平面机构力分析ppt课件

1、第九章 平面机构的力分析9-1 研讨机构力分析的目的和方法作用于机构中力的分类w 驱动力驱动力w 驱使机构产生运动的驱使机构产生运动的力力w 作正功作正功w 例如w 推进内燃机活塞的燃气压力w 加在各种任务机主轴上的原动机提供的外力矩作用于机构中力的分类w 阻力阻力w 阻止机构运动的力阻止机构运动的力w 作负功作负功w 可分为有效阻力和有可分为有效阻力和有害阻力。害阻力。w 有效阻力又称任务阻力w 例如w 机床的切削阻力w 起重机的荷重w 有害阻力是阻力中除有效阻力外的无效部分w 例如w 齿轮机构中的摩擦力作用于机构中力的分类w 运动副反力运动副反力w 当机构运转时，在运当机构运转时，在运动副

2、中产生的反作用动副中产生的反作用力。力。w 可分解为沿运动副两可分解为沿运动副两元素接触处的法向和元素接触处的法向和切向两个分力。切向两个分力。w 法向反力称正压力w 不作功w 切向反力即运动副中的摩擦力作用于机构中力的分类w 重力重力w 作用在构件质心上作用在构件质心上w 因地球吸引产生因地球吸引产生w 在一个运动循环中重在一个运动循环中重力所作的功的和为零力所作的功的和为零w 重力在很多情况下(尤其在高速机械的计算中)可以忽略不计作用于机构中力的分类w 惯性力惯性力w 虚拟力虚拟力w Fi=-masw 在一个运动循环中所在一个运动循环中所作功的和为零作功的和为零作用于机构中力的分类w内力与

3、外力w对整个机构而言运动副反力是内力w对于一个构件而言运动副反力是外力w其他各力均是外力w 待定未知外力称为平衡力或平衡力矩研讨机构力分析的目的w 确定机构运动副反力w 可用于w 零件设计和强度校核w 测算机构中的摩擦力和机械效率等w 确定机构需加的平衡力或平衡力矩w 可用于w 确定机器任务时所需的驱动功率w 确定能接受的最大负荷等研讨机构力分析的方法w 静力计算w 不计动载荷而仅思索静载荷的计算w 低速机械w 动力计算w 同时计及静载荷和动载荷的计算w 高速机械w 运用动态静力法研讨机构力分析的方法w 动态静力法动态静力法w 根据达朗贝尔原理，假想根据达朗贝尔原理，假想地将惯性力加在产生该力

4、地将惯性力加在产生该力的构件上，那么在惯性力的构件上，那么在惯性力和一切的其他外力作用下，和一切的其他外力作用下，该机构或其中构件都可以该机构或其中构件都可以以为是处于平衡形状，因以为是处于平衡形状，因此可以用静力学的方法进此可以用静力学的方法进展计算。展计算。w 虚拟加惯性力类似静力平衡形状运用静力学的方法研讨机构力分析的方法w 模型简化w 低速机械可以不计惯性力w 略去重力研讨机构力分析的方法w 图解法w 解析法9-2 构件惯性力确实定构件惯性力的计算作平面复杂运动 的构件simaFsiJMFi Mi平面挪动 -mas0平面普通运动 -mas-Js轴线经过质心 匀速 00变速 0-Js轴线

5、不经过质心 匀速 -mas0变速 -mas-Js构件惯性力的计算w 总惯性力总惯性力w 将构件同时具有的惯将构件同时具有的惯性力性力Fi和惯性力偶矩和惯性力偶矩Mi合成总惯性力合成总惯性力Fi构成右手系iiiiiiMFhFMhFF,质量代换法w 按一定条件将构件的分布质量用集中在假设干选定点的假想质量来代换的方法称为质量代换法。w 该假想的集中质量称为代换质量w 代换质量所集中的点称为代换点。 质量代换法w代换条件w集中在各代换点的质量总和应等于原构件的质量，即代换前后构件的质量不变； w集中在各代换点的质量的总质心应与原构件的质心相重合，即代换前后构件的质心位置不变；w集中在各代换点的质量对

6、质心轴的转动惯量总和应等于原构件对该轴的转动惯量，即代换前后对质心轴的转动惯量不变。质量代换法w 静代换w 凡满足前两个代换条件的代换，其惯性力不变，这种代换的原构件和代换系统的静力效应完全一样w 动代换w 凡满足上述一切三个代换条件的代换，其惯性力和惯性力偶矩都不变，这种代换的原构件和代换系统的动力效应完全一样质量代换法质量代换法w 动代换SKBKBKBJkmbmkmbmmmm22)(0)(kbmbmkbmkmmbJkKBS质量代换法w 静代换0)(cmbmmmmCBCBcbmbmcbmcmCB9-3 运动副中摩擦力确实定一、挪动副中的反力 1、平面挪动副反力 AaBABFajNbABxoP

7、yRBAFFyFxNFfVABxytgFFyx根据滑块A的平衡， yFN Ff与VAB相反，大小根据滑动摩擦定律 fNFftgfNFfarctgf摩擦角 f摩擦系数资料、光滑度、光滑 AaBABFajNbABxoPyRBAFFyFxNFfVABxy确定RBA 力的三要素：点、方向、大小 方向： RBA与VAB成90+ 大小 0YcoscoscoscoscoscosBABABARFFRFRsincoscossinsinsinBABABARRFRX)(costgtgRXBA1 0,XA加速运动 2 0,XA减速直至静止，假设A原来不动，自锁 3 0,XA匀速或静止 F作用线作用在接触面之外 ，确定

8、RBAabdcDBaPN1F1R1F2N2R2假设资料很硬，可近似以为两反力集中在b、c两点 2、楔形面挪动副反力 q(b)NNQPfqvARRBAB(a)QBFF1F2QABVABNQN1N2xyzy2121FFNNRBAxoy面 021QNNsin221QNN11fNF 122fNfNF12FF yoz面 QffNFFFsin221tgfffQFsinsin令sinfarctgf当量摩擦系数当量摩擦角ffq(b)NNQPfqvARRBAB(a)QBFF1F2QABVABNQN1N2xyzy与平滑块一样，楔形滑块所受的运动副总反力RBA与VAB成90+角 RBA：大小由平衡方程求得。 二、转

9、动副中的运动副反力 1、径向轴颈，止推轴颈 轴 承轴 颈轴2、径向轴颈的反力 rBA BMQRB AOA由实验丈量得： rQfrFMfff径向轴颈的当量摩擦系数 与资料、粗糙度、光滑条件有关 确定RBA： 0cos0BARXQRYBAsin0RBA与y方向成角方向相反QRBA90rBA BMQRB AOArfBAQfMRQ0rf其中： 21ffff为滑动摩擦系数 该式当A、B间存在间隙时成立 假设A、B间没有间隙： 对于A、B间没有摩损或磨损极少的非跑合者， f=1.57f对于接触面经过一段时间的运转，其外表被磨成平滑，接触更加完善的跑合者， f =1.27f 由 式知： rf只与f0，r有关

10、，P变向时，RBA变向，但相对轴心O一直偏移一个间隔， 即RAB与以O为圆心，以为半径的圆相切，与摩擦角作用一样，此圆决议了总反力作用线的位置，称摩擦圆 由于摩擦力矩阻止相对运动，RBA相对轴心O的力矩为AB相反。 RBA：大小 RBA=Q 方向 与Q相反 作用线 与摩擦圆相切，对O的矩与AB相反 根据力偶等效定律，M和Q合并成合力Q A BrB AOMQRB AQQ QQMQMQRMBAf1 fMM ,A作减速至静止，原来静止，自锁 2 3 fMM ,A匀速转动，或坚持静止 fMM ,A加速运动 3、止推轴颈的摩擦力 2 r21Qpp2 r21rfQMfr当量摩擦半径 非跑合： 2122313232rrrrr跑合： 221rrr例：知各转动副半径r，fo，F 求，R41，R21，R23，R45，M3的方向，R14，R12，R32，R34不计各构件的重力和惯性力 1312g122123FAB2C3D114M39-4 不思索摩擦力的机构力分析Reading Hintsw 运动量用线图表示，能迅速了解其时间上或部分的变化概貌。运动线图主要表示方式w 位移-时间线图s-