第4章速度瞬心及其应用

否具有确定的运动规律，为什么？
第5章 平面连杆机构的运动分析和设计
平面连杆机构 机构的类型和应用 机构的运动特性 机构运动分析方法 机构运动设计方法
5.1平面连杆机构及其应用 • 结构特点 :机构中所有构件的运动平
面平行或重合，并且，所有运动副都 是低副
连杆机构应用
挖 掘 机
挖掘机
播种机 送料机
一、实验目的
本实验的主要目的和要求是使学生对共轭曲线的包络原理有深入的认识，明确要实现两个构件之间的某种相对运 动可以有无穷多共轭曲线，但是，在设计时必须考虑曲线的加工问题。
二、实验内容
本实验包含标准齿轮范成加工、变位齿轮范成加工、任意形状齿轮范成加工、任意包络线生成。
三、实验仪器、设备和材料
齿轮范成仪、计算机和软件
机构组成原理与自由度 实验报告
姓名
班级
学号
实验日期 年
1.【实验1-3-1】由计算机的动态演示，高副低代后的连杆机构为
(1) 凸轮机构从动件位移与高副低代后的连杆机构从动件位移
(2) 凸轮机构从动件速度与高副低代后的连杆机构从动件速度
(3)凸轮机构从动件加速度与高副低代后的连杆机构从动件加速度
月日
变化多端的连杆曲线
搅拌器
连杆曲线
正弦机构
S lAB sin
正弦机构
级机构。在当前瞬时，（填写“相同”或“不同”） 。 。 。
2.【实验1-3-2】观察计算机动态演示的三个机构，
(1) 该四杆机构有
个机架，有
个活动构件，有
个原动件，有
个从动件，有
Leabharlann Baidu
个低
副，有
个高副，有
个Ⅱ级杆组，有
个Ⅲ级杆组，有
个Ⅳ级杆组，有
个自由度。
(2) 该六杆机构有
个机架，有
个活动构件，有
个原动件，有
四、实验原理
共轭曲线的特性与形成。高副的运动副元素为共轭曲线。理论上，只要已知两构件之间的相对运动关系（速度瞬心）曲线和一 个构件的曲线形状，或已知两个构件的运动和一个构件的曲线形状，就可以求作另外一个构件的曲线形状。所用的方法都是包络方 法。
齿轮机构的设计属于第一种情况，而凸轮机构的设计属于第二种情况。包络方法也奠定了高副的加工方法。
(1)以任意一个构件为主动件时，该五杆机构的各个构件
。
(2)以两个构件为主动件时，该五杆机构的各个构件
。
(3)以三个构件为主动件时，该五杆机构的各个构件
。
(4)可以判断该机构的自由度为
。
4、实验结果分析、讨论实验指导书，提出思考问题
(1)【实验1-3-1】①高副低代是唯一的吗？②从高副低代分析，在凸轮机构的整个运动过程中，高副机构与高副低代后的机构有何
五、实验步骤
本实验中的各个实验的实验步骤相同。 ⑴ 进入实验主界面，点击按钮“点击进入”； ⑵ 选择“齿轮参数输入”或选取默认值； ⑶ 点击“控制按键”，可以看到两个构件的运动和共轭曲线的形成。
高副机构共轭曲线的设计和加工
基本原理 实验报告
姓名
班级
学号
实验日期 年 月 日
1. 实验原始记录
标准齿轮范成加工
异同？③分析为什么可以用低副机构研究高副机构的运动规律？
(2)【实验1-3-2】①对比四杆机构与六杆机构的异同；②对比四杆机构与八杆机构的异同；③对比六杆机构与八杆机构的异同；④
一个平面刚体有三个力平衡方程式，为什么说“基本杆组是静定的”？
(3)【实验1-3-3】 ① 什么是确定运动规律？自由度的含义是什么？②以任意一个构件、两个构件和三个构件为主动件时，机构是
第4章 速度瞬心及其应用
●利用速度瞬心进行机构的速度分析 ●将低副机构转变为高副机构(瞬心线机 构，共轭曲线机构） ●用低副机构的分析方法对高副机构进 行结构和运动分析(高副低代)
1
4.1 速度瞬心的概念及其确定方法
2 B
1 A 0
C 3 D
VA1 VA0 0 VB1 VB2 VC 2 VC3 VD3 VD0 0
一、实验目的 1、【实验1-3-1】加深对高、低副机构转换的认识； 2、【实验1-3-2】熟悉基本杆组的概念、分类和结构组成；使学生能利用基本杆组进行机构的结构设计，为机构的运动分析和动力分 析打下基础； 3、【实验1-3-3】加深对自由度与机构确定运动规律的认识。 二、实验内容 1、【实验1-3-1】给定一个凸轮机构，对机构进行高副低代。 ⑴ 确定机构的级别； ⑵ 验证低代前后机构运动规律（位移、速度和加速度）的变化； 2、【实验1-3-2】给出不同杆件数的机构，对比分析这些机构的组成与基本杆组的类型，进行机构结构组成的分析（机构的自由度、 包含的基本杆组，拆除基本杆组不影响机构的自由度），提出改变机构结构组成（保持机构的级别不变或改变机构的级别）的方案； 3、【实验1-3-3】当给定不同的构件为主动件和不同的主动件个数时，观察机构是否有确定运动规律。 三、实验仪器、设备和材料 机构模型、计算机和软件 四、实验原理 １、【实验1-3-1】高副低代； ２、【实验1-3-2】基本杆组与机构的组成； ３、【实验1-3-3】平面机构自由度的计算。 五、实验步骤 1、【实验1-3-1】进入实验主界面，点击按钮“凸轮机构”，可以看到凸轮机构的动态演示，同时也画出凸轮机构位移、速度和加速 度与时间的关系曲线；点击按钮“连杆机构”，可以看到高副低代后的连杆机构的动态演示，同时也画出了连杆机构位移、速度和加速度 与时间的关系曲线。 2、【实验1-3-2】进入主界面，点击按钮“四杆机构”，可以观察四杆机构的运动；点击按钮“六杆机构”，可以观察到六杆机构的 运动，同时也看到四杆机构和六杆机构的不同；点击按钮“八杆机构”，可以同时观察四杆、六杆和八杆机构的运动，同时也看到三种机 构的运动以及不同之处。 3、【实验1-3-3】进入主界面，可以看到“五杆机构”的示意图，点击按钮“具体操作步骤”进入软件Pro/E，观察五杆机构主动件数 分别为1、2和3时的机构运动情况。
⑵ 如何加工共轭曲线？
⑶ 对比标准齿轮范成加工、变位齿轮范成加工、任意形状齿轮范成加工的异同。
4.5 在机构运动和结构分析中的高副低代
在机构运动分析 仅考虑机构的位置、 速度和加速度的情况 下以及分析机构的级 别时，可以采用高副 低代。
14
曲线与直线形成的高副
15
曲线与点形成的高副
16
第四章 速度瞬心及其应用
K1将成为包络曲线， 而K2为被包络曲线，两高 副元素互为包络的曲线通 常被称为共轭曲线。含有 共轭曲线的高副机构为共 轭曲线机构。
将低副机构转变成共 轭曲线机构，共轭曲线的 形状K1、K2就可以有无穷 多种 。
9
齿轮加工
凸轮廓线
10
实验4 高副机构共轭曲线的设计和加工 基本原理
实验4 高副机构共轭曲线的设计 和加工基本原理
(4) 任意包络线生成
输入的参数为：
② 两构件的运动规律：原动件
从动件
③ 简要描述：原动件的曲线形状，对应的从动件的共轭曲线的形成过程与形状。
④ 打印或手绘、粘贴原动件的曲线及其对应的从动件的共轭曲线（可另附纸）
2. 思考题
⑴ 共扼曲线设计中关键的几个因素是什么？各种因素都涉及哪些方面？
2
速度瞬心的概念
两个构件绝对速 度相同（相对速度 为0）的点P12
V V P121
P12 2
3
构件之间速度瞬心的确定
有N个构件的机构，其速度瞬心的数目为
N(N 2
1) 个。
直接以运动副相连的两构件的速度瞬心的确定
三心定理：作平面运动三个构件之间三个速度 瞬心必在同一条直线上。
4
4.2 速度瞬心在机构速度分析中的应用
例题
例题
如图所示的带有一移动副的平面四杆机构中, 已知 原动件2以角速度w2等速度转动, 现需确定机构在图
示位置时从动件4的速度v4。
求解过程：确定机构瞬心如图所示
P24 在P23、P34 连线和P12、P14 连线上。
P24 P23
P14→∞
2
P12
ω2
3
4
v2
P34
实验3 机构组成原理与自由度
个从动件，有
个低
副，有
个高副，有
个Ⅱ级杆组，有
个Ⅲ级杆组，有
个Ⅳ级杆组，有
个自由度。
(3) 该八杆机构有
个机架，有
个活动构件，有
个原动件，有
个从动件，有
个低
副，有
个高副，有
个Ⅱ级杆组，有
个Ⅲ级杆组，有
个Ⅳ级杆组，有
个自由度。
3.【实验1-3-3】观察计算机动态演示,（前三项填写“都有确定的运动”或“没有确定的运动”或“不能运动”）
④ 打印或手绘、粘贴原动件的曲线及其对应的从动件的共轭曲线（可另附纸）
(3）任意形状齿轮范成加工
① 输入的参数为：
② 两构件的运动规律：原动件
从动件
③ 简要描述：原动件的曲线形状，对应的从动件的共轭曲线的形成过程与形状。
④ 打印或手绘、粘贴原动件的曲线及其对应的从动件的共轭曲线（可另附纸）
输入的参数为：
② 两构件的运动规律：原动件
从动件
简要描述：原动件的曲线形状，对应的从动件的共轭曲线的形成过程与形状。
④ 打印或手绘、粘贴原动件的曲线及其对应的从动件的共轭曲线（可另附纸）
(2）变位齿轮范成加工
①输入的参数为：
② 两构件的运动规律：原动件
从动件
③ 简要描述：原动件的曲线形状，对应的从动件的共轭曲线的形成过程与形状。
2
P10 P12 P12 P02
1
VP13 1 P10P13l 3 P03P13l
5
1 P01P12l vP12 v2
6
4.3 瞬心线和瞬心线机构
S4为定瞬心线， S2为动瞬心线 动瞬心线将沿定瞬 心线作无滑动的滚 动
7
瞬心线机构：利用瞬心线设计而成的机构
瞬心线机构
8
4.4 共轭曲线和共轭曲线机构