用法进行机构的运动.ppt

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* §3—3 用解析法进行机构的运动分析 用解析法作平面机构的运动分析的关键是建立机构位置矢量封闭方程式。随着计算机的普及,解析法得到了越来越广泛的采用。 常用的解析法有:矢量方程解析法、矩阵法、复数矢量法、杆组法。 一、复数矢量法 复数矢量法是先写出机构的封闭矢量方程式,然后将它对时间求一次和二次导数即得速度和加速度矢量方程式,最后用复数矢量运算法求出所需的运动参数。 缺点:对每一个机构都要列具体方程,对于多杆机构用起来很复杂,有时甚至方程的解解不出来,所以对复杂机构,我们多采用杆组法。 机构中的杆可用矢量来表示,而矢量又可用复数表示。 = r = r(cosθ+isinθ)(欧拉公式) 对上式求导,可用来速度分析: ( ) = ( r )i + 其中: 为ω; 对于定长矢量,为0,对于变长矢量,表示相对移动速度。 对上式再求导,可用来加速度分析: ( ) = -( r 2) + ( r )i + (2 )i + 物理意义: rω2 (向心) rα(切向) ar(相对) 2ωV(哥氏加速度ak) 下面以图示的铰链四杆机构为例来详细推导位移、速度、加速度方程: 已知:杆长L1,L2,L3,L4,θ1,ω1。 求:θ2, , ,θ3 , , 解:建立如图所示直角坐标系,并将 以 , , , 分别表示各杆的向量,则向量方程式为: + = + 用复数表示为: + = + (*) 按欧拉公式展开: (cosθ1+isinθ1)+ (cosθ2+isinθ2) = (cosθ3+isinθ3) + 各杆以矢量形式表示出来。为方便起见,取x轴与机架重合且L4的方向沿x轴正向。 分离虚、实部: cosθ1 + cosθ2 = cosθ3+ sinθ1 + sinθ2 = sinθ3 令a= - cosθ1,b= sinθ1,则: cosθ2= cosθ3 + a sinθ2= sinθ3-b (1) (2) (1)2+(2) 2 得: 2=( cosθ3 + a)2+( sinθ3-b)2 整理得方程: A sinθ3+B cosθ3+C=0 (3) (cosθ1+isinθ1)+ (cosθ2+isinθ2) = (cosθ3+isinθ3) + 其中:A=2b ,B=-2a , C= 2- 2 - 2 - 2 +2 cosθ1 令:t=tg ,则: 代入(3)式,整理得:(C-B) t2+2A t+(B+C)=0 t1、2= ∴ θ3=2arctg t1、2 =2arctg 同理可求θ2=? A sinθ3+B cosθ3+C=0 (3) cosθ3=(1-t2)/ (1+ t2) sinθ3 = 2t / (1+ t2) 说明: 1)“±”——取决于机构的初始安装模式: “+”号适用于图示机构ABCD位置的安装方案; “-”号适用于机构ABC′D位置的安装方案。 2)θ31、θ32——取决于从动件运动的连续性: 若|θ31-θ3 | |θ32-θ3 |(θ3为前一个位置计算出来的值) ,则取当前的θ3=θ31,否则取θ3=θ32。 3)若A2+B2-C20(如θ1=120°代入时),即没有θ3,说明机构不能运动到此位置——可用来判断机构的可动范围。 θ3=2arctg t1、2 =2arctg 速度分析: 对(*)式求导: ( ) i + ( ) i =( ) i 欧拉公式展开: i (cosθ1+isinθ1)+ i(cosθ2+isinθ2) = i(cosθ3+isinθ3) (**) 分离虚、实部: - sinθ2 + sinθ3 = sinθ1 cosθ2 - cosθ3 = - cosθ1 解得: =? =? 加速度分析: 对(**)式再求导,可解得: =? =? 通过上述对四杆机构进行运动分析的求解可见,用解析法作机构运动分析的关键

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