第四章-平面機(jī)構(gòu)力分析及機(jī)械的效率.ppt

了解作用在機(jī)構(gòu)上的力及機(jī)構(gòu)力分析的目的和方法 掌握構(gòu)件慣性力的確定方法和機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)靜力分析的方法 能對(duì)幾種最常見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)副中的摩擦力進(jìn)行分析和計(jì)算 能確定簡(jiǎn)單機(jī)械的機(jī)械效率和機(jī)構(gòu)自鎖的條件 本章教學(xué)目的 第四章平面機(jī)構(gòu)力分析與機(jī)械的效率 機(jī)構(gòu)力分析的目的和方法 構(gòu)件慣性力的確定 運(yùn)動(dòng)副中的摩擦 不考慮摩擦和考慮摩擦?xí)r機(jī)構(gòu)的受力分析 機(jī)構(gòu)的效率和自鎖 本章教學(xué)內(nèi)容 本章重點(diǎn) 圖解法作平面動(dòng)態(tài)靜力分析考慮摩擦?xí)r機(jī)構(gòu)的力分析機(jī)械的效率和自鎖現(xiàn)象機(jī)構(gòu)的自鎖條件 4 1機(jī)構(gòu)力分析的目的和方法 一 作用在機(jī)械上的力 1 按作用在機(jī)械系統(tǒng)的內(nèi)外分 1 外力 如原動(dòng)力 生產(chǎn)阻力 介質(zhì)阻力和重力 2 內(nèi)力 運(yùn)動(dòng)副中的反力 也包括運(yùn)動(dòng)副中的摩擦力 2 按作功的正負(fù)分 1 驅(qū)動(dòng)力 驅(qū)使機(jī)械產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的力 其特征是該力其作用點(diǎn)速度的方向相同或成銳角 所作的功為正功 稱驅(qū)動(dòng)功或輸入功 2 阻抗力 阻止機(jī)械產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的力 其特征是該力其作用點(diǎn)速度的方向相反或成鈍角 所作的功為負(fù)值 阻抗力又可分為有益阻力和有害阻力 1 有益阻力 是指為了完成有益工作必須克服的生產(chǎn)阻力 故也稱有效阻力 2 有害阻力 是指機(jī)械在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中所受到的非生產(chǎn)無(wú)用阻力 如有害摩擦力 介質(zhì)阻力等 注意 摩擦力和重力既可作為作正功的驅(qū)動(dòng)力 也可成為作負(fù)功的阻力 有效功 輸出功 克服有效阻力所作的功 損耗功 輸出功 克服有害阻力所作的功 二 機(jī)構(gòu)力分析的目的和方法 1 機(jī)構(gòu)力分析的任務(wù) 1 確定運(yùn)動(dòng)副中的反力 運(yùn)動(dòng)副兩元素接觸處彼此的作用力 2 確定為了使機(jī)構(gòu)原動(dòng)件按給定規(guī)律運(yùn)動(dòng)時(shí)需加于機(jī)械上的平衡力 2 機(jī)構(gòu)力分析的方法 1 對(duì)于低速度機(jī)械 采用靜力分析方法 2 對(duì)于高速及重型機(jī)械 一般采用動(dòng)態(tài)靜力分析法 4 2構(gòu)件慣性力的確定 一 一般力學(xué)方法 1 作平面復(fù)合運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件 構(gòu)件BC上的慣性力系可簡(jiǎn)化為 加在質(zhì)心S上的慣性力 可以用總慣性力PI 來(lái)代替PI和MI PI PI 作用線由質(zhì)心S偏移 2 作平面移動(dòng)的構(gòu)件 變速運(yùn)動(dòng) 等速運(yùn)動(dòng) PI 0 MI 0 和慣性力偶MI 1 繞通過(guò)質(zhì)心的定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的構(gòu)件 3 繞定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的構(gòu)件 2 繞不通過(guò)質(zhì)心的定軸轉(zhuǎn)動(dòng) 等速轉(zhuǎn)動(dòng) PI 0 MI 0 變速運(yùn)動(dòng) 只有慣性力偶 等速轉(zhuǎn)動(dòng) 產(chǎn)生離心慣性力 變速轉(zhuǎn)動(dòng) 可以用總慣性力PI 來(lái)代替PI和MI PI PI 作用線由質(zhì)心S偏移lh 二 質(zhì)量代換法 1 質(zhì)量代換法 按一定條件 把構(gòu)件的質(zhì)量假想地用集中于某幾個(gè)選定的點(diǎn)上的集中質(zhì)量來(lái)代替的方法 2 代換點(diǎn)和代換質(zhì)量 代換點(diǎn) 上述的選定點(diǎn) 代換質(zhì)量 集中于代換點(diǎn)上的假想質(zhì)量 2 代換前后構(gòu)件的質(zhì)心位置不變 3 代換前后構(gòu)件對(duì)質(zhì)心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不變 以原構(gòu)件的質(zhì)心為坐標(biāo)原點(diǎn)時(shí) 應(yīng)滿足 3 質(zhì)量代換時(shí)必須滿足的三個(gè)條件 1 代換前后構(gòu)件的質(zhì)量不變 用集中在通過(guò)構(gòu)件質(zhì)心S的直線上的B K兩點(diǎn)的代換質(zhì)量mB和mK來(lái)代換作平面運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件的質(zhì)量的代換法 4 兩個(gè)代換質(zhì)量的代換法 5 靜代換和動(dòng)代換 1 動(dòng)代換 要求同時(shí)滿足三個(gè)代換條件的代換方法 2 靜代換 在一般工程計(jì)算中 為方便計(jì)算而進(jìn)行的僅滿足前兩個(gè)代換條件的質(zhì)量代換方法 取通過(guò)構(gòu)件質(zhì)心S的直線上的兩點(diǎn)B C為代換點(diǎn) 有 B及C可同時(shí)任意選擇 為工程計(jì)算提供了方便和條件 代換前后轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Js有誤差 將產(chǎn)生慣性力偶矩的誤差 4 3運(yùn)動(dòng)副中的摩擦 一 研究摩擦的目的 1 摩擦對(duì)機(jī)器的不利影響 1 造成機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的動(dòng)力浪費(fèi) 機(jī)械效率 2 使運(yùn)動(dòng)副元素受到磨損 零件的強(qiáng)度 機(jī)器的精度和工作可靠性 機(jī)器的使用壽命 3 使運(yùn)動(dòng)副元素發(fā)熱膨脹 導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)副咬緊卡死 機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)不靈活 4 使機(jī)器的潤(rùn)滑情況惡化 機(jī)器的磨損 機(jī)器毀壞 2 摩擦的有用的方面 有不少機(jī)器 是利用摩擦來(lái)工作的 如帶傳動(dòng) 摩擦離合器和制動(dòng)器等 1 移動(dòng)副中摩擦力的確定 2 兩構(gòu)件沿圓柱面接觸 轉(zhuǎn)動(dòng)福 二 摩擦力的確定 3 軸端的摩擦 4 標(biāo)準(zhǔn)式 不論兩運(yùn)動(dòng)副元素的幾何形狀如何 兩元素間產(chǎn)生的滑動(dòng)摩擦力均可用通式 v 當(dāng)量擦系數(shù) 5 斜面滑塊驅(qū)動(dòng)力的確定 6 螺旋副中摩擦力 4 4不考慮摩擦?xí)r機(jī)構(gòu)的受力分析 不考慮摩擦?xí)r 機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)靜力分析的步驟為 1 求出各構(gòu)件的慣性力 并把其視為外力加于產(chǎn)生該慣性力的構(gòu)件上 2 根據(jù)靜定條件將機(jī)構(gòu)分解為若干個(gè)構(gòu)件組和平衡力作用的構(gòu)件 3 由離平衡力作用最遠(yuǎn)的構(gòu)件組開(kāi)始 對(duì)各構(gòu)件組進(jìn)行力分析 4 對(duì)平衡力作用的構(gòu)件作力分析 4 5考慮摩擦?xí)r機(jī)構(gòu)的受力分析 考慮摩擦?xí)r 機(jī)構(gòu)受力分析的步驟為 1 計(jì)算出摩擦角和摩擦圓半徑 并畫出摩擦圓 2 從二力桿著手分析 根據(jù)桿件受拉或受壓及該桿相對(duì)于另一桿件的轉(zhuǎn)動(dòng)方向 求得作用在該構(gòu)件上的二力方向 3 對(duì)有已知力作用的構(gòu)件作力分析 4 對(duì)要求的力所在構(gòu)件作力分析 例一 例二 4 6機(jī)械的效率 或 一 各種功及其相互關(guān)系 驅(qū)動(dòng)功Wd 輸入功 作用在機(jī)械上的驅(qū)動(dòng)力所作的功 有益功Wr 輸出功 克服生產(chǎn)阻力所作的功 損耗功Wf 克服有害阻力所作的功 Wd Wr Wf 二 機(jī)械效率h 機(jī)械效率是輸出功和輸入功的比值 它可以反映輸入功在機(jī)械中有效利用的程度 將式Wd Wr Wf兩邊都除以t Nd Nr Nf分別為輸入功率 輸出功率和損耗功率 Nd Nr Nf 或 三 提高機(jī)械效率的方法 1 盡量簡(jiǎn)化機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng) 使傳遞通過(guò)的運(yùn)動(dòng)副數(shù)目越少越好 2 減少運(yùn)動(dòng)副中的摩擦 1 機(jī)械效率的計(jì)算 四 機(jī)械效率的計(jì)算 不考慮摩擦 0 2 螺旋機(jī)構(gòu)的效率計(jì)算實(shí)例 1 當(dāng)螺母逆著載荷Q向上運(yùn)動(dòng)時(shí) 考慮摩擦 不考慮摩擦?xí)r 2 當(dāng)螺母在載荷Q的作用下向下運(yùn)動(dòng)時(shí) 載荷Q為驅(qū)動(dòng)力 考慮摩擦?xí)r 例1 解 設(shè)已知一對(duì)圓柱齒輪傳動(dòng)的效率為0 95 一對(duì)圓錐齒輪傳動(dòng)的效率為0 92 均已包括軸承效率 求該傳動(dòng)裝置的總效率 此傳動(dòng)裝置為一混聯(lián)系統(tǒng) 圓柱齒輪1 2 3 4為串聯(lián) 圓錐齒輪5 6 7 8 9 10 11 12為并聯(lián) 此傳動(dòng)裝置的總效率 3 機(jī)組效率的計(jì)算 4 7機(jī)械的自鎖 一 機(jī)械的自鎖 自鎖現(xiàn)象和條件 3 一般條件 機(jī)械發(fā)生自鎖時(shí) 無(wú)論驅(qū)動(dòng)力多么大 都不能超過(guò)由它所產(chǎn)生的摩擦阻力 h 0 當(dāng)h 0時(shí) 機(jī)械處于臨界自鎖狀態(tài) 當(dāng)h 0時(shí) 其絕對(duì)值越大 表明自鎖越可靠 驅(qū)動(dòng)力所作的功 總是小于或等于由它所產(chǎn)生的摩擦阻力所作的功 4 7機(jī)械的自鎖 2 斜面壓榨機(jī) 動(dòng)畫 3 偏心夾具的自鎖條件 動(dòng)畫 動(dòng)畫 1 螺旋千斤頂 4 實(shí)