第四章-平面机构力分析及机械的效率优秀PPT.ppt

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1、 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；驾驭构件惯性力的确定方法和机构动态静力分析的方法；驾驭构件惯性力的确定方法和机构动态静力分析的方法；能对几种最常见的运动副中的摩擦力进行分析和计算能对几种最常见的运动副中的摩擦力进行分析和计算;能确定简洁机械的机械效率和机构自锁的条件。能确定简洁机械的机械效率和机构自锁的条件。本章教学目的本章教学目的第四章第四章 平面机构力分析与机械的效率平面机构力分析与机械的效率 机构力分析的目的和方法机构力分析的目的和方法 构件惯性力的确定构件惯性力的确定 运动副中的摩擦运动副中的摩擦 不考虑摩擦和考虑摩擦时不考

2、虑摩擦和考虑摩擦时 机构的受力分析机构的受力分析 机构的效率和自锁机构的效率和自锁本章教学内容本章教学内容本章重点：本章重点：图解法作平面动态静力分析图解法作平面动态静力分析 考虑摩擦时机构的力分析考虑摩擦时机构的力分析 机械的效率和自锁现象机械的效率和自锁现象 机构的自锁条件机构的自锁条件4-1 4-1 机构力分析的目的和方法机构力分析的目的和方法一、作用在机械上的力一、作用在机械上的力1.按作用在机械系统的内外分：按作用在机械系统的内外分：1）外力外力：如原动力、生产阻力、介质阻力和重力；：如原动力、生产阻力、介质阻力和重力；2）内力内力：运动副中的反力（也包括运动副中的摩擦力）：运动副中

3、的反力（也包括运动副中的摩擦力）2、按作功的正负分：、按作功的正负分：1）驱动力驱动力：驱使机械产生运动的力。：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。的功为正功，称驱动功或输入功。2）阻抗力：阻挡机械产生运动的力。阻抗力：阻挡机械产生运动的力。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。的功为负值。v阻抗力又可分为有益阻力和有害阻力。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需克服的生产）有益

4、阻力：是指为了完成有益工作必需克服的生产 阻力，故也称有效阻力。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）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，如有害摩擦力、介质阻力等。无用阻力，如有害摩擦力、介质阻力等。留意留意摩擦力和重力既可作为作正功的驱动力，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。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。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。损耗功（输出功）：克服有害阻力所作的功。二、机构力分析的目的和方法二、机构力分析的目的和方法1.机构力

5、分析的任务机构力分析的任务1）确定运动副中的反力（运动副两元素接触处彼此的）确定运动副中的反力（运动副两元素接触处彼此的作用力）；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。械上的平衡力。2.机构力分析的方法机构力分析的方法1）对于低速度机械：接受静力分析方法；）对于低速度机械：接受静力分析方法；2）对于高速及重型机械：一般接受动态静力分析法。）对于高速及重型机械：一般接受动态静力分析法。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1.作平面复合运动的构件：作平面复合运动的构件：v 构件

6、构件BC上的惯性力系可简化为：上的惯性力系可简化为：加在质心加在质心S上的惯性力上的惯性力v可以用总惯性力可以用总惯性力PI来代替来代替PI和和MI，PI=PI，作用线由质心作用线由质心S 偏移偏移2.作平面移动的构件作平面移动的构件v变速运动：变速运动：v等速运动：等速运动：PI=0，MI=0 和惯性力偶和惯性力偶MI1）绕通过质心的定轴转动的构件）绕通过质心的定轴转动的构件3.绕定轴转动的构件绕定轴转动的构件2）绕不通过质心的定轴转动，）绕不通过质心的定轴转动，v等速转动：等速转动：PI=0，MI=0；v变速运动：只有惯性力偶变速运动：只有惯性力偶v等速转动：产生离心惯性力等速转动：产生离

7、心惯性力v变速转动：变速转动：可以用总惯性力可以用总惯性力PI来代替来代替PI和和MI，PI=PI，作用线由作用线由质心质心S 偏移偏移 lh二、二、质量代换法质量代换法1.质量代换法质量代换法 按确定条件，把构件的质量假想地用集中于某几个选按确定条件，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。定的点上的集中质量来代替的方法。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

8、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.质量代换时必需满足的三个条件：质量代换时必需满足的三个条件：1）代换前后构件的质量不变；代换前后构件的质量不变；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 两点的代换两点的代换质量质量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。）动代换：要求同时满足三个代换条件的代换方法。2）静

9、代换：在一般工程计算中，为便利计算而进行的仅）静代换：在一般工程计算中，为便利计算而进行的仅满足前两个代换条件的质量代换方法。满足前两个代换条件的质量代换方法。v取通过构件质心取通过构件质心 S 的直线上的直线上的两点的两点B、C为代换点，有：为代换点，有：vB及及C可同时随意选择，为工程计算供应了便利和条件；可同时随意选择，为工程计算供应了便利和条件；v代换前后转动惯量代换前后转动惯量 Js有有误差，将产生惯性力偶矩的误差：误差，将产生惯性力偶矩的误差：43 43 运动副中的摩擦运动副中的摩擦一、探讨摩擦的目的一、探讨摩擦的目的1.摩擦对机器的不利影响摩擦对机器的不利影响1）造成机器运转时的

10、动力奢侈）造成机器运转时的动力奢侈 机械效率机械效率 2）使运动副元素受到磨损）使运动副元素受到磨损零件的强度零件的强度、机器的精度、机器的精度和工作牢靠性和工作牢靠性 机器的运用寿命机器的运用寿命3）使运动副元素发热膨胀）使运动副元素发热膨胀 导致运动副咬紧卡死导致运动副咬紧卡死机器机器运转不敏捷；运转不敏捷；4）使机器的润滑状况恶化）使机器的润滑状况恶化机器的磨损机器的磨损机器毁坏。机器毁坏。2.摩擦的有用的方面：摩擦的有用的方面：有不少机器，是利用摩擦来工作的。有不少机器，是利用摩擦来工作的。如带传动、摩擦如带传动、摩擦离合器和制动器等。离合器和制动器等。1.移动副中摩擦力的确定移动副中

11、摩擦力的确定2.两构件沿圆柱面接触（转动福）两构件沿圆柱面接触（转动福）二、摩擦力的确定二、摩擦力的确定3.轴端的摩擦轴端的摩擦4.4.标准式标准式 不论两运动副元素的几何形态如何，两元素间产生的不论两运动副元素的几何形态如何，两元素间产生的滑动摩擦力均可用通式：滑动摩擦力均可用通式：v-当量擦系数当量擦系数5.斜面滑块驱动力的确定斜面滑块驱动力的确定6.螺旋副中摩擦力螺旋副中摩擦力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的受力分析不考虑摩擦时，机构动态静力分析的步骤为：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）求出各构件的惯

12、性力，并把其视为外力加于产生该惯 性力的构件上；性力的构件上；2）依据静定条件将机构分解为若干个构件组和平衡力作用）依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；的构件；3）由离平衡力作用最远的构件组起先，对各构件组进行力）由离平衡力作用最远的构件组起先，对各构件组进行力 分析；分析；4）对平衡力作用的构件作力分析。）对平衡力作用的构件作力分析。4-5 4-5 考虑摩擦时机构的受力分析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：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；）计算出摩擦角和摩擦圆半径，并画出摩擦圆；2）从二力杆着手分析，

13、依据杆件受拉或受压及该杆相对于）从二力杆着手分析，依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；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；）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。）对要求的力所在构件作力分析。例例 一一例例 二二4-6 机械的效率机械的效率或或一、各种功及其相互关系一、各种功及其相互关系v驱动功驱动功Wd（输入功）：作用在机械上的驱动力所作的功。输入功）：作用在机械上的驱动力所作的功。v有益功有益功Wr（输出功）：克服生产阻力所作的功。输出功）：克服生产阻力所作的功。v损耗功损

14、耗功 Wf：克服有害阻力所作的功克服有害阻力所作的功WdWr Wf二、机械效率二、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。机械中有效利用的程度。v将式将式 WdWr Wf 两边都除以两边都除以 t Nd、Nr、Nf 分别为输入功率、输出功率和损耗功率。分别为输入功率、输出功率和损耗功率。NdNr Nf或：或：三、提高机械效率的方法三、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；、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、削减运动副中的摩擦。、削减运动

15、副中的摩擦。1.机械效率的计算机械效率的计算四、机械效率的计算四、机械效率的计算v 不考虑摩擦（不考虑摩擦（=0）：2 2.螺旋机构的效率计算实例螺旋机构的效率计算实例1 1）当螺母逆着载荷当螺母逆着载荷Q向上运动时：向上运动时：v 考虑摩擦：考虑摩擦：v不考虑摩擦时：不考虑摩擦时：2）当螺母在载荷）当螺母在载荷 Q 的作用下向下运动时：载荷的作用下向下运动时：载荷Q为驱动力为驱动力v 考虑摩擦时：考虑摩擦时：例例1:解解:设已知一对圆柱齿轮传动的效率为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；一对圆锥齿轮传动的效率为的效率为0.92 (均已包括轴承效率均已包括轴承效率)。求该

16、传动装置的总效率。求该传动装置的总效率此传动装置为一混联系统此传动装置为一混联系统v圆柱齿轮圆柱齿轮1、2、3、4为串联为串联v圆锥齿轮圆锥齿轮5-6、7-8、9-10、11-12为并联。为并联。v此传动装置的总效率此传动装置的总效率3.3.机组效率的计算机组效率的计算4-7 4-7 机械的自锁机械的自锁一、机械的自锁一、机械的自锁自锁现象和条件自锁现象和条件3.3.一般条件一般条件 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。它所产生的摩擦阻力。h h 0 0 当当h=0时，机械处于临界自锁状态；时，机械处于临界自锁状态；当

17、当h0时，其确定值越大，表明自锁越牢靠。时，其确定值越大，表明自锁越牢靠。驱动力所作的功，总是小于或等于由它所产生的摩擦驱动力所作的功，总是小于或等于由它所产生的摩擦阻力所作的功。阻力所作的功。v 4-7 机械的自锁机械的自锁2）斜面压榨机斜面压榨机 动动 画画 3）偏心夹具的自锁条件偏心夹具的自锁条件动动 画画动动 画画1）螺旋千斤顶螺旋千斤顶4.4.实例实例5.5.结论结论1）所谓机械具有自锁性，是说当它所受的驱动力作用于）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，而在另外的状况下其某处或按某方向作用时是自锁的，而在另外的状况下却是能够运动的。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，可依）判定机构是否会自锁和在什么条件下发生自锁，可依据具体状况，视便利运用分析驱动力是否作用于摩擦角据具体状况，视便利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。解决。