【教学课件】第九章平面机构的力分析.ppt

第九章 平面机构的力分析2023/1/99-1 研究机构力分析的目的和方法2023/1/9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力w作正功w例如n推动内燃机活塞的燃气压力n加在各种工作机主轴上的原动机提供的外力矩2023/1/9作用于机构中力的分类w阻力阻力w阻止机构运动的力w作负功w可分为有效阻力和有害阻力。w有效阻力又称工作阻力w例如n机床的切削阻力n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n齿轮机构中的摩擦力2023/1/9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，在运动副中产生的反作用力。w可分解为沿运动副两元素接触处的法向和切向两个分力。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2023/1/9作用于机构中力的分类w重力重力w作用在构件质心上w因地球吸引产生w在一个运动循环中重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2023/1/9作用于机构中力的分类w惯性力惯性力w虚拟力wFi=-masw在一个运动循环中所作功的和为零2023/1/9作用于机构中力的分类w内力与外力n对整个机构而言运动副反力是内力n对于一个构件而言运动副反力是外力n其余各力均是外力w待定未知外力称为平衡力或平衡力矩2023/1/9研究机构力分析的目的w确定机构运动副反力w可用于n零件设计和强度校核n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n确定机器工作时所需的驱动功率n确定能承受的最大负荷等2023/1/9研究机构力分析的方法w静力计算n不计动载荷而仅考虑静载荷的计算n低速机械w动力计算n同时计及静载荷和动载荷的计算n高速机械n使用动态静力法2023/1/9研究机构力分析的方法w动态静力法动态静力法w根据达朗贝尔原理，假想地将惯性力加在产生该力的构件上，则在惯性力和所有的其他外力作用下，该机构或其中构件都可以认为是处于平衡状态，因此可以用静力学的方法进行计算。w虚拟加惯性力类似静力平衡状态使用静力学的方法2023/1/9研究机构力分析的方法w模型简化n低速机械可以不计惯性力n略去重力2023/1/9研究机构力分析的方法w图解法w解析法2023/1/99-2 构件惯性力的确定2023/1/9构件惯性力的计算作平面复杂运动 的构件Fi Mi平面移动-mas0平面一般运动-mas-Js轴线通过质心 匀速 00变速 0-Js轴线不通过质心 匀速-mas0变速-mas-Js2023/1/9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性力Fi和惯性力偶矩Mi合成总惯性力Fi2023/1/9质量代换法w按一定条件将构件的分布质量用集中在若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。2023/1/9质量代换法w代换条件1)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质量不变；2)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质心位置不变；3)集中在各代换点的质量对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对质心轴的转动惯量不变。2023/1/9质量代换法w静代换n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相同w动代换n凡满足上述所有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相同2023/1/9质量代换法2023/1/9质量代换法w动代换2023/1/9质量代换法w静代换2023/1/99-3 运动副中摩擦力的确定2023/1/9一、移动副中的反力 1、平面移动副反力 根据滑块A的平衡，Ff与VAB相反，大小根据滑动摩擦定律 摩擦角 f摩擦系数（材料、光滑度、润滑）2023/1/9确定RBA（力的三要素：点、方向、大小）方向：RBA与VAB成90+大小（1）A加速运动（2）A减速直至静止，若A原来不动，自锁（3）A匀速或静止 2023/1/9F作用线作用在接触面之外，确定RBA如果材料很硬，可近似认为两反力集中在b、c两点 2023/1/92、楔形面移动副反力 xoy面 yoz面 f当量摩擦系数当量摩擦角2023/1/9与平滑块相同，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。2023/1/9二、转动副中的运动副反力 1、径向轴颈，止推轴颈 2、径向轴颈的反力 由实验测量得：f径向轴颈的当量摩擦系数（与材料、粗糙度、润滑条件有关）确定RBA：RBA与y方向成角2023/1/9其中：（f为滑动摩擦系数）（该式当A、B间存在间隙时成立）若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，其表面被磨成平滑，接触更加完善的跑合者，f =1.27f 2023/1/9由 式知：只与f0，r有关，P变向时，RBA变向，但相对轴心O始终偏移一个距离，即RAB与以O为圆心，以为半径的圆相切，与摩擦角作用相同，此圆决定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 2023/1/9根据力偶等效定律，M和Q合并成合力Q（1）A作减速至静止，原来静止，自锁（2）（3）A匀速转动，或保持静止 A加速运动 2023/1/93、止推轴颈的摩擦力 r当量摩擦半径 非跑合：跑合：2023/1/9例：已知各转动副半径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）2023/1/99-4 不考虑摩擦力的机构力分析2023/1/9Reading Hintsw运动量用线图表示，能迅速了解其时间上或局部的变化概貌。2023/1/9运动线图主要表示形式w位移-时间线图（s-t线图）w速度-时间线图（v-t线图）w加速度-时间线图（a-t线图）w速度-位移线图（v-s线图）2023/1/99-5 速度多边形杠杆法2023/1/9Reading Hintsw运动量用线图表示，能迅速了解其时间上或局部的变化概貌。2023/1/9运动线图主要表示形式w位移-时间线图（s-t线图）w速度-时间线图（v-t线图）w加速度-时间线图（a-t线图）w速度-位移线图（v-s线图）2023/1/9