机械原理-第3章 平面机构的运动分析和力分析
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机械原理平面机构的运动分析机械原理是研究机械结构的运动、力学性能和设计规律的一门学科。
而平面机构是机械原理中的一个重要概念,指的是在同一平面内运动的机构。
平面机构广泛应用于工程领域,例如各种机床、汽车、船舶等。
对平面机构的运动分析,可以帮助我们理解机构的运动性能以及设计出更加高效的机构。
平面机构的运动分析通常包括以下几个方面:1.机构的自由度和约束度分析:机构的自由度指的是机构在运动中能够独立自由变动的数量,约束度指的是机构在运动中受限制的数量。
自由度和约束度的分析可以帮助我们确定机构的运动特性和受力情况,从而进行更加准确的运动分析。
2.运动学分析:运动学分析是研究机构在运动中各个点的速度和加速度分布的过程。
通过运动学分析,可以确定机构在运动中的速度和加速度的大小和方向,进而计算出关键部位的动力学参数,如惯性力、跟随误差等。
3.强度和刚度分析:机构在运动过程中会受到一定的力学载荷,为了确保机构的正常工作和安全性,需要对机构的强度和刚度进行分析。
强度分析可以帮助我们确定机构的承载能力和应力状态,而刚度分析可以帮助我们确定机构的变形情况和运动精度。
4.动力学分析:动力学分析是研究机构在运动中产生的动力学特性的过程。
通过动力学分析,可以确定机构在运动中的力学响应和响应频率,进而验证机构的设计是否符合运动要求和预期的性能。
对于平面机构的运动分析,需要掌握以下基本方法和步骤:1.给定机构的几何结构和运动要求,确定机构的自由度和约束度。
2.建立机构的运动学模型,包括机构的运动副和约束副。
3.分析机构的运动学闭链,通过运动副和约束副的条件,建立运动学方程组,进而求解各个点的速度和加速度。
4.根据机构的几何结构和质量分布,建立机构的动力学模型,包括质点的质量和惯量矩阵。
5.根据运动学方程组和动力学模型,得到机构的动力学方程组,进而求解力学响应和响应频率。
6.对机构的强度和刚度进行分析,确定机构的设计是否满足要求。
第一章绪论一、教学要求(1)明确本课程研究的对象和内容,及其在培养机械类高级工程技术人才全局中的地位、任务和作用。
(2)对机械原理学科的发展现状有所了解。
二、主要内容1.机械原理课程的研究对象机械原理(Theory of Machines and Mechanisms)是以机器和机构为研究对象,是一门研究机构和机器的运动设计和动力设计,以及机械运动方案设计的技术基础课。
机器的种类繁多,如内燃机、汽车、机床、缝纫机、机器人、包装机等,它们的组成、功用、性能和运动特点各不相同。
机械原理是研究机器的共性理论,必须对机器进行概括和抽象内燃机与机械手的构造、用途和性能虽不相同,但是从它们的组成、运动确定性及功能关系看,都具有一些共同特征:(1)人为的实物(机件)的组合体。
(2)组成它们的各部分之间都具有确定的相对运动。
(3)能完成有用机械功或转换机械能。
机构是传递运动和动力的实物组合体。
最常见的机构有连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、间歇运动机构、螺旋机构、开式链机构等。
它们的共同特征是:(1)人为的实物(机件)的组合体。
(2)组成它们的各部分之间都具有确定的相对运动。
2.机械原理课程的研究内容1、机构的分析1)机构的结构分析(机构的组成、机构简图、机构确定运动条件等);2)机构的运动分析(机构的各构件的位移、速度和加速度分析等);3)机构的动力学分析(机构的受力、效率、及在外力作用下机构的真实运动规律等);2、机构的综合(设计):创新的过程1)常用机构的设计与分析(连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、常用间歇机构等);2)传动系统设计(选用、组装、协调机构)通过对机械原理课程的学习,应掌握对已有的机械进行结构、运动和动力分析的方法,以及根据运动和动力性能方面的设计要求设计新机械的途径和方法。
3 机械原理课程的地位和作用机械原理是以高等数学、物理学及理论力学等基础课程为基础的,研究各种机械所具有的共性问题;它又为以后学习机械设计和有关机械工程专业课程以及掌握新的科学技术成就打好工程技术的理论基础。