點(diǎn)的速度與加速度分析,構(gòu)件上各點(diǎn)的速度與加速度分析,解：OA—轉(zhuǎn)動，vA=r?0； AB—平面運(yùn)動，速度瞬心P,BC—轉(zhuǎn)動；,CD—瞬時平動,已知：組合機(jī)構(gòu)中，曲柄OA＝r= O1C，角速度 ? 0，AB= O1B= CD=2r。

28、圖示情形, AB?BC,? =45º, 求此時滑塊D的速度,? 平面圖形內(nèi)各點(diǎn)的速度,—速度瞬心法,構(gòu)件上各點(diǎn)的速度與加速度分析,解：OA—轉(zhuǎn)動，vA=OA· ? =r?；AB—平面運(yùn)動，速度瞬心B,CD—平面運(yùn)動，速度瞬心O,? 平面圖形內(nèi)各點(diǎn)的速度,—速度瞬心法,考題,,（10分）圖示平面機(jī)構(gòu)。已知曲柄OA以勻角速度?繞O軸轉(zhuǎn)動，OA=BC=r，AB=CD=2r；圖示瞬時，桿OA處鉛垂位置，BC處于

29、水平位置，且OB?BD。求該瞬時AB桿及CD桿的角速度。,平面機(jī)構(gòu)如圖所示。已知：圓盤半徑R=20 cm，在水平面上作純滾動；在圖示瞬時，vc=20 cm/s， φ =60º，且AB與圓盤相切。試求：滑塊A的速度；桿AB的角速度；,構(gòu)件上各點(diǎn)的速度與加速度分析,綜合應(yīng)用,已知:平面機(jī)構(gòu)中，曲柄OA以勻角速度? 繞O軸轉(zhuǎn)動，曲柄長OA=r，擺桿AB可在套筒C中滑動，擺桿長AB=4r，套筒C繞定軸C轉(zhuǎn)動。試求:圖示瞬時（ ∠OA

30、B=60? ）B點(diǎn)的速度。,,A,動點(diǎn):A,動系:套筒C,牽連運(yùn)動:定軸轉(zhuǎn)動。,絕對運(yùn)動:圓周運(yùn)動；,相對運(yùn)動:直線運(yùn)動；,大小: √ ？ ？方位：√ √ √,求速度方法一,構(gòu)件上各點(diǎn)的速度與加速度分析,綜合應(yīng)用,求速度方法一,動點(diǎn):B,動系:套筒C,絕對運(yùn)動:曲線運(yùn)動；,相對運(yùn)動:直線運(yùn)動；,牽連運(yùn)動:定軸轉(zhuǎn)動。,大小: ？ √ √方位：？ √ √,構(gòu)件上各點(diǎn)的速度與加速度分析,綜合應(yīng)用,A,OA桿