第四章平面机构的力分析优秀PPT.ppt
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1、第四章 平面机构的力分析第一页,本课件共有75页ABC驱动力驱动力生产阻力生产阻力摩擦力摩擦力以空气压缩机受力情况分析以空气压缩机受力情况分析重力重力G2G3惯性力惯性力1、作用在机构中的力、作用在机构中的力运动副反力运动副反力第一节第一节 平面机构的力分析概述平面机构的力分析概述 第二页,本课件共有75页2 2、生产阻力:、生产阻力:机械克服生产阻力才能作有用机械克服生产阻力才能作有用 功,其功为有用的输出功功,其功为有用的输出功。机械只有在克服生产阻力的时候才会机械只有在克服生产阻力的时候才会做有用功;做有用功;1、驱动力:、驱动力:使机械运转的动力,由原动机提使机械运转的动力,由原动机提
2、 供。为机械提供输入功。供。为机械提供输入功。作用在机构中的力的说明作用在机构中的力的说明第三页,本课件共有75页3、摩擦力、摩擦力:一般情况下为有害阻力,其功为机械一般情况下为有害阻力,其功为机械的的损耗功损耗功。当使用摩擦力作为主动力时,其作功为。当使用摩擦力作为主动力时,其作功为有用功有用功。作用在机构中的力的说明作用在机构中的力的说明第四页,本课件共有75页4、重力:、重力:构件质心上移时为阻力;质心下降构件质心上移时为阻力;质心下降 时为驱动力。在一个运动循环中重时为驱动力。在一个运动循环中重 力功为零。力功为零。5、惯性力、惯性力:机械加速运动,惯性力为阻力;机机械加速运动,惯性力
3、为阻力;机 械减速运动,惯性力为驱动力。在械减速运动,惯性力为驱动力。在 一个运动循环中惯性力作功为零。一个运动循环中惯性力作功为零。(电风扇)(电风扇)作用在机构中的力的说明作用在机构中的力的说明第五页,本课件共有75页ABC43216 6、运动副中反力、运动副中反力:对整个机械而言对整个机械而言,是内力。对是内力。对 单个构件而言,是外力。单个构件而言,是外力。F12XF12YF23XF23YF41XF41YF43F12XF12YF32XF32YG2Fi作用在机构中的力的说明作用在机构中的力的说明第六页,本课件共有75页2、机构力分析的目的、机构力分析的目的 4.4.为设计自锁机构奠定理论
4、基础为设计自锁机构奠定理论基础1、根据机构所受的已知外力,确定各运动副、根据机构所受的已知外力,确定各运动副 中的反力。中的反力。2.根据作用在机构上的外力和原动件运动规律,根据作用在机构上的外力和原动件运动规律,确定确定需要加在机构上的平衡力或平衡力矩。需要加在机构上的平衡力或平衡力矩。3.为效率计算提供服务(运动副的摩擦影响效率)为效率计算提供服务(运动副的摩擦影响效率)第一节第一节 平面机构的力分析概述平面机构的力分析概述第七页,本课件共有75页3、机构力分析的方法、机构力分析的方法1、静力分析、静力分析:(理论力学已经解决)(理论力学已经解决)机械低速运转机械低速运转,忽略惯性力,可进
5、行静力分析。忽略惯性力,可进行静力分析。力分析时,考虑力分析时,考虑惯性力惯性力的作用,不计的作用,不计摩擦力摩擦力的影响。的影响。在考虑在考虑摩擦摩擦的力分析时则不计的力分析时则不计惯性力惯性力的影响。的影响。2、动态静力分析:、动态静力分析:把惯性力看作外力,加在产生惯性力的构件上,该把惯性力看作外力,加在产生惯性力的构件上,该构件处于力平衡状态,称之为构件处于力平衡状态,称之为动态静力分析动态静力分析第八页,本课件共有75页3、机构力分析的方法、机构力分析的方法 1 1、图解法:把构件作为分离体,根据受力平、图解法:把构件作为分离体,根据受力平 衡原理,利用衡原理,利用作力图作力图的方法
6、求解的方法求解 未知力未知力。2 2、解析法:把构件作为分离体,列出力平衡、解析法:把构件作为分离体,列出力平衡 方程,利用方程,利用数学的方法数学的方法求解未知求解未知 力力。第九页,本课件共有75页第二节第二节 机构的动态静力分析机构的动态静力分析 把惯性力看作外力,加在产生惯性力的构件上,该构把惯性力看作外力,加在产生惯性力的构件上,该构件处于平衡状态,把运动中的构件的力分析转化为静力分件处于平衡状态,把运动中的构件的力分析转化为静力分析的过程,称为析的过程,称为动态静力分析动态静力分析。FFi作圆周运动的球,受绳索拉力作圆周运动的球,受绳索拉力小球产生离心惯性力,把惯性小球产生离心惯性
7、力,把惯性力加在球上,小球处于平衡状态力加在球上,小球处于平衡状态第十页,本课件共有75页A 1Cs2Bas2 s2Fs2Ms2h2ac3Fc3曲柄滑块机构曲柄滑块机构做平面复合运动的构件做平面复合运动的构件一、构件惯性力的确定一、构件惯性力的确定第十一页,本课件共有75页连杆连杆2 2质心处的惯性力和惯性力矩质心处的惯性力和惯性力矩h2用力偶用力偶F Fi2i2.h.h2 2代替原惯性力矩代替原惯性力矩MsMs2 2,构件质心构件质心S2上的惯性力和惯上的惯性力和惯性力矩可简化为一个力性力矩可简化为一个力,平移距离平移距离为为B C Fi2Ms2Fi2(1)做平面复合运动的构件做平面复合运动
8、的构件第十二页,本课件共有75页(2 2)作平面移动的构件)作平面移动的构件一、构件惯性力的确定一、构件惯性力的确定如上图的滑块,仅有一个加在质心如上图的滑块,仅有一个加在质心C3上的惯性力:上的惯性力:A 1Cs2Bas2 s2Fs2Ms2h2ac3Fc3第十三页,本课件共有75页(2 2)绕定轴转动的构件)绕定轴转动的构件一、构件惯性力的确定一、构件惯性力的确定曲柄(曲柄(AB杆),若回转轴线通过质心:杆),若回转轴线通过质心:A 1Cs2B若回转轴线不通过质心:若回转轴线不通过质心:第十四页,本课件共有75页3 3、逐一求解未知的运动副反力及平衡力。可、逐一求解未知的运动副反力及平衡力。
9、可 用图解法或解析法用图解法或解析法 1、求出各构件的惯性力求出各构件的惯性力,并把它们视为外力,并把它们视为外力 加在产生这些惯性力的构件上;加在产生这些惯性力的构件上;2、将机构分解为若干个、将机构分解为若干个构件组构件组,分别列出它,分别列出它 们的力平衡方程;们的力平衡方程;机构动态静力分析的步骤机构动态静力分析的步骤二、机构的动态静力分析二、机构的动态静力分析第十五页,本课件共有75页1.1.优先考虑带有优先考虑带有已知驱动力已知驱动力或或生产阻力生产阻力作用的作用的 构件组为示力体。构件组为示力体。机构动态静力分析的关键机构动态静力分析的关键2.示力体中所含示力体中所含未知力未知力
10、的数目应该等于所能列的数目应该等于所能列 出的独立的出的独立的力平衡方程力平衡方程的数目,以保证这些的数目,以保证这些 未知力能够顺利求解。未知力能够顺利求解。二、机构的动态静力分析二、机构的动态静力分析第十六页,本课件共有75页(一)用图解法进行机构的动态静力分析(一)用图解法进行机构的动态静力分析 例:例:在牛头刨床机构中,各构件的尺寸及原动件在牛头刨床机构中,各构件的尺寸及原动件的角速度及其生产阻力、滑枕重力均为已知。求的角速度及其生产阻力、滑枕重力均为已知。求机构各运动副中的反力及需要加在原动件上的平机构各运动副中的反力及需要加在原动件上的平衡力矩。衡力矩。第十七页,本课件共有75页A
11、BC132645DEhrrhq5i i5h6565牛头刨床机构简图牛头刨床机构简图重力重力G5及位置及位置hq,生产阻力生产阻力Fr及位置及位置hr已知,滑枕惯性力已知,滑枕惯性力Fi5可求出来。可求出来。第十八页,本课件共有75页解解 :5434(1 1)选构件)选构件4 4为示力体为示力体构件构件4为二力杆为二力杆DE4ABC132645DEh65hqhr65r5i i5第十九页,本课件共有75页(2 2)选构件)选构件5 5为示力体为示力体45r65i i545DEh65hqhr655455i i5racbde第二十页,本课件共有75页(3 3)选构件)选构件2 2、3 3为示力体为示力
12、体432363BCDh43h234323633212C231第二十一页,本课件共有75页(4 4)取构件)取构件1 1为示力体为示力体ACABC132645DEh65hqhr65r5i i5第二十二页,本课件共有75页(二)用解析法进行机构的动态静力分析(二)用解析法进行机构的动态静力分析1、矩阵法:、矩阵法:在直角坐标系中,各力分解为在直角坐标系中,各力分解为Fx、Fy,再写力系平衡,再写力系平衡方程的矩阵形式并求解。方程的矩阵形式并求解。2、复数法:、复数法:用复数建立力平衡方程并求解用复数建立力平衡方程并求解根据力学模型根据力学模型,可选择不同的数学方法可选择不同的数学方法:第二十三页,
13、本课件共有75页例例 题(采用矩阵法)题(采用矩阵法)已知生产阻力已知生产阻力F3,对图示机构进行力分析,对图示机构进行力分析以构件以构件1 1、2 2、3 3为示力体,按力系平衡条件列出为示力体,按力系平衡条件列出力的平衡方程:力的平衡方程:第二十四页,本课件共有75页对于图示的构件对于图示的构件1 1xy第二十五页,本课件共有75页对于图示的构件对于图示的构件2 2xy第二十六页,本课件共有75页对于图示的构件对于图示的构件3 3 xy第二十七页,本课件共有75页写成矩阵形式写成矩阵形式 矩阵简写为:矩阵简写为:第二十八页,本课件共有75页第三节第三节 考虑摩擦的机构力分析考虑摩擦的机构力
14、分析在考虑在考虑摩擦摩擦的机构力分析时的机构力分析时,一般不再考虑一般不再考虑惯性力惯性力的影响。摩擦主要发生在机构的运动的影响。摩擦主要发生在机构的运动副之中。副之中。在考虑在考虑惯性力惯性力的机构力分析时的机构力分析时,一般不再虑一般不再虑摩擦力摩擦力的影响的影响.第二十九页,本课件共有75页一、运动副中的摩擦一、运动副中的摩擦 3 3、螺旋副中的摩擦、螺旋副中的摩擦平面移动副平面移动副斜面移动副斜面移动副槽面移动副槽面移动副径向轴承径向轴承止推轴承止推轴承三角螺纹三角螺纹矩形螺纹矩形螺纹1、移动副中的摩擦移动副中的摩擦2、转动副中的摩擦、转动副中的摩擦第三十页,本课件共有75页1.1.移
15、动副中摩擦力的确定移动副中摩擦力的确定 滑块滑块1 1在总驱动力在总驱动力F Fd d力的作用下,相对平面力的作用下,相对平面2 2以速度以速度 V V1212 等速移动。平面等速移动。平面2 2给滑块给滑块1 1的作用力有法向反力的作用力有法向反力 F FN21N21 和摩擦和摩擦力力F F2121,二者的合力,二者的合力F FR21R21为平面为平面2 2给滑块给滑块1 1的总反力,与法线方的总反力,与法线方向的夹角为向的夹角为。2F21FN21FR211Fd1第三十一页,本课件共有75页12GF21FN21FdFR212给给1的总反力的总反力FR21恒与恒与1相对相对2的相对速度的相对速
16、度V12成成90+角角1FxFyFR21以以FN21为轴线旋转后的圆锥为轴线旋转后的圆锥,称摩擦锥。称摩擦锥。第三十二页,本课件共有75页 ,加速运动加速运动 ,减速运动或自锁减速运动或自锁 =,匀速运动或自锁匀速运动或自锁自锁自锁:无论多么大的驱动力无论多么大的驱动力,都不能使机构运动的现象都不能使机构运动的现象.12F21FN21FdFR211FyFx第三十三页,本课件共有75页GFdFR21+(2)(2)斜面移动副中的摩擦斜面移动副中的摩擦(上升上升)12GFdFR21Ff第三十四页,本课件共有75页(2)(2)斜面移动副中的摩擦斜面移动副中的摩擦(匀速下降匀速下降)GFR2112FfF
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