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第3章 平面机构的运动分析习题解答

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3平面机构的运动分析
本章关键词:速度瞬心法、矢量方程图解法、解析法。
3-1何谓速度瞬心?相对瞬心与绝对瞬心有何异同点?
[解答]1)互作平面相对运动的两构件上瞬时速度相等的重合点称为两构件的速度瞬心,简称瞬心。
2区分相对瞬心与绝对瞬心关键看瞬心处的绝对速度是否为零,为零则称为绝对瞬心;否则则称为相对瞬心。
3-2何谓三心定理?何种情况下的瞬心需用三心定理来确定?
[解答]1所谓三心定理,三个彼此作平面运动的构件的三个瞬心位于同一直线上。2)确定不通过运动副直接相连的两构件间的瞬心位置需借助三心定理。3-3[解答]
3-4[解答]


由三心定理,求得齿轮1与齿轮3的同速重合点,也即相对瞬心P13。由瞬心的性质可得:vP131P13P16l3P13P36l

传动比
1P13P36
(如需尺寸直接从图上量取)3P13P16
3-6[解答]l2mm/mm

1)由三心定理确定出构件24的等速重合点,也即相对瞬心P24。由瞬心性质得
vP242P12P24l4P14P24l42
P12P24P14P24
10(49/1094.5rad/s(顺时针
vClCD4904.5405mm/s方向如图示
2)由三心定理确定出构件13的等速重合点,也即绝对瞬心P13。在此瞬时,可将构件3视为绕点P13转动,从而求得构件3BC线上速度最小的点E32
P12P23P13P23
10
30
2.5rad/s方向如图示119.5
vE3Pmm/s方向如图示13El2.5712355
3)结合(2)的分析可知,要使vC0,须满足CE两点重合,而要满足CE两点重合,只需ABC三点共线即可。取l2mm/mm作机构位置图。


3-8[解答]a

解题思路:该题用同一构件上运动关系:1)建立BC两点的速度、加速度关系;2)建立BC两点的速度、加速度关系;3)再建立E点和C点的速度、加速度关系及E点和D点速度、加速度关系,联立求解。
3-8[解答]b

3-13[解答]在(a)图示摆动导杆机构中,B点存在科氏加速度。(b图示移动导杆机构中,B不存在科氏加速度。
kk
对于题3-13题(a)图中,科氏加速度aB3B223vB3B2,要使aB3B20,则需满足30
vB3B20,从而得到机构图(c)所示。其中,当曲柄AB位于AB1AB2位置时30;当曲柄AB
位于AB3AB4位置时vB3B20

a(b(c

(1若机构中存在这样的两个构件,该构件的牵连运动是转动且形成移动副时,则机构中存在科氏加速度;不过,若组成移动副的两个构件作平面运动时,因牵连角速度0此时科氏加速度不存在。2)根据上一条,所有科氏加速度为零的位置都已找出。
32323
kk
,所以aB2va3B23B3B2B3B222vB3B2成立。
3-14[解答]
1)作机构运动简图
选取尺寸比例尺l2mm/mm,按按150准确作出机构位置图(a

2)速度分析
vB1lAB1030300mm/s方向垂直AB,指向与1转向一致。1)求D点的速度vD

根据瞬心的定义和三心定理可求得构件2与构件4(机架)的绝对瞬心P24,如(a)所示,则
vD的方向垂直P24D,指向与1转向一致。
vDvBvDB大小lAB1方向P24DABBD
式中有两个未知量,故可用作图法求解。取点P为速度图极点,速度比例尺v10(mm/s/mm

,作速度图如(b所示,求得
vDvpd1023.5mm/s0.235m/s2)求E点的速度vE
由图可知BDE同在构件2上,vBvD已知,故可用速度影像求vE。利用速度影像原理作图如(b)所示。
vEvpe1018mm/s0.18m/s方向如图示。3)求构件2的角速度2
2vDB/lDBvbd/0.05rad/s方向为顺时针。2)加速度分析
2aB1lAB102303mm/s2方向沿AB,由B指向A
1D点的加速度aD
由图(b,利用速度影像原理可求得vC2C3vpc21017.6mm/s0.176m/s
首先分析点C2C2点和C3是重合点,由两构件上重合点的加速度关系可知,有
ac3aC2C3aC2C3ac2
大小022vC2C3方向BC
K式中,aCm/s22C322vC2C3220.176
kr
BC
构件2BC2两点间的运动关系为
aBaC2BaC2Bac2
22
大小lAB1lBC2
n
方向BACBBC
n2222
式中,aCl20.123m/s0.492m/s2BBC2
联立上面两式子,可得
ac2ac3aC2C3aC2C3aBaC2BaC2B
22大小022vC2C3lAB1lBC2
krn
方向BCBCBACBBC

此式有两个未知量,故可用作图法求解。加速度比例尺a0.05(m/s2/mm,取点p为加速度图极点,作加速度图如(c)所示。利用加速度影像原理可求aDaDapd0.0552.42.62m/s2方向由pd
2E点的加速度aE
利用加速度影像原理作图如图(c,求得
aEape0.05572.85m/s2方向由pe
3求构件2的角加速度2

2aCB/lBC(abc/lBC(0.058.4/0.058.4rad/s方向为顺时针
3-15[解答]
(1作机构运动简图
l2mm/mm,150准确作出机构位置图(a2)速度分析
分析思路:BF1F5(F4DC
1析点B和点D
vBlAB10.04100.4m/s
vF1lAF1lAF1020.036100.72m/s
1构件1和构件5构成重合点,即
vF5vF1vF5F1大小lAF1方向EFABAF

式中仅有两个未知量,故可用作图法求解。取点p为速度图极点,v0.04m/s作速度图,如

图(b)所示,可得
vF4vF5vpf50.0438.5m/s1.54m/s方向垂直EF4vF4/lEF1.54/0.6625.67rad/s方向为顺时针。
vD4lDE25.670.035m/s0.90m/s方向垂直DE,指向与4转向一致。2析点C
构件2BC两点间的运动关系为
vCvBvCB大小lAB1
方向ABBC
构件3CD两点间的运动关系为
vCvDvCD大小lED4
方向DECD(红色过程可以不用写出
联立两式,可得
vCvBvCBvDvCD大小lAB1lED4
方向ABBCDECD
式中仅有两个未知量,故可用作图法求解。取点p为速度图极点,作速度图,如图(b)所示,于是得
vCvpc0.0417.1m/s0.68m/s其方向由pc
3vCD/lCD(vcd/lCD(0.0423.1/0.07512.32rad/s方向为逆时针。2vBC/lBC(vbc/lBC(0.047.5/0.0056rad/s方向为顺时针。3)加速度分析
Kr
n
aF5aF1aF5F1aF5F1aF5
222
大小lFE4lAF121vF5F1
方向FEEFFAAFAF
取加速度比例尺a0.5(m/s2/mm,作加速度图。分别取B点、D点为基点,建立相对运动方程式:
aBaCBaCBaDaCDaCDaC
nn

222
大小:lAB1lCB2已知lCD3
方向:BACBBC已知CDCD上式只有两个未知量,故可用作图法求解。
n2
式中:aBaB1lAB1020.04m/s24m/s2n2aDaD4lDE25.6720.035m/s223.1m/s2
n2法向加速度aCBlCB20.05621.8m/s2n2法向加速度aCDlCD30.07512.32211.38m/s2
取点p为加速度图极点,加速度比例尺a0.5(m/s2/mm作加速度图,如图(c)所示,于是得
aCapc0.514m/s27m/s2方向由pc

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