機構(gòu)分析動力分析

用于確定各運動副中的約束反力和主動構(gòu)件的驅(qū)動力或從動構(gòu)件的阻力，以便對機械結(jié)構(gòu)進行強度計算。動力分析的另一目的是求解機構(gòu)在已知力作用下的真實運動。動力分析可分為古典的剛體動力學分析和近代的運動彈性體動力學分析兩種。剛體動力學分析把構(gòu)件視作不變形的剛體，這在低速輕載情況下基本上是符合實際情況的。但隨著近代機構(gòu)速度的提高，構(gòu)件因慣性力而引起較大的彈性變形，其位置產(chǎn)生不容忽略的誤差。為了提高動力分析的精度，必須采用運動彈性體動力學分析。

剛體動力學分析

常用的有動態(tài)靜力分析法和功能法。①動態(tài)靜力分析法:用來求解作用于機構(gòu)中的力,這是根據(jù)達朗伯原理將慣性力看作外力加在相應(yīng)的構(gòu)件上，于是動態(tài)的機構(gòu)就可認為是處于靜力平衡狀態(tài)，可以用靜力學方法進行分析計算。這種方法又分為圖解法或解析法。②功能法：主要用來求解機構(gòu)的真實運動，是根據(jù)能量守恒定律建立的一種動力分析方法?；驹硎菣C器動能的增量應(yīng)等于諸外力所作的功。因機器各構(gòu)件間均有確定的相對運動，對于單自由度的機器可以將整個機器的運動問題化為它的某一構(gòu)件的運動問題，即引入等效力和等效質(zhì)量等概念，使求解大為簡化。除上述兩種方法外，尚有能量分配法、線性相關(guān)法和能量變化率法等。

運動彈性體力學分析

基本思想是把機構(gòu)處于不同瞬時的位置作為一個固定的結(jié)構(gòu)來分析。結(jié)構(gòu)在外力和慣性力作用下可以建立一個運動方程。這時作用在結(jié)構(gòu)上的慣性力，必須是考慮構(gòu)件變形后的機構(gòu)加速度所引起的慣性力。機構(gòu)運動彈性體動力學分析的步驟是:首先假設(shè)機構(gòu)的構(gòu)件是剛體,求出構(gòu)件未變形時的位置、速度和加速度；其次,求出各構(gòu)件的慣性力和慣性力矩;然后根據(jù)運動彈性體動力學分析方法，求出構(gòu)件偏離剛性構(gòu)件位置的彈性變形量。根據(jù)建立結(jié)構(gòu)運動方程的不同型式,運動彈性體動力學分析可分為剛度法和柔度法。此外，尚有建立在歐拉- 伯努利梁變形理論基礎(chǔ)上的分塊參數(shù)法和建立在歐拉-拉格朗日方程基礎(chǔ)上的假定模型法。 2100433B

其目的是計算機構(gòu)的運動參數(shù)、掌握其運動性能，以鑒別它是否達到工作要求。對機構(gòu)進行運動分析時，不考慮引起機構(gòu)運動的外力、機構(gòu)中構(gòu)件的質(zhì)量、彈性和運動副中的間隙對機構(gòu)運動的影響,而僅從幾何上分析機構(gòu)的位移、速度和加速度等運動情況。運動分析的方法有圖解法和解析法。

機構(gòu)分析圖解法

常用的有相對運動向量圖解法、瞬心法和圖解微分法等。圖解法簡單直觀,在工程上應(yīng)用甚廣。①相對運動向量圖解法:按照相對運動向量方程式,用一定的比例尺繪制向量多邊形來求解機構(gòu)的運動參數(shù)。建立相對運動向量方程式的根據(jù)是：點的絕對運動是牽連運動與相對運動的合成；剛體的平面運動是隨基點的牽連移動與繞基點的相對轉(zhuǎn)動的合成。②瞬心法：利用相對瞬心是兩構(gòu)件的速度相同的瞬時重合點這一概念，來求解機構(gòu)中構(gòu)件速度的一種圖解方法。對于構(gòu)件數(shù)目較多的機構(gòu)，因瞬心數(shù)目太多，用瞬心法求解困難。③圖解微分法：已知機構(gòu)的位移曲線后，直接對曲線圖進行微分，作出速度曲線或繼之作出加速度曲線。圖解積分法則與此相反。當研究機構(gòu)在整個運動循環(huán)中的運動變化規(guī)律時，用這兩種方法求解運動尤為方便。

機構(gòu)分析解析法

用這種方法求解機構(gòu)運動可得到精確的結(jié)果。由于電子計算機的出現(xiàn)，解析法獲得了迅速的發(fā)展。這種方法的關(guān)鍵是建立位移方程式，至于速度分析和加速度分析則是利用位移方程式對時間求導一次、二次而解線性方程的問題。常用的有向量法、復數(shù)法、坐標變換矩陣法和位移矩陣法等。①向量法：基本原理是把連桿機構(gòu)視為一個封閉的向量多邊形，由此建立位移方程式，并通過它在各直角坐標軸上的投影式求解運動參量。②復數(shù)法：建立位移方程式的方法與向量法相同，但每一向量均以復數(shù)形式表示，并通過復數(shù)運算來求解運動參量。這種方法運算方便,物理概念清楚,應(yīng)用較廣。③坐標變換矩陣法：通過空間直角坐標系之間的變換進行運動分析和綜合。如對閉鏈機構(gòu)中每兩相鄰構(gòu)件上的坐標系進行變換，就可從構(gòu)件1開始經(jīng)2、3…n回到1,列出一個閉環(huán)矩陣方程式，由此可解出各相鄰構(gòu)件間的相對位置。④位移矩陣法：用位移矩陣作為運算工具，表示出剛體任一點的第1位置與第n位置間的坐標關(guān)系，由此建立位移方程式。此外，還有運用張量、對偶數(shù)和四元數(shù)等數(shù)學工具的方法。用對偶數(shù)進行空間機構(gòu)運動分析運算很方便。

研究機構(gòu)組成以及具有確定的相對運動的必要條件; 了解機構(gòu)的組成原理，并按照結(jié)構(gòu)中基本桿組的組成形態(tài)特征進行機構(gòu)分類，在此基礎(chǔ)上建立運動分析和動力分析的一般方法。機構(gòu)具有確定運動的必要條件是機構(gòu)的原動構(gòu)件的數(shù)目必須等于機構(gòu)的自由度 (又稱為機構(gòu)活動度) 的數(shù)目。滿足以上條件的任何機構(gòu)，當其原動件按給定的已知運動規(guī)律運動時，構(gòu)成機構(gòu)的所有構(gòu)件，在任意瞬時的運動都是確定的。反之，如果原動件數(shù)目小于機構(gòu)自由度數(shù)目，則機構(gòu)運動是不確定的; 如果原動件數(shù)目多于機構(gòu)自由度數(shù)目，整個機構(gòu)在運動中難以滿足所有原動件給定的運動規(guī)律，甚至造成薄弱構(gòu)件的破壞。機構(gòu)組成原理是由俄國著名科學家阿蘇爾確定的： 任何機構(gòu)都可以利用若干個自由度為零的基本桿組依次聯(lián)接到原動件和機架的方法而構(gòu)成。依據(jù)這一原理，任意機構(gòu)均可分解成機架、原動件和若干基本桿組，然后進行運動分析或動力分析

分析的目的是了解各種機構(gòu)的組成及其對運動的影響。機構(gòu)的結(jié)構(gòu)公式（即機構(gòu)自由度公式），是判定機構(gòu)運動可能性和確定性的依據(jù)。最早的結(jié)構(gòu)公式是1869年俄國人П.Л.切比雪夫提出的平面運動鏈結(jié)構(gòu)公式。公共約束反映機構(gòu)中構(gòu)件和運動副的特定幾何配置所產(chǎn)生的作用。它的引入為精確地建立各種結(jié)構(gòu)公式提供了必要的條件。此外，虛約束、局部自由度、非幾何條件引起的約束等都會影響機構(gòu)自由度的計算。1916年，俄國人Л.Β.阿蘇爾根據(jù)機構(gòu)構(gòu)成特征提出按族、級、類和階進行機構(gòu)分類。他還提出：機構(gòu)是由不可分拆的、自由度為零的構(gòu)件和運動副組成的桿組依次接到原動件和機架上而成的。阿蘇爾桿組的概念至今仍廣為應(yīng)用。

機構(gòu)設(shè)計分析包括機構(gòu)選型、平面連桿機構(gòu)設(shè)計、平面連桿機構(gòu)運動分析、凸輪機構(gòu)設(shè)計。

機構(gòu)選型包括鉸鏈四桿機構(gòu)、單移動副四桿機構(gòu)、雙移動副四桿機構(gòu)、空間凸輪機構(gòu)；

平面連桿機構(gòu)設(shè)計包括鉸鏈四桿機構(gòu)設(shè)計、曲柄滑塊機構(gòu)設(shè)計、導桿機構(gòu)設(shè)計、曲柄搖塊機構(gòu)設(shè)計、液氣缸機構(gòu)設(shè)計；

平面連桿機構(gòu)運動分析包括鉸鏈四桿機構(gòu)分析、曲柄滑塊機構(gòu)分析、導桿機構(gòu)分析；

凸輪機構(gòu)設(shè)計包括盤形凸輪機構(gòu)設(shè)計、直動凸輪機構(gòu)設(shè)計、圓柱凸輪機構(gòu)設(shè)計。2100433B

自鎖機構(gòu)在機械工程領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。

在這不介紹利用機械效率小于零的條件來判斷機構(gòu)自鎖，而采用利用運動副的自鎖條件來判別機構(gòu)的自鎖。其理論依據(jù)是：一個具體的單自由度機構(gòu)中，只要有一個運動副發(fā)生自鎖，該機構(gòu)則發(fā)生自鎖。這樣，不僅概念清楚，而且簡化了自鎖機構(gòu)的分析與設(shè)計過程。

在十字滑塊壓縮機中，將曲軸的回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為活塞往復運動的運動轉(zhuǎn)換機構(gòu)，實質(zhì)上是由兩個正弦機構(gòu)組合而成的司谷區(qū)扼。這是一種無連桿的兩列四缸壓縮機，今以水平列為例說明其工作原理:當曲軸轉(zhuǎn)動時，曲柄銷使滑塊在框架內(nèi)上下滑動，與此同時，框架則推動活塞桿左右移動，使活塞-氣缸組件完成壓縮機的工作過程。

偏心輪機構(gòu)與曲柄連桿機構(gòu)是等效的，因此分析偏心輪壓縮機和十字滑塊壓縮機的動力特性，實質(zhì)上就是分析曲柄連桿機構(gòu)時的動力特性?？紤]到十字滑塊壓縮機結(jié)構(gòu)上的對稱性，僅以水平列為例，分析其動力特性 。