最新平面机构的力分析PPT课件.ppt

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1、平面机构的力分析平面机构的力分析 构件惯性力的确定及质量代换法构件惯性力的确定及质量代换法 图解法作平面机构的动态静力分析图解法作平面机构的动态静力分析本章重点：本章重点：了解作用在机构上的力及机构力分析的目的和方法；了解作用在机构上的力及机构力分析的目的和方法；掌握构件惯性力的确定方法和机构动态静力分析的方法；掌握构件惯性力的确定方法和机构动态静力分析的方法；本章教学目的本章教学目的2、机构力分析的方法、机构力分析的方法1）对于低速机械：因为惯性力的影响不大，可忽略不计算）对于低速机械：因为惯性力的影响不大，可忽略不计算,此时采用此时采用静力分析静力分析方法；方法；动态静力分析法动态静力分析

2、法假想地把各个构件上的惯性力根据假想地把各个构件上的惯性力根据达朗伯原理达朗伯原理添加在产生这添加在产生这些惯性力的相应构件上，并认为该构件处于平衡状态，然后按照些惯性力的相应构件上，并认为该构件处于平衡状态，然后按照静力学静力学的方法进行力分析的方法。的方法进行力分析的方法。质点的达郎伯原理质点的达郎伯原理质点的达郎伯原理质点的达郎伯原理当非自由质点运当非自由质点运当非自由质点运当非自由质点运动时，作用于质点的所有力和惯性力动时，作用于质点的所有力和惯性力动时，作用于质点的所有力和惯性力动时，作用于质点的所有力和惯性力在形式上形成一平衡力系。在形式上形成一平衡力系。在形式上形成一平衡力系。在

3、形式上形成一平衡力系。机构的动态静力分析法具体包括图解法和解析法。机构的动态静力分析法具体包括图解法和解析法。2）对于高速及重型机械：由于某些构件的惯性力往往很大，）对于高速及重型机械：由于某些构件的惯性力往往很大，所以在进行力分析时就必须考虑惯性力的影响，此时采用的方法所以在进行力分析时就必须考虑惯性力的影响，此时采用的方法是是动力分析动力分析法。法。4-2 4-2 构件惯性力的确定构件惯性力的确定一、一、一般力学方法一般力学方法作平面复合运动的构件：作平面复合运动的构件：在对机构进行动态静力分析之前，首先需要确定各个构件在对机构进行动态静力分析之前，首先需要确定各个构件的惯性力，而各构件的

4、惯性力由于其运动形式的不同而不同。的惯性力，而各构件的惯性力由于其运动形式的不同而不同。h2 B C B C 一个刚体（构件）是一个一个刚体（构件）是一个质点系质点系，对应的惯性力形成一个，对应的惯性力形成一个惯性力系惯性力系。对于作平面复合运动而且具有平行于运动平面的对。对于作平面复合运动而且具有平行于运动平面的对称面的刚体，其惯性力系可简化为一个称面的刚体，其惯性力系可简化为一个作用在质心作用在质心S上的惯性力上的惯性力和一个惯性力偶和一个惯性力偶。机构运动状态机构运动状态惯性力惯性力 惯性力矩惯性力矩 定轴转动定轴转动回转轴线回转轴线通过质心通过质心 等速转动等速转动 00变速转动变速转

5、动 0回转轴线回转轴线不通过质心不通过质心 等速转动等速转动 0变速转动变速转动 先求出质心点的总的加速度先求出质心点的总的加速度再计算惯性力和惯性力矩再计算惯性力和惯性力矩平面移动平面移动等速移动等速移动00变速移动变速移动0二、二、质量代换法质量代换法1.质量代换法质量代换法按一定条件，按一定条件，把构件的质量假想地用集中于某几个把构件的质量假想地用集中于某几个选定的点选定的点上的上的集中质量集中质量来代替的方法。来代替的方法。2.代换点和代换质量代换点和代换质量v代换点：上述的选定点。代换点：上述的选定点。v代换质量：集中于代换点上的假想质量。代换质量：集中于代换点上的假想质量。2）代换

6、前后构件的质心位置不变；代换前后构件的质心位置不变；3）代换前后构件对质心的转动惯量不变。代换前后构件对质心的转动惯量不变。v以原构件的质心为坐标原点时，应满足：以原构件的质心为坐标原点时，应满足：3.质量代换时必须满足的三个条件：质量代换时必须满足的三个条件：1）代换前后构件的质量不变；代换前后构件的质量不变；KBCSmbkmkBSC 用集中在通过构件质心用集中在通过构件质心S 的直线上的的直线上的B、K 两点的代换质两点的代换质量量mB 和和 mK 来代换作平面运动的构件的质量的代换法。来代换作平面运动的构件的质量的代换法。4.两个代换质量的代换法两个代换质量的代换法5.静代换和动代换静代

7、换和动代换1）动代换：要求同时）动代换：要求同时满足三个代换条件的满足三个代换条件的代换方法。代换方法。KBCSmbkmkBSC2）静代换：在一般工程）静代换：在一般工程计算中，为方便计算而计算中，为方便计算而进行的仅满足前两个代进行的仅满足前两个代换条件的质量代换方法。换条件的质量代换方法。mbCcmcBbSCBSv取通过构件质心取通过构件质心 S 的直线上的两点的直线上的两点B、C为代换点为代换点vB及及C可同时任意选择，为工程计算提供了方便和条件；可同时任意选择，为工程计算提供了方便和条件；v代换前后转动惯量代换前后转动惯量 Js有误差，将产生惯性力偶矩的误差：有误差，将产生惯性力偶矩的

8、误差：mbCcmcBbSCBS 当机构中各个构件的惯性力确定后，即可根据机构所受的当机构中各个构件的惯性力确定后，即可根据机构所受的当机构中各个构件的惯性力确定后，即可根据机构所受的当机构中各个构件的惯性力确定后，即可根据机构所受的外力（包括惯性力）来确定各个运动副中的反力和需要加在该外力（包括惯性力）来确定各个运动副中的反力和需要加在该外力（包括惯性力）来确定各个运动副中的反力和需要加在该外力（包括惯性力）来确定各个运动副中的反力和需要加在该机构上的平衡力。因为运动副中的反力对整个机构是内力，因机构上的平衡力。因为运动副中的反力对整个机构是内力，因机构上的平衡力。因为运动副中的反力对整个机构

9、是内力，因机构上的平衡力。因为运动副中的反力对整个机构是内力，因此必须把机构拆成若干杆组进行逐个分析，最终获得机构力分此必须把机构拆成若干杆组进行逐个分析，最终获得机构力分此必须把机构拆成若干杆组进行逐个分析，最终获得机构力分此必须把机构拆成若干杆组进行逐个分析，最终获得机构力分析的结果。但为了使得所有的未知因素都可以求出，必须使得析的结果。但为了使得所有的未知因素都可以求出，必须使得析的结果。但为了使得所有的未知因素都可以求出，必须使得析的结果。但为了使得所有的未知因素都可以求出，必须使得所拆得的杆组必须是所拆得的杆组必须是所拆得的杆组必须是所拆得的杆组必须是静定静定静定静定的。的。的。的。

10、一、构件组的静定条件一、构件组的静定条件一、构件组的静定条件一、构件组的静定条件4-3 4-3 不考虑摩擦时机构的受力分析不考虑摩擦时机构的受力分析对构件列出的独立的平衡方程数目等于所有力的未知要对构件列出的独立的平衡方程数目等于所有力的未知要对构件列出的独立的平衡方程数目等于所有力的未知要对构件列出的独立的平衡方程数目等于所有力的未知要素数目素数目素数目素数目。显然构件组的静定特性与构件的数目、运动副的类。显然构件组的静定特性与构件的数目、运动副的类。显然构件组的静定特性与构件的数目、运动副的类。显然构件组的静定特性与构件的数目、运动副的类型和数目有关。型和数目有关。型和数目有关。型和数目有

11、关。1 1、平面运动副中反力所涉及的未知要素（不考虑摩擦）：、平面运动副中反力所涉及的未知要素（不考虑摩擦）：、平面运动副中反力所涉及的未知要素（不考虑摩擦）：、平面运动副中反力所涉及的未知要素（不考虑摩擦）：CR（不计摩擦）（不计摩擦）转动副：反力大小和方向未知，作用转动副：反力大小和方向未知，作用转动副：反力大小和方向未知，作用转动副：反力大小和方向未知，作用点已知，点已知，点已知，点已知，两两两两个未知数个未知数个未知数个未知数R（不计摩擦）（不计摩擦）（不计摩擦）（不计摩擦）移动副：反力作用点和大小未知，方移动副：反力作用点和大小未知，方移动副：反力作用点和大小未知，方移动副：反力作用

12、点和大小未知，方向已知，向已知，向已知，向已知，两两两两个未知数个未知数个未知数个未知数nn平面高副：反力作用点及方向已知，平面高副：反力作用点及方向已知，平面高副：反力作用点及方向已知，平面高副：反力作用点及方向已知，大小未知，大小未知，大小未知，大小未知，一一一一个未知数个未知数个未知数个未知数OR（不计摩擦）不计摩擦）不计摩擦）不计摩擦）总结以上分析的情况：总结以上分析的情况：总结以上分析的情况：总结以上分析的情况：转动副反力转动副反力转动副反力转动副反力两个未知量两个未知量两个未知量两个未知量移动副反力移动副反力移动副反力移动副反力两个未知量两个未知量两个未知量两个未知量低副反力低副反

13、力低副反力低副反力两个未知量两个未知量两个未知量两个未知量平面高副反力平面高副反力平面高副反力平面高副反力一个未知量一个未知量一个未知量一个未知量 假设在一个由假设在一个由假设在一个由假设在一个由n n个构件组成的杆组中，含有个构件组成的杆组中，含有个构件组成的杆组中，含有个构件组成的杆组中，含有P PL L个低个低个低个低副，有副，有副，有副，有P Ph h个高副，那么总的未知量数目为：个高副，那么总的未知量数目为：个高副，那么总的未知量数目为：个高副，那么总的未知量数目为：2PL+Phn n个构件可列出个构件可列出个构件可列出个构件可列出3n3n个平衡方程个平衡方程个平衡方程个平衡方程构件

14、组静定的条件为：构件组静定的条件为：构件组静定的条件为：构件组静定的条件为：3n=2P3n=2PL L+P+Ph h结论：结论：基本杆组是静定杆组基本杆组是静定杆组基本杆组是静定杆组基本杆组是静定杆组2 2、构件组静定的条件：、构件组静定的条件：、构件组静定的条件：、构件组静定的条件：3n=2PL L机构动态静力分析的步骤：机构动态静力分析的步骤：求出各构件的惯性力，并把它们视为外力加在产求出各构件的惯性力，并把它们视为外力加在产生这些惯性力的构件上；生这些惯性力的构件上；从已知的驱动力或生产阻力开始，将机构分解为从已知的驱动力或生产阻力开始，将机构分解为若干个若干个静定的构件组静定的构件组和

15、一个和一个平衡构件平衡构件，分别列出它，分别列出它们的力平衡方程；们的力平衡方程；逐一求解未知的运动副反力及平衡力。逐一求解未知的运动副反力及平衡力。如何按照适当的顺序将机构正确地划分为若干个如何按照适当的顺序将机构正确地划分为若干个构件组。构件组。1.1.由二力杆开始，然后再考虑带有已知驱动力或由二力杆开始，然后再考虑带有已知驱动力或生产阻力作用的构件组。生产阻力作用的构件组。2.2.构件组中所含构件组中所含未知力要素未知力要素的数目应该等于所能的数目应该等于所能列出的列出的独立的力平衡方程独立的力平衡方程的数目，以保证这些未知力的数目，以保证这些未知力能够顺利求解。能够顺利求解。机构动态静

16、力分析的关键机构动态静力分析的关键ABC132645DE用图解法进行机构的动态静力分析用图解法进行机构的动态静力分析例：在牛头刨例：在牛头刨床机构中，各床机构中，各构件的尺寸及构件的尺寸及原动件的角速原动件的角速度均为已知。度均为已知。求机构各运动求机构各运动副中的反力及副中的反力及需要加在原动需要加在原动件上的平衡力件上的平衡力矩。矩。hqhr5i i5Fr 构件构件构件构件4 4 4 4为二力杆，在不考为二力杆，在不考为二力杆，在不考为二力杆，在不考虑转动副摩擦的情况下，作用虑转动副摩擦的情况下，作用虑转动副摩擦的情况下，作用虑转动副摩擦的情况下，作用在构件在构件在构件在构件DEDEDED

17、E上的反力分别通过两上的反力分别通过两上的反力分别通过两上的反力分别通过两个转动副的回转中心，且大小个转动副的回转中心，且大小个转动副的回转中心，且大小个转动副的回转中心，且大小相等，方向相反。相等，方向相反。相等，方向相反。相等，方向相反。解解 ：（：（1 1）选构件）选构件4 4为研究对象为研究对象DE54345E（2 2）选构件）选构件5 5为研究对象为研究对象45r65i i5455hrrh6565i i5hq5abcde（3 3）选构件）选构件2 2、3 3为研究对象为研究对象3212432363CBCDh43h23构件构件2 2构件构件3 3432363（4 4）取构件）取构件1

18、1为研究对象为研究对象AB 例：如图往复运输机，已知各构件的尺寸，连杆例：如图往复运输机，已知各构件的尺寸，连杆例：如图往复运输机，已知各构件的尺寸，连杆例：如图往复运输机，已知各构件的尺寸，连杆2 2的重量的重量的重量的重量QQ2 2（其质心（其质心（其质心（其质心S S2 2在杆在杆在杆在杆2 2的中点），连杆的中点），连杆的中点），连杆的中点），连杆2 2绕质心绕质心绕质心绕质心S S2 2的转动惯量的转动惯量的转动惯量的转动惯量J JS2S2，滑，滑，滑，滑块块块块5 5的重量的重量的重量的重量QQ5 5（其质心（其质心（其质心（其质心S S5 5在在在在F F处），而其它构件的重量和

19、转动惯处），而其它构件的重量和转动惯处），而其它构件的重量和转动惯处），而其它构件的重量和转动惯量都忽略不计，又设原动件以等角速度量都忽略不计，又设原动件以等角速度量都忽略不计，又设原动件以等角速度量都忽略不计，又设原动件以等角速度 1 1回转，作用在滑块回转，作用在滑块回转，作用在滑块回转，作用在滑块5 5上上上上的生产阻力为的生产阻力为的生产阻力为的生产阻力为P Pr r。求：在图示位置时，求：在图示位置时，求：在图示位置时，求：在图示位置时，各运动副中的反力各运动副中的反力各运动副中的反力各运动副中的反力，以及为了维持机构，以及为了维持机构，以及为了维持机构，以及为了维持机构按已知运动规

20、律运转时加在按已知运动规律运转时加在按已知运动规律运转时加在按已知运动规律运转时加在原动件原动件原动件原动件1 1上上上上GG点处沿点处沿点处沿点处沿x-xx-x方向的平衡力方向的平衡力方向的平衡力方向的平衡力P Pb b。Q2Q5PrxxGCA6S5D1BEF2345S2CA6S5D1BEF2345S2Q5PrQ2运动分析运动分析运动分析运动分析R12、R23、R34、R45、R56、R16、R36以及以及Pb结构分析结构分析结构分析结构分析力分析力分析力分析力分析机构机构机构机构运动简图运动简图运动简图运动简图、机、机、机、机构的构的构的构的基本杆组基本杆组基本杆组基本杆组以及以及以及以及

21、机构的级别机构的级别机构的级别机构的级别机构机构机构机构速度多边形速度多边形速度多边形速度多边形和和和和加速度多边形加速度多边形加速度多边形加速度多边形运动构件的运动构件的运动构件的运动构件的惯性力惯性力惯性力惯性力、运动副反力运动副反力运动副反力运动副反力以及所以及所以及所以及所添加的添加的添加的添加的机构平衡力机构平衡力机构平衡力机构平衡力2 2、对机构进行运动分析、对机构进行运动分析、对机构进行运动分析、对机构进行运动分析 选定选定选定选定速度比例尺速度比例尺速度比例尺速度比例尺V V和和和和加速度比例加速度比例加速度比例加速度比例尺尺尺尺a a，作出机构的速度多边形和加速，作出机构的速

22、度多边形和加速，作出机构的速度多边形和加速，作出机构的速度多边形和加速度多边形。度多边形。度多边形。度多边形。Pbcefb n2 c n3 e n4 f PCA6S5D1BEF2345S21 1、对机构进行结构分析绘制机构运动简图、对机构进行结构分析绘制机构运动简图、对机构进行结构分析绘制机构运动简图、对机构进行结构分析绘制机构运动简图3 3、确定各构件的惯性力和惯性力偶矩、确定各构件的惯性力和惯性力偶矩、确定各构件的惯性力和惯性力偶矩、确定各构件的惯性力和惯性力偶矩作用在连杆作用在连杆作用在连杆作用在连杆2 2上的惯性力及惯性力偶矩：上的惯性力及惯性力偶矩：上的惯性力及惯性力偶矩：上的惯性力

23、及惯性力偶矩：b n2 c n3 e n4 f PCA6S5D1BEF2345S2s2 作用在滑块作用在滑块作用在滑块作用在滑块5 5上的惯性力为：上的惯性力为：上的惯性力为：上的惯性力为：b n2 c n3 e n4 f Ps2 CA6S5D1BEF2345S24 4、把惯性力加在构件上并拆分基本杆组进行分析、把惯性力加在构件上并拆分基本杆组进行分析、把惯性力加在构件上并拆分基本杆组进行分析、把惯性力加在构件上并拆分基本杆组进行分析把机构分成机架、原动件和若干基本杆组把机构分成机架、原动件和若干基本杆组把机构分成机架、原动件和若干基本杆组把机构分成机架、原动件和若干基本杆组CDS2B23EF

24、45A61级基本杆组级基本杆组级基本杆组级基本杆组级基本杆组级基本杆组级基本杆组级基本杆组级机构级机构级机构级机构CA6S5D1BEF2345S2Q2Q5Prxx对基本杆组进行力分析对基本杆组进行力分析对基本杆组进行力分析对基本杆组进行力分析EF45观察此基本杆组，构件观察此基本杆组，构件观察此基本杆组，构件观察此基本杆组，构件4 4是二力构件是二力构件是二力构件是二力构件R34=-R54=R455Q5PI5PrR45R65滑块滑块滑块滑块5 5的力平衡条件：的力平衡条件：的力平衡条件：的力平衡条件：Q5PrPi5R65R45abcdeCDS2B23Q5PrPi5R65R45abcdeQ2R1

25、2nR12tR63nR63tR43R43CA6S5D1BEF2345S2R R1212和和和和R R6363的方向？的方向？的方向？的方向？R R1212可分为可分为可分为可分为R R1212n n 和和和和R R1212t t两个分力两个分力两个分力两个分力 R R6363可分为可分为可分为可分为R R6363n n和和和和 R R6363t t两个分力两个分力两个分力两个分力 Q5PrPi5R65R45abcdeCDS2B23Q2R12nR12tR63nR63tR43R43Mc=0Mc=0可得可得可得可得R R1212t t和和和和R R6363t tQ2R12nR12tR63n-R63tfghjkR12R63R23构件构件构件构件3 3的力平衡条件：的力平衡条件：的力平衡条件：的力平衡条件：Q5PrPi5R65R45abcdeR43fgkR12R63R23xxA61对原动件进行力分析求解平衡力对原动件进行力分析求解平衡力对原动件进行力分析求解平衡力对原动件进行力分析求解平衡力原动件受三个力原动件受三个力原动件受三个力原动件受三个力P Pb b、R R2121和和和和R R6161的作用，属于的作用，属于的作用，属于的作用，属于三力构件三力构件三力构件三力构件 。R21PbR61R21PbR61m结束语结束语谢谢大家聆听！谢谢大家聆听！38