第4章平面机构的力分析PPT讲稿.ppt
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1、第4章平面机构的力分析甘肃工业大学专用 作者:潘存云教授 第1页,共37页,编辑于2022年,星期一甘肃工业大学专用 作者:潘存云教授 4.1 概述概述作用在机械上的力是影响机械运动和动力性能作用在机械上的力是影响机械运动和动力性能 的主要因素;的主要因素;是决定构件尺寸和结构形状的重要依据。是决定构件尺寸和结构形状的重要依据。力分析的必要性:力分析的必要性:1.作用在机械上的力作用在机械上的力力的类型力的类型原动力原动力生产阻力生产阻力重力重力摩擦力摩擦力介质阻力介质阻力惯性力惯性力运动副反力运动副反力第2页,共37页,编辑于2022年,星期一甘肃工业大学专用 作者:潘存云教授 按作用分为按
2、作用分为阻抗力阻抗力 驱动力驱动力 有效阻力有效阻力 有害阻力有害阻力 驱动力驱动力-驱使机械运动,其方向与力的作用点速驱使机械运动,其方向与力的作用点速 度之间的夹角为锐角,所作功为正功。度之间的夹角为锐角,所作功为正功。阻抗力阻抗力-阻碍机械运动,其方向与力的作用点速阻碍机械运动,其方向与力的作用点速 度之间的夹角为钝角,所作功为负功。度之间的夹角为钝角,所作功为负功。有效有效(工作工作)阻力阻力-机械在生产过程中为了改变工作机械在生产过程中为了改变工作物的外形、位置或状态所受到的阻力,克服了阻力就物的外形、位置或状态所受到的阻力,克服了阻力就完成了有效的工作。如车削阻力、起重力等。完成了
3、有效的工作。如车削阻力、起重力等。有害有害(工作工作)阻力阻力-机械运转过程受到的非生产阻力,克服机械运转过程受到的非生产阻力,克服了这类阻力所作的功纯粹是浪费能量。如摩擦力、介质阻力了这类阻力所作的功纯粹是浪费能量。如摩擦力、介质阻力等。等。第3页,共37页,编辑于2022年,星期一甘肃工业大学专用 作者:潘存云教授 确定运动副中的约束反力确定运动副中的约束反力-为进一步研究构件强度、为进一步研究构件强度、运动副中的摩擦、磨损、机械效率、机械动力性能等作准运动副中的摩擦、磨损、机械效率、机械动力性能等作准备。备。2.机械力分析的任务和目的机械力分析的任务和目的确定机械平衡力(或力偶)确定机械
4、平衡力(或力偶)-目的是已知生产负荷确目的是已知生产负荷确定原动机的最小功率;或由原动机的功率来确定所能克定原动机的最小功率;或由原动机的功率来确定所能克服的最大生产阻力。服的最大生产阻力。反力反力-运动副元素接触处的正压力与摩擦力的合力运动副元素接触处的正压力与摩擦力的合力 平衡力平衡力-机械在已知外力作用下,为了使机械按给定的机械在已知外力作用下,为了使机械按给定的运动规律运动所必需添加的未知外力。运动规律运动所必需添加的未知外力。3.机械力分析的方法机械力分析的方法图解法图解法解析法解析法第4页,共37页,编辑于2022年,星期一甘肃工业大学专用 作者:潘存云教授 3.机械力分析的原理机
5、械力分析的原理静力分析静力分析-适用于低速机械,惯性力可忽略不计;适用于低速机械,惯性力可忽略不计;动动态态静静力力分分析析-适适用用于于高高速速重重型型机机械械,惯惯性性力力往往往往比比外力要大,不能忽略。外力要大,不能忽略。一一般般情情况况下下,需需要要对对机机械械做做动动态态静静力力分分析析时时,可可忽忽略略重重力力和摩擦力,通常可满足工程要求。和摩擦力,通常可满足工程要求。第5页,共37页,编辑于2022年,星期一甘肃工业大学专用 作者:潘存云教授 1.运动副上的约束反力未知要素运动副上的约束反力未知要素转动副转动副:12有两个未知参量有两个未知参量移动副移动副:12有两个未知参量有两
6、个未知参量平面高副:平面高副:有一个未知参量有一个未知参量tt12nn4.2 不考虑摩擦时平面机构的动态静力分析不考虑摩擦时平面机构的动态静力分析4.2.1 构件组的的静定条件构件组的的静定条件静定条件:构件组中所有未知外力都可以用静力学的方法确定出来的条静定条件:构件组中所有未知外力都可以用静力学的方法确定出来的条件。件。第6页,共37页,编辑于2022年,星期一甘肃工业大学专用 作者:潘存云教授 假设一个机构中含有假设一个机构中含有n各构件,各构件,PL个低副,个低副,PH个高副个高副力方程数:力方程数:3n未知量总数:未知量总数:2PL+PH要使机构静定,要使机构静定,则:则:3n=2P
7、L+PH假如机构中只含有低副,则:假如机构中只含有低副,则:3n=2PL基本杆组都是静定杆组基本杆组都是静定杆组隔离隔离体:杆组体:杆组2)力分析力分析取隔离体:杆组取隔离体:杆组拆分机构拆分机构级机构级机构级杆组级杆组2.构件组的静定条件构件组的静定条件第7页,共37页,编辑于2022年,星期一甘肃工业大学专用 作者:潘存云教授 1.惯性力的确定惯性力的确定惯性力:惯性力:FI=FI(mi,Jsi,asi,i)惯性力矩:惯性力矩:MI=MI(mi,Jsi,asi,i)其中:其中:mi-构件质量构件质量;Jsi-绕质心的转动惯量绕质心的转动惯量;asi-质心的加速度质心的加速度;i-构件的角加
8、速度。构件的角加速度。CBA321S3S1S2as2 as1as321第8页,共37页,编辑于2022年,星期一甘肃工业大学专用 作者:潘存云教授 CBA321S3S1S2as2 as1as321构件运动形式不同,惯性力的表达形式不一样。构件运动形式不同,惯性力的表达形式不一样。1)作平面运动的构件:作平面运动的构件:FI2=-m2 as2 MI2=-Js22 2)作平移运动的构件作平移运动的构件 FI3=-m3 as3 3)作定轴转动的构件作定轴转动的构件 合力:合力:FI 2=FI 2 lh 2=MI2/FI 2 若质心不位于回转中心若质心不位于回转中心一般情况:一般情况:FI1=-m1
9、as1 MI1=-Js11 合力:合力:FI 1=FI 1 ,lh 1=MI1/FI 1 FI 2M MI 2lh 2lh 1FI 2FI 1FI 3FI 1M MI 1若质心位于回转中心:若质心位于回转中心:MI1=-Js11 第9页,共37页,编辑于2022年,星期一甘肃工业大学专用 作者:潘存云教授 2、动静法分析、动静法分析取隔离体,标示力,再列静力平衡方程求解未知量取隔离体,标示力,再列静力平衡方程求解未知量二、二、考虑摩擦时平面机构的力分析考虑摩擦时平面机构的力分析第10页,共37页,编辑于2022年,星期一甘肃工业大学专用 作者:潘存云教授 1.运动副中摩擦力的确定运动副中摩擦力
10、的确定摩擦产生源运动副元素之间的相对滑动。摩擦产生源运动副元素之间的相对滑动。摩擦的缺点:摩擦的缺点:优点:优点:研究目的:研究目的:发热发热效率效率磨损磨损强度强度精度精度寿命寿命利用摩擦完成有用的工作。利用摩擦完成有用的工作。如摩擦传动(皮带、摩擦轮)、如摩擦传动(皮带、摩擦轮)、离合器离合器(摩托车摩托车)、制动器(刹车)。制动器(刹车)。减少不利影响,发挥其优点。减少不利影响,发挥其优点。润滑恶化润滑恶化卡死。卡死。低副低副(转动副,移动副转动副,移动副)产生滑动摩)产生滑动摩 擦力擦力 高副滑动兼滚动摩擦力高副滑动兼滚动摩擦力。运运动动副副中中摩摩擦的类型:擦的类型:第11页,共37
11、页,编辑于2022年,星期一甘肃工业大学专用 作者:潘存云教授 v1221一、移动副的摩擦一、移动副的摩擦1.平面摩擦平面摩擦由库仑定律得:由库仑定律得:F21f N21=f FQ FQ铅垂载荷;铅垂载荷;FQFF水平力;水平力;N21N21法向反力法向反力;F21F21摩擦力(切向反力)。摩擦力(切向反力)。摩摩 擦擦 系系 数数摩擦副材料摩擦副材料静静 摩摩 擦擦动动 摩摩 擦擦无润滑剂无润滑剂有润滑剂有润滑剂无润滑剂无润滑剂有润滑剂有润滑剂钢钢钢钢钢铸铁钢铸铁钢青铜钢青铜铸铁铸铁铸铁铸铁铸铁青铜铸铁青铜青铜青铜青铜青铜橡皮铸铁橡皮铸铁0.150.1 0.120.10.05 0.10.2
12、0.30.16 0.180.05 0.150.1 0.150.15 0.180.070.15 0.160.150.07 0.120.280.160.15 0.210.15 0.200.04 0.10.3 0.50.80.5皮革铸铁或钢皮革铸铁或钢0.07 0.150.12 0.15第12页,共37页,编辑于2022年,星期一甘肃工业大学专用 作者:潘存云教授 v1221FQN21F21R21和法线方向的夹角为摩擦角,和法线方向的夹角为摩擦角,tg=F21/N21摩擦角,摩擦角,方向方向:R21 V V1212 (90+(90+)移动副中总反力移动副中总反力Rij方向的确定方法:方向的确定方法:
13、1、Rij和法线方向成摩擦角和法线方向成摩擦角;=f N21/N21=fR21总反力为法向反力与摩擦力的合成:总反力为法向反力与摩擦力的合成:R21=N21+F212、Rij和和vji方向成钝角(方向成钝角(90+)。第13页,共37页,编辑于2022年,星期一甘肃工业大学专用 作者:潘存云教授 FQ12N”21N21F21=f N212.2.槽面摩擦槽面摩擦N21=N”21=N21/2 (N21+N”21)sin=FQN21Q=(f/sin)FQ=fv FQfv称为当量摩擦系数称为当量摩擦系数N”21N21=FQ/sin v称为当量摩擦角称为当量摩擦角注意:正确认识注意:正确认识 fv非平面
14、接触时非平面接触时,摩擦力增大了,为什么?,摩擦力增大了,为什么?是是 f 增大了?增大了?第14页,共37页,编辑于2022年,星期一甘肃工业大学专用 作者:潘存云教授 3.斜面摩擦斜面摩擦12FQ a)a)滑块沿斜面等速上行滑块沿斜面等速上行Fv-正行程正行程N21F21nnR21FQR21F根据平衡条件根据平衡条件:F+RF+R2121+F+FQ Q=0=0 大小:?大小:?方向:方向:?作图作图FQ+R21F得:得:F=F=FQtan(tan(+)b)b)滑块沿斜面等速下滑滑块沿斜面等速下滑12FQF21N21nnvFR 21作图作图根据平衡条件:根据平衡条件:F F+R+R 21 2
15、1+F+FQ Q=0=0大小:大小:?方向:方向:FR 21FQ-得:得:F F=FQtan(tan(-)-反行程反行程第15页,共37页,编辑于2022年,星期一甘肃工业大学专用 作者:潘存云教授 21rN21二、转动副中的摩擦二、转动副中的摩擦1.径向轴径摩擦径向轴径摩擦直接引用前面的结论有:直接引用前面的结论有:产生的摩擦力矩为:产生的摩擦力矩为:轴轴轴径轴径轴承轴承12方向:与方向:与1212相反。相反。Mf21根据力平衡条件:根据力平衡条件:R21-FQ ,根据力矩平衡条件:根据力矩平衡条件:Mf21 Md=R21=fv FQ Mf21=F21 r=fv r FQ=f N21 r F
16、21=f N21MdFQR21F21fv=(11.57)f2.摩擦圆与摩擦圆半径摩擦圆与摩擦圆半径第16页,共37页,编辑于2022年,星期一甘肃工业大学专用 作者:潘存云教授 2112MfMd21rN2112MfMdFQR21F21FQN21F21R21当当FQ的方向改变时,的方向改变时,R21的方向也跟着改变,的方向也跟着改变,以以作作圆圆称称为为摩摩擦擦圆圆,摩摩擦擦圆圆半半径径。且且R21恒恒切切于于摩摩擦擦圆。圆。分析:由分析:由=fv r 知,知,r Mf对减小摩擦不利。对减小摩擦不利。但但不变。不变。第17页,共37页,编辑于2022年,星期一甘肃工业大学专用 作者:潘存云教授
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