平面机构力分析及机械的效率课件.pptx

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1、4-1 4-1 机构力分析的目的和方法一、作用在机械上的力1.按作用在机械系统的内外分：1）外力：如原动力、生产阻力、介质阻力和重力；2）内力：运动副中的反力（也包括运动副中的摩擦力）2、按作功的正负分：1）驱动力：驱使机械产生运动的力。其特征是该力其作用点速度的方向相同或成锐角，所作的功为正功，称驱动功或输入功。2）阻抗力：阻止机械产生运动的力。其特征是该力其作用点速度的方向相反或成钝角，所作的功为负值。第1页/共23页v阻抗力又可分为有益阻力和有害阻力。（1）有益阻力：是指为了完成有益工作必须克服的生产 阻力，故也称有效阻力。（2）有害阻力：是指机械在运转过程中所受到的非生产无用阻力，如有

2、害摩擦力、介质阻力等。注意摩擦力和重力既可作为作正功的驱动力，也可成为作负功的阻力。有效功（输出功）：克服有效阻力所作的功。损耗功（输出功）：克服有害阻力所作的功。第2页/共23页二、机构力分析的目的和方法1.机构力分析的任务1）确定运动副中的反力（运动副两元素接触处彼此的作用力）；2）确定为了使机构原动件按给定规律运动时需加于机械上的平衡力。2.机构力分析的方法1）对于低速度机械：采用静力分析方法；2）对于高速及重型机械：一般采用动态静力分析法。第3页/共23页4-2 4-2 构件惯性力的确定一、一般力学方法1.作平面复合运动的构件：v 构件BC上的惯性力系可简化为：加在质心S上的惯性力v可

3、以用总惯性力PI来代替PI和MI，PI=PI，作用线由质心S 偏移2.作平面移动的构件v变速运动：v等速运动：PI=0，MI=0 和惯性力偶MI第4页/共23页1）绕通过质心的定轴转动的构件3.绕定轴转动的构件2）绕不通过质心的定轴转动，v等速转动：PI=0，MI=0；v变速运动：只有惯性力偶v等速转动：产生离心惯性力v变速转动：可以用总惯性力PI来代替PI和MI，PI=PI，作用线由质心S 偏移 lh第5页/共23页二、质量代换法1.质量代换法 按一定条件，把构件的质量假想地用集中于某几个选定的点上的集中质量来代替的方法。2.代换点和代换质量v代换点：上述的选定点。v代换质量：集中于代换点上

4、的假想质量。第6页/共23页2）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。v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：1）代换前后构件的质量不变；第7页/共23页 用集中在通过构件质心S 的直线上的B、K 两点的代换质量mB 和 mK 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5.静代换和动代换1）动代换：要求同时满足三个代换条件的代换方法。第8页/共23页2）静代换：在一般工程计算中，为方便计算而进行的仅满足前两个代换条件的质量代换方法。v取通过构件质心 S 的直线上的两点B、C为代换点，有：vB及C可同时任意选择，为工

5、程计算提供了方便和条件；v代换前后转动惯量 Js有误差，将产生惯性力偶矩的误差：第9页/共23页4 43 3 运动副中的摩擦一、研究摩擦的目的1.摩擦对机器的不利影响1）造成机器运转时的动力浪费 机械效率 2）使运动副元素受到磨损零件的强度、机器的精度和工作可靠性 机器的使用寿命 3）使运动副元素发热膨胀 导致运动副咬紧卡死机器运转不灵活；4）使机器的润滑情况恶化机器的磨损 机器毁坏。第10页/共23页2.摩擦的有用的方面：有不少机器，是利用摩擦来工作的。如带传动、摩擦离合器和制动器等。第11页/共23页1.移动副中摩擦力的确定2.两构件沿圆柱面接触（转动福）二、摩擦力的确定3.轴端的摩擦4.

6、4.标准式 不论两运动副元素的几何形状如何，两元素间产生的滑动摩擦力均可用通式：v-当量擦系数5.斜面滑块驱动力的确定6.螺旋副中摩擦力第12页/共23页4-4 4-4 不考虑摩擦时机构的受力分析不考虑摩擦时，机构动态静力分析的步骤为：1）求出各构件的惯性力，并把其视为外力加于产生该惯 性力的构件上；2）根据静定条件将机构分解为若干个构件组和平衡力作用 的构件；3）由离平衡力作用最远的构件组开始，对各构件组进行力 分析；4）对平衡力作用的构件作力分析。第13页/共23页4-5 4-5 考虑摩擦时机构的受力分析考虑摩擦时，机构受力分析的步骤为：1）计算出摩擦角和摩擦圆半径，并画出摩擦圆；2）从二

7、力杆着手分析，根据杆件受拉或受压及该杆相对于 另一杆件的转动方向，求得作用在该构件上的二力方向；3）对有已知力作用的构件作力分析；4）对要求的力所在构件作力分析。例 一例 二第14页/共23页4-6 机械的效率或一、各种功及其相互关系v驱动功Wd（输入功）：作用在机械上的驱动力所作的功。v有益功Wr（输出功）：克服生产阻力所作的功。v损耗功 Wf：克服有害阻力所作的功WdWr Wf二、机械效率h h 机械效率是输出功和输入功的比值，它可以反映输入功在机械中有效利用的程度。第15页/共23页v将式 WdWr Wf 两边都除以 t Nd、Nr、Nf 分别为输入功率、输出功率和损耗功率。NdNr N

8、f或：三、提高机械效率的方法1、尽量简化机械传动系统，使传递通过的运动副数目越少越好；2、减少运动副中的摩擦。1.机械效率的计算四、机械效率的计算第16页/共23页v 不考虑摩擦（=0）：2 2.螺旋机构的效率计算实例1 1）当螺母逆着载荷Q向上运动时：v 考虑摩擦：v不考虑摩擦时：2）当螺母在载荷 Q 的作用下向下运动时：载荷Q为驱动力v 考虑摩擦时：第17页/共23页例1:解:设已知一对圆柱齿轮传动的效率为0.95；一对圆锥齿轮传动的效率为0.92 (均已包括轴承效率)。求该传动装置的总效率此传动装置为一混联系统v圆柱齿轮1、2、3、4为串联v圆锥齿轮5-6、7-8、9-10、11-12为

9、并联。v此传动装置的总效率3.3.机组效率的计算第18页/共23页4-7 4-7 机械的自锁一、机械的自锁自锁现象和条件第19页/共23页3.3.一般条件 机械发生自锁时，无论驱动力多么大，都不能超过由它所产生的摩擦阻力。h h 0 0 当h h=0时，机械处于临界自锁状态；当h h0时，其绝对值越大，表明自锁越可靠。驱动力所作的功，总是小于或等于由它所产生的摩擦阻力所作的功。v 4-7 机械的自锁第20页/共23页2）斜面压榨机 动 画 3）偏心夹具的自锁条件动 画动 画1）螺旋千斤顶4.4.实例第21页/共23页5.5.结论1）所谓机械具有自锁性，是说当它所受的驱动力作用于其某处或按某方向作用时是自锁的，而在另外的情况下却是能够运动的。2）判定机构是否会自锁和在什么条件下发生自锁，可根据具体情况，视方便运用分析驱动力是否作用于摩擦角之内、或驱动力所能克服的阻抗力等于小于零的方法来解决。第22页/共23页感谢您的观看。第23页/共23页