动力3ppt课件

第4章 平面机构的力分析,概述 构件惯性力的确定 不考虑摩擦时机构的受力分析 运动副中摩擦力的确定 考虑摩擦时机构的受力分析,4-1 概述,一、作用在机构上的力,二、机构力分析的任务及目的,三、机构力分析的方法,一、作用在机构中的力,1、驱动力:输入功(driving work) 2、阻抗力（resistance)： 有效阻抗力（工作阻力）： 输出功(effective work) 有害阻抗力：损失功（lost work),二、机构力分析的任务及目的,在机构一定运动状态下，根据已知外力（矩）求解机构上的未知外力即平衡力（矩）和运动副反力（reaction of kinematic pair),F+N=ma F+N-ma=0,真实外力和惯性力在形式上组成了一个平衡力系,将惯性力当作外力施加于机构，采用静力分析的方法对机构进行动力分析，即为机构的动态静力分析,三、机构力分析的方法,惯性力：FI=-ma,4-2 构件惯性力的确定,两类方法： 一般力学方法 质量代换法,（1）作平面复合运动的构件连杆,m2,JS2,MI2,FI2m2aS2,MI2JS22,4-2 构件惯性力的确定（一般力学法）,（2）作平面移动的构件,FI3 m3aS3,（3）绕定轴转动的构件,若曲柄轴线不通过质心，则,FI1m1aS1,MI1JS11,若其轴线通过质心，则,MI1JS11,4-2 构件惯性力的确定（一般力学法）,4-2 构件惯性力的确定（质量代换法）,假想的集中质量称为代换质量；,代换质量所在的位置称为代换点。,质量代换条件,代换前后构件的质量不变；,代换前后构件的质心位置不变；,代换前后构件对质心轴的转动惯量不变。,m2,JS2,MI2,mB + mK m2,mB b mK k,mB b2mK k2JS 2,动代换： 代换后构件惯性力及惯性力矩均不变。 代换点及位置不能随意选择，给工程计算带来不便。,代换后惯性力不变 惯性力矩会产生一定的误差，但一般工程可接受,质量静代换,只满足前两个条件,mBm2c/(b+c),mCm2b/(b+c),mB + mC m2,mB b mC c,一、步骤 求出各构件的惯性力(矩)，将其视为外力(矩)加在对应构件上； 将机构分解为若干个构件组(应满足静定条件)，分别列出其力(矩)平衡方程； 逐一求解未知的运动副反力及平衡力(矩) 。,4-4 不考虑摩擦时机构的受力分析机构的动态静力分析,只考虑运动副反力时构件组的静定条件:,3n = 2pl + ph,基本杆组都满足静定条件,二、不考虑摩擦力时的静定条件,三、图解法作机构的动态静力分析（自学）,从离平衡力作用最远（已知力作用）的构件组开始； 注意利用二力平衡、三力汇交规律。,例：在牛头刨床机构中，各构件的尺寸及原动件的角速度均为已知。求机构各运动副中的反力及需要加在原动件上的平衡力矩。,A,B,C,1,3,2,6,4,5,D,E,h65,hq,hr,65,r,5,i5,先分析4、5组成的杆组 再分析2、3组成的杆组 后分析平衡力作用的构件1,（1）分析4、5组成的杆组,34,r,65,i5,4,5,D,E,h65,hg,hr,65,5,34,5,i5,r,a,b,c,d,e,构件4为二力杆,A,B,C,1,3,2,6,D,（2）分析2、3组成的杆组,32,12,构件2为二力件,（2）分析2、3组成的杆组,43,23,63,B,C,D,h43,h23,43,23,63,构件3为三力杆,（3）取构件1分析,四、用解析法进行机构的动态静力分析,矩阵法 矢量方程解析法 复数法,矩阵法基本方法 在建立直角坐标系的基础上，分别以各构件为分离体，将约束反力和其它作用力均分解为沿x轴和y轴的分力，列出各构件的平衡方程，然后再联立求解，即可取得预期结果。,例 题,构件1,构件2,构件3,写成矩阵形式,矩阵简写为：,1）造成机器运转时的动力浪费 机械效率,43 运动副中的摩擦,一、研究摩擦的目的,1. 摩擦对机器的不利影响,2）使运动副元素受到磨损零件的强度、机器的精度和工作可靠性 机器的使用寿命,3）使运动副元素发热膨胀 导致运动副咬紧卡死机器运转不灵活；,4）使机器的润滑情况恶化机器的磨损机器毁坏。,世界上使用的能源大约有1/31/2消耗于摩擦,大约有80%零件是由于磨损超过限度而报废和更换的,2. 摩擦的有用的方面：,一、研究摩擦的目的（续）,传动,制动,减震,自锁应用,在焊接方面的应用,摩擦焊,搅拌摩擦焊,搅拌摩擦焊,二、移动副中的摩擦,1. 移动副中摩擦力的确定,当垂直外载G一定时，运动副中摩擦力大小与运动副两元素的几何形状有关：,1,2,移动副,1）两构件沿单一平面接触（受力）,Ff21=f FN21=f G,FN21 = G,1. 移动副中摩擦力的确定（续）,二、移动副中的摩擦（续）,2）两构件沿一槽形角为2q 的槽面接触,FN21 = G/sinq,1. 移动副中摩擦力的确定（续）,二、移动副中的摩擦（续）,3）两构件沿圆柱面接触,FN21= k G，（k = 1/2）,二、移动副中的摩擦（续）,1. 移动副中摩擦力的确定（续）,这里指法向反力的数量和,v -当量擦系数,统一式,1. 移动副中摩擦力的确定（续）,二、移动副中的摩擦（续）,平面接触: fv = f ；,槽面接触: fv = f /sin ；,半圆柱面接触: fv = k f ，（k = 1/2）。,Ff21=f G,当运动副两元素为槽面或圆柱面接触时，均有 v 其它条件相同的情况下，沿槽面或圆柱面接触的运动副两元素之间所产生的滑动摩擦力平面接触运动副元素之间所产生的摩擦力。,思考：在相同的轴向压力下，承载能力更强？,1,2,G,Ff21=Gf,FN21=G,FR21,2. 移动副中总反力的确定,二、移动副中的摩擦（续）,总反力FR21,摩擦角 ：总反力和法向反力之间的夹角。,若接触面不是平面，摩擦角表达式？,平面接触,1,2,G,Ff21=Gf,FN21=G,FR21,二、移动副中的摩擦（续）,总反力FR21,摩擦角 ：总反力和法向反力之间的夹角。,2. 移动副中总反力的确定,Ff21=GfV,v,二、移动副中的摩擦（续）,2. 移动副中总反力的确定（续）,1,2,G,Ff21=GfV,G,FR21,v,总反力与移动方向的垂线偏斜一摩擦角v； FR21对构件1相对于构件2 的运动起阻碍作用,1,2,1,2,必须同时已知相对运动方向和正反力（不考虑摩擦时的运动副反力）的方向才能确定运动副反力的真实方向,1,2,G,F,FR21,F,G,FR21,+ ,例：考虑摩擦时斜面机构的力分析（上升）,G,F,F,G,FR21,FR21,1,2,- ,例1：考虑摩擦时斜面机构的力分析（下降）,轴端摩擦,径向轴承与轴颈,三、转动副中的摩擦,轴颈摩擦,四、转动副中的摩擦（续）,（1）摩擦力矩的确定,Mf = Ff21r = fv G r,Ff21=fvG,fv=(1/2)f,1. 轴颈摩擦,G,2对1必须有正反力以平衡,12,2对1必然存在摩擦力矩,2对1存在两种作用：与G平衡、与Mf相等,用总反力FR21来代替以上两种作用，必然有,Mf = fv G r,（2）转动副中总反力的确定,四、转动副中的摩擦（续）, = fv r ,定值,摩擦圆,注意：,只要轴颈相对轴承运动，轴承对轴颈的总反力FR21 将始 终切于摩擦圆，且与 G 大小相等，方向相反。,2对1的反作用与加在1上的力矩大小无关,四、转动副中的摩擦（续）,1. 轴颈摩擦（续）,（1）外力方向的确定：根据力的平衡条件，确定不计摩擦时总反力的方向；,（2）总反力必切于摩擦圆。,（3）总反力FR21对轴颈1相对于轴承2的运动起阻碍作用,必须同时已知相对运动方向和运动副反力的方向才能确定运动副反力和摩擦圆的相切位置,不管是移动副还是转动副，要确定总反力的方位，必须同时已知相对运动方向和运动副反力的大致方向。 相对运动方向可根据机构的运动判断，运动副反力的大致方向可结合二力构件、三力构件的力平衡关系进行判断,2. 止推轴承（轴端）的摩擦,四、转动副中的摩擦（续）,ds = 2d,dMf = fpds,1） 非跑合的轴承（新轴端）：轴端各处压强 p 相等,2） 跑合的止推轴承： 轴端各处压强 p不 相等， pr=常数,*轴端常作成空心的,五、平面高副中摩擦力的确定,1）总反力FR21的方向与 法向反力偏斜一摩擦角；,2）偏斜方向应与构件1相对构件2的相对速度v12的方向相反。,通常是将摩擦力和法向反力合 成一总反力来研究。,2019/5/11,60,1.不考虑摩擦时,2. 考虑摩擦时,FR12,FR32,F,低速或常处于静止状态工作的机构（如夹具），摩擦力为主要因素，可忽略惯性力。 某些设备，如冲床，在极限位置附近工作，此时必须考虑摩擦力 对于高速及变速运动，惯性力为主要因素 高速精密大动力机械，既要考虑摩擦力又要考虑惯性力，可先只考虑惯性力进行动态静力分析，根据所得的运动副反力求得摩擦力，再将这些摩擦力当成已知外力，重新计算，直至达到所需精度。,小结：,基本概念：平衡力（矩）、机构动态静力分析、静代换、动代换、静定条件，当量