機(jī)械設(shè)計(jì)之平面機(jī)構(gòu)力分析(ppt 22頁).ppt

1、第四章 平面機(jī)構(gòu)力分析,結(jié)束,一、作用在機(jī)械上的力,1）驅(qū)動力 ： F V 為銳角，作正功,原動力由原動機(jī)提供，它是驅(qū)動力，那么驅(qū)動力只來自原動力嗎,2）阻抗力： F V 為鈍角，作負(fù)功,常提到的力：原動力、摩擦力、運(yùn)動副反力、重力、慣性力,一提到摩擦力，多會認(rèn)為是有害阻力。對攪拌機(jī)、帶傳動、自行車呢,運(yùn)動副反力（法向、切向）是內(nèi)力還是外力？它作功嗎,什么時候應(yīng)考慮重力？作功如何,慣性力是一種什么性質(zhì)的力，大小如何求？它作正功還是負(fù)嗎？ 什么時候會用到它？可以忽略嗎,機(jī)構(gòu)力分析的任務(wù)、目的和方法,結(jié)束,二、機(jī)構(gòu)力分析的任務(wù)和目的,1）確定運(yùn)動副中的反力 用于計(jì)算強(qiáng)度、機(jī)械效率、摩擦磨損、決定軸

2、承結(jié)構(gòu)等 2）確定機(jī)械上的平衡力（或平衡力偶） 根據(jù)作用在機(jī)構(gòu)上的已知外力（或力偶），確定要維持 給定運(yùn)動規(guī)律時所需的未知外力（或力偶,三、機(jī)構(gòu)力分析的方法,1）靜力學(xué)方法 不考慮慣性力因素（低速機(jī)械） 2）動態(tài)靜力學(xué)方法 將慣性力視為外力，加于相應(yīng)構(gòu)件上，按靜力方法分析 圖解法、解析法,結(jié)束,4-1 構(gòu)件慣性力的確定,確定慣性力： 設(shè)已知構(gòu)件的質(zhì)量、轉(zhuǎn)動慣量及運(yùn)動學(xué)參數(shù)。 實(shí)際上： 在設(shè)計(jì)新機(jī)械時，力分析還未進(jìn)行時，根本不能作強(qiáng)度計(jì) 算，構(gòu)件的質(zhì)量、轉(zhuǎn)動慣量是未知的,常用方法： 類比和經(jīng)驗(yàn)公式，或按純靜力學(xué)方法對機(jī)構(gòu)在某一特定 位置時大體估算出構(gòu)件的尺寸、材料。粗略地得到質(zhì)量、轉(zhuǎn) 動慣量，將

3、它作為初值代入進(jìn)行力分析。待第一次力分析完 成后，作強(qiáng)度計(jì)算，對其進(jìn)行修正。這個過程反復(fù)循環(huán)進(jìn)行。 直至滿足要求為止,結(jié)束,一、一般力學(xué)方法,1）作平面復(fù)合運(yùn)動的構(gòu)件,把 FI 按圖示平移 lh ，將兩者合二為一,2）作平面移動的構(gòu)件,3）繞定軸轉(zhuǎn)動的構(gòu)件,慣性力 F I = - m as,慣性力矩 M I = - Js,結(jié)束,二、質(zhì)量代換法,確定慣性力和慣性力矩 a、 復(fù)雜 將構(gòu)件的質(zhì)量等效簡化成幾個集中質(zhì)量只有慣性力方便 質(zhì)量代換法,1、動代換問題,三個方程，四個未知量（ b 、 k 、mB 、 mK ），如確定b,結(jié)束,二、質(zhì)量代換法,確定慣性力和慣性力矩 a、 復(fù)雜 將構(gòu)件的質(zhì)量等效簡

4、化成幾個集中質(zhì)量只有慣性力方便 質(zhì)量代換法,2、靜代換問題（兩點(diǎn)代換,同時選定b、c，只滿足條件1、2,結(jié)束,二、質(zhì)量代換法,確定慣性力和慣性力矩 a、 復(fù)雜 將構(gòu)件的質(zhì)量等效簡化成幾個集中質(zhì)量只有慣性力方便 質(zhì)量代換法,2、靜代換問題（兩點(diǎn)代換,同時選定b、c，只滿足條件1、2,結(jié)論： 1）兩代換點(diǎn)連線必然通過質(zhì)心。 2）靜代換簡單方便，代換點(diǎn) B、C 可隨意選定。對于一般要求機(jī)構(gòu)，采 用靜代換較多。 3）動代換滿足了質(zhì)量代換的全部條件。其代換點(diǎn)只能隨意選定一點(diǎn)，而 另外一個代換點(diǎn)則由代換條件確定。 4）使用靜代換，其慣性力偶矩將產(chǎn)生誤差,結(jié)束,4-2 運(yùn)動副中摩擦力的確定,一、移動副中摩擦

5、力的確定,摩擦力F21： Ff21 = f FN21,在外載荷一定時，法向反力FN21的其大小 與運(yùn)動副表面的幾何形狀有關(guān),1）平面： FN21 = G Ff21 = f G,2）槽面： FN21 = G / sin Ff21 = f FN21 = f G / sin,令當(dāng)量摩擦系數(shù)：fv = f / sin,Ff21 = f vG,結(jié)束,一、移動副中摩擦力的確定,摩擦力F21： Ff21 = f FN21,在外載荷一定時，法向反力FN21的其大小 與運(yùn)動副表面的幾何形狀有關(guān),3）半圓柱面 FN21 = k G Ff21 = f FN21 = f k G,若圓柱面為點(diǎn)、線接觸： k 1 若為均

6、勻圓柱面接觸： k = /2 其余則介于兩者之間,令當(dāng)量摩擦系數(shù)：fv = f k,Ff21 = f vG,結(jié)束,二、移動副中總反力的確定,1、平面移動,FR21 = FN21+ Ff 21,Ff21 = FN21tan,摩擦角 =arctan f,總反力方向的確定： （1）與法向反力偏斜一摩擦角 （2）偏斜方向與相對速度方向相反,結(jié)束,2、斜面移動,1) 滑塊沿斜面上升,力平衡條件： F + G + FR21 = 0,由力多邊形得：F = G tan (,2）滑塊沿斜面下降（驅(qū)動力為 G,同理： F + G + F R21 = 0 F = G tan ( -,注意： 1）當(dāng) 時,F0, 滑塊

7、在載荷G 作用下自行下滑，若使滑快靜止或勻速下滑，需借助外部阻力。 2）當(dāng) 時，F(xiàn)0, 滑塊在載荷G 作用下,不能自行下滑，需借助外部推動力才能滑下。 自鎖（,結(jié)束,3、螺旋副中的摩擦,1) 矩形螺紋,施加扳手力矩 M 旋緊螺母: 類似于用螺旋千斤頂克服載荷 G ，將重物升起。 施加扳手力矩 M 放松螺母： 若 M 0（即）：表明螺紋本身在載荷G 作用下能夠自行松脫，需 借助外力矩才能使螺母勻速松脫。自鎖,結(jié)束,3、螺旋副中的摩擦,2) 三角形螺紋（相當(dāng)于曹面摩擦,在矩形螺紋公式將 用v代替即可,三角螺紋的牙型半角 則槽形半角 = 90 -,當(dāng)量摩擦系數(shù)：fv = f / sin = f /

8、cos,當(dāng)量摩擦角： v = arctan fv,結(jié)束,三、轉(zhuǎn)動副中摩擦力的確定,1、軸徑的摩擦,軸徑在軸承中轉(zhuǎn)動摩擦力阻止其轉(zhuǎn)動,結(jié)束,摩擦圓半徑： = fv r,半圓柱面摩擦: Ff21 = f vG f v =（1 /2）f,運(yùn)動副總反力：FR21 = FN21 + Ff21 = G,摩擦阻力矩: Mf = Ff21 r =G fv r =FR21,1）勻速轉(zhuǎn)動時，軸承總反力 FR21 恒切于摩擦圓 。 2）勻速轉(zhuǎn)動時，Mf = FR21 =G ， 類似平面摩擦系數(shù)。其大小 fv 和 r 有關(guān),3）將Md與G合成為G ， = Md / G,1、軸徑的摩擦,結(jié)束,2、總反力的確定,1）根據(jù)平衡條件總反力方向。 2）考慮摩擦，總反力與摩擦圓相切。 3）摩擦力矩方向總是與轉(zhuǎn)向相反（阻止） 如：總反力FR21 對軸心之矩的方向必 與其相對轉(zhuǎn)向 12的方向相反,結(jié)束,例4-1 曲柄1為主動件，求各構(gòu)件受力方向。（不計(jì)重力、慣性力,結(jié)束,3、軸端的摩擦,取微環(huán)，其上壓強(qiáng) p 為常量 面積 ds = 2 d 正壓力 dFN = p ds 摩擦力 dFf = f dFN = f p ds 摩擦