第9章机械系统的静力分析和设计课件.ppt

第第9章章 机械系统的静力分析和设计机械系统的静力分析和设计 机械运动速度比较低，可忽略惯性力、重力的影响。压力角、传动角、死点压力角、传动角、死点考虑摩擦的运动副反力、自锁考虑摩擦的运动副反力、自锁机械的效率计算、自锁机械的效率计算、自锁9.1 压力角和传动角压力角和传动角 压力角为从动件上驱动力FP的作用线与力作用点的绝对速度vc 之间所夹的锐角。传动角为连杆与机构运动输出构件之间所夹的锐角。 1.连杆机构的压力角和传动角连杆机构的压力角和传动角 2 2.凸轮机构的压力角凸轮机构的压力角 一般凸轮设计中，许用压力角的推荐值为：在推程中，直动从动件许用压力角 3040；摆动从动件许用压力角 4050。在回程中 7080 ddsvOP1seredds220tan 从图中可以看出，如果采用对心方式，凸轮的最小基圆半径为OB0；如果采用偏置方式，凸轮的最小基圆半径为OB0; OB0 OB0按照许用压力角确定凸轮基圆半径和偏距的图解法 3.3.齿轮机构的压力角齿轮机构的压力角 齿廓为渐开线齿廓齿廓上各点压力角的大小是不同的。 通常所说的齿轮的压力角是指齿轮分度圆上的压力角 。 齿轮啮合传动图（b）为=14.50标准齿轮的齿形，图（c）为=200标准齿轮的齿形。分度圆压力角越大，齿根部分的齿厚就越大，齿顶部分齿厚将会变小。而当一对标准安装的齿轮啮合时，增大压力角，重合度将会减少 。9.2 死点死点 1.机构在运动过程中传动角 0的情况机构的这一位置称为死点位置。在机构的死点位置，输入运动是无法传递的。 2. 克服死点的方法 有利用构件的惯性、相同机构错位布置等。利用冗余驱动器的方法，在铰链点处安装一个伺服电机，当机构处于死点位置的时候，伺服电机工作，从而使机构继续运动。 3. 死点的利用 在机轮放下时，杆BC与杆CD成一直线，构件AB为主动件时，机构处于死点位置。当要收起起落架机构的时候，只需在构件CD上施加一个驱动力矩即可。 9.3 机械中的摩擦、自锁和效率机械中的摩擦、自锁和效率 9.3.1运动副中的摩擦和自锁运动副中的摩擦和自锁 farctanNFarctan2121总反力的方向恒与相对运动V12的方向成一钝角90o+。自锁现象自锁产生的原因自锁条件： 平面移动副中的摩擦和自锁平面移动副中的摩擦和自锁运动副反力的符号表示：楔形面移动副 摩擦力 sin22121fFfFFQN当量摩擦系数和摩擦角 sinffv VVfarctan 自锁条件：矩形螺旋副中的摩擦和自锁 正行程反行程)tan(22QFdM)tan(22QFdM自锁条件三角形螺纹三角形螺纹 螺母与螺杆之间的接触可近似地看成是楔形面 )90sin( ffVVVfarctan3.平面转动副中的摩擦和自锁（径向轴颈） 径向轴颈的自锁的条件： 在图示的偏心夹具中，要求不加力FP仍能夹紧工件。 几何条件Vresin)sin(CD-OD1V9.3.2 考虑运动副摩擦机构的力分析考虑运动副摩擦机构的力分析 图示机构，凸轮为主动件，顺时针转动。考虑各个运动副中的摩擦，对图示位置进行力分析。 9.3.3 机械的效率和自锁机械的效率和自锁1.1.机械效率的计算机械效率的计算PPQQvFvF理想机械100PPQQvFvFPPFF02.2.机械自锁的效率条件机械自锁的效率条件 tan)2tan(0QQFF2 )2(90)(180sin)2(90sin23RQFF)90sin()2sin(23RQFF自行车中摩擦的应用机构设计赏析机构设计赏析 具有螺旋副的楔面压紧具有螺旋副的楔面压紧 ftan当套筒当套筒1和和2在孔在孔a中挤紧后，整个系中挤紧后，整个系统成为一体。统成为一体。 自锁满足的几何条件：自锁满足的几何条件：Vresin)sin(CD-OD1V在图在图9-169-16所示的偏心夹具中，已知轴颈所示的偏心夹具中，已知轴颈O O的摩擦圆半的摩擦圆半径为径为 、偏心圆盘、偏心圆盘1 1的偏心距为的偏心距为e e、半径为、半径为r r1 1，它与工件，它与工件2 2之间之间的摩擦系数的摩擦系数f f，求不加力，求不加力F FP P仍能夹紧工件时的楔紧角仍能夹紧工件时的楔紧角 。V )sinarcsin(1erV求解：求解：分析主动力和自锁分析主动力和自锁条件条件例例9 92 2 试确定螺旋副的效率。试确定螺旋副的效率。解：根据解：根据6.3.16.3.1节分析，在正行程中，作用在螺母上的力矩节分析，在正行程中，作用在螺母上的力矩M M为为主动力。令式（主动力。令式（10-1110-11）中）中 ，得理想机械的驱动力矩，得理想机械的驱动力矩0 tan220QFdM 则则正行程正行程中螺旋副的效率为：中螺旋副的效率为：)299()tan(tan0MM)tan(22QFdM知识回顾：知识回顾：正行程正行程F FQ QF FQ Q/2/2F FQ Q/2/2)309()tan(22dMFQ在上式中令在上式中令 得得0 tan22dMFQo)319(tan)tan(QQoFF在在反行程反行程中，作用在螺母上的集中力中，作用在螺母上的集中力F FQ Q为主动力。由为主动力。由式（式（10-1210-12）得：）得：螺旋副在反行程中的效率为螺旋副在反行程中的效率为F FQ QF FQ Q/2/2F FQ Q/2/2)cos(sin2313RRQFFF例例9 93 3 图图9-199-19所示为斜面压榨机。确定在以所示为斜面压榨机。确定在以F FQ Q为主动力为主动力的行程中机构的自锁条件。设所有移动副的摩擦角均为的行程中机构的自锁条件。设所有移动副的摩擦角均为 。分析：分析：首先利用考虑摩擦机构首先利用考虑摩擦机构力分析的步骤和方法，求出驱力分析的步骤和方法，求出驱动力动力F FQ Q与工作阻力与工作阻力F FP P之间的关系之间的关系)sin(cos2313RRFF23)cos()sin(cossinRQFF建立构件建立构件3 3的力平衡方程：的力平衡方程：合并得：合并得：提醒提醒:FR32与竖直方向红线角度为与竖直方向红线角度为-sin)sin(1232RRPFFF)cos(cos3212RRFF32)cos(cossin)sin(RPFFcos)2sin()cos(sincos)sin(cos3232RRFF由构件由构件2 2得（力平衡方程）：得（力平衡方程）：合并得：合并得：（2 2）cos)2cos()cos(cossin)sin(cos2323RRFF23)cos()sin(cossinRQFF将式（将式（1 1）代入（）代入（2 2）得）得tanPQoFF理想驱动力为：理想驱动力为： )2tan(PQFFtan)2tan(0QQFF由由 得自锁条件：得自锁条件：0 效率为效率为2