
【機】 acceleration polygon
加速度多邊形(Acceleration Polygon)是機械原理中用于圖解機構加速度分析的一種矢量作圖法。它基于相對運動原理,通過幾何作圖直觀求解機構中各點的加速度及構件的角加速度。其核心在于将複雜的加速度矢量方程轉化為多邊形圖解,主要應用于平面連杆機構的運動分析。
相對加速度關系
機構中任意兩點(如B點相對于A點)的加速度關系為:
$$vec{aB} = vec{aA} + vec{a{BA}^t} + vec{a{BA}^n}$$
其中:
矢量合成法則
将各加速度矢量按比例首尾相接,形成閉合多邊形。多邊形的閉合邊代表絕對加速度,其餘邊代表相對加速度分量。
計算已知量
根據機構位置和角速度,确定各構件的法向加速度(如 $vec{a{BA}^n}$、$vec{a{CB}^n}$)。
選擇極點
在圖紙上選取極點 $O$,代表加速度零點。
繪制矢量邊
閉合求解未知量
通過多邊形閉合條件(如 $vec{a_B} = vec{aC} + vec{a{BC}^n} + vec{a{BC}^t}$),圖解未知切向加速度的大小和方向,進而計算角加速度 $alpha = a{BA}^t / AB$。
簡化複雜計算
避免解析法中的多元方程組求解,尤其適用于多構件機構(如發動機曲柄連杆、機械手關節)。
可視化驗證
圖形結果可直觀檢驗加速度方向合理性,輔助判斷機構動力學性能(如急回特性、慣性力平衡)。
權威參考來源:
- 鄭文緯, 吳克堅.《機械原理》(第7版). 高等教育出版社, 1997:第5章"平面機構的運動分析"詳細闡述加速度多邊形作圖法。
- Robert L. Norton.《機械設計:機器和機構綜合與分析》(Machine Design: An Integrated Approach). Prentice Hall, 2014:第6章"Velocity and Acceleration Analysis"對比圖解與解析法優劣。
- 清華大學機械工程系公開課《機構學基礎》講義:第4講"平面連杆機構的運動分析"演示加速度多邊形實例(可訪問 清華大學慕課平台 搜索課程)。
加速度多邊形是機械工程中用于分析機構運動學的圖形方法,其核心是通過矢量疊加原理圖解各點的加速度關系。以下是詳細解釋:
基本定義 加速度多邊形指在機構運動分析中,通過矢量圖解法将各點的加速度矢量首尾相接形成的閉合幾何圖形。這種方法常用于平面連杆機構的加速度分析。
應用原理 • 基于相對運動關系,建立加速度矢量方程:$vec{a_B} = vec{aA} + vec{a{BA}^n} + vec{a_{BA}^t}$ • 通過比例尺将矢量方程轉化為幾何圖形,法向加速度($a^n$)和切向加速度($a^t$)分别用不同方向的矢量表示。
典型應用場景 主要用于解決:
注:該方法現多被計算機仿真取代,但在教學和基礎理論驗證中仍有應用價值。
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