機械原理課件-第七版-平面機構(gòu)的力分析1解析

1、第九章 平面機構(gòu)的力分析第九章 平面機構(gòu)的力分析第九章 平面機構(gòu)的力分析引言研究機構(gòu)力分析的目的和方法靜力分析運動副中的摩擦力動力分析動靜法達朗貝爾原理（構(gòu)件慣性力）虛位移方法虛功原理（速度多邊形杠桿法）第九章 平面機構(gòu)的力分析引言9-1 研究機構(gòu)力分析的目的和方法作用于機構(gòu)中力的分類研究機構(gòu)力分析的目的和方法9-1 研究機構(gòu)力分析的目的和方法作用于機構(gòu)中力的分類9-2 運動副中的摩擦力研究摩擦的目的摩擦對機器的不利影響摩擦的有用的方面移動副的摩擦平面移動副楔形面移動副斜面轉(zhuǎn)動副的摩擦徑向軸頸轉(zhuǎn)動副（載荷垂直于軸線）止推軸頸轉(zhuǎn)動副（載荷沿著軸線）總結(jié)9-2 運動副中的摩擦力研究摩擦的目的9-3

2、 動力分析動靜法達朗貝爾原理（構(gòu)件慣性力）虛位移方法虛功原理（速度多邊形杠桿法）9-3 動力分析動靜法達朗貝爾原理結(jié) 束結(jié) 束 機械的動力學(xué)分析就是在機構(gòu)的原動件按給定的規(guī)律運動時，任一瞬時的摩擦力、慣性力、驅(qū)動力等參數(shù)分析；以及運動與功的關(guān)系。引言機構(gòu)分析運動學(xué)分析組成原理動力學(xué)分析 機械的動力學(xué)分析就是在機構(gòu)的原動件按給定的規(guī)律運一、作用于機構(gòu)中力的分類驅(qū)動力（矩）：驅(qū)使機械產(chǎn)生運動的力（矩） ，其所作的功為正值（輸入功）。其特征是該力其作用點速度的方向相同或成銳角阻力（矩）：阻止機械產(chǎn)生運動的力（矩） ，其所作的功為負(fù)值（消耗功）。其特征是該力其作用點速度的方向相反或成鈍角有效阻力（工作

3、阻力）：生產(chǎn)工作阻力（矩）其所作的功為有效功（輸出功）。有害阻力：非生產(chǎn)工作阻力（矩）、其對生產(chǎn)無用而有害 。注意摩擦力和重力既可作為作正功的驅(qū)動力，也可成為作負(fù)功的阻力。一、作用于機構(gòu)中力的分類驅(qū)動力（矩）：驅(qū)使機械產(chǎn)生運動的力（一、作用于機構(gòu)中力的分類運動副反力：當(dāng)機構(gòu)受到外力作用時，在運動副中產(chǎn)生的反作用力。法向分力（正壓力）：沿運動副兩元素接觸處的法向分力。特點：不作功。切向分力（摩擦力）：沿運動副兩元素接觸處的切向分力。特點：因正壓力而產(chǎn)生；一般為有害阻力?？紤]摩擦力的運動副反力總反力重力：作用在構(gòu)件質(zhì)心上的地球引力。特點：在一個運動循環(huán)中重力所作的功為零（因構(gòu)件質(zhì)心每經(jīng)一運動循環(huán)后

4、回到原來的位置）。高速機械的計算中，可以忽略不計。慣性力：是一種虛擬加在有變速運動的構(gòu)件上的力。慣性力是是阻力還是驅(qū)動力？當(dāng)構(gòu)件減速時，它是驅(qū)動力；加速時，它是阻力特點：在一個運動循環(huán)中慣性力所作的功為零。低速機械的慣性力一般很小，可以忽略不計。一、作用于機構(gòu)中力的分類運動副反力：當(dāng)機構(gòu)受到外力作用時，在二、研究機構(gòu)力分析的目的確定運動副反力。因為運動副中反力的大小和性質(zhì)對于計算機構(gòu)各個零件的強度、決定機構(gòu)中的摩擦力和機械效率、以及計算運動副中的磨損和確定軸承型式都是有用的已知條件。確定為維持機構(gòu)作給定運動而需加的平衡力(力矩)。根據(jù)作用在機構(gòu)上的已知外力(包括慣性力)， 可在維持機構(gòu)按給定的

5、運動規(guī)律運動的條件下求解與之相平衡的未知外力(驅(qū)動力或阻力)。此待求的未知外力可以力或力矩的形式出現(xiàn)，分別稱之為平衡力（矩）。這對于確定機器工作時所需的驅(qū)動功率或能承受的最大負(fù)荷等都是必需的數(shù)據(jù)。二、研究機構(gòu)力分析的目的確定運動副反力。三、研究機構(gòu)力分析的方法靜力分析（低速）：不考慮慣性力動力分析（高速）：考慮慣性力動靜法達朗貝爾原理虛位移方法虛功原理圖解法解析法三、研究機構(gòu)力分析的方法靜力分析（低速）：不考慮慣性力1）造成機器運轉(zhuǎn)時的動力浪費 機械效率 2）使運動副元素受到磨損零件的強度、機器的精度和工作可靠性 機器的使用壽命3）使運動副元素發(fā)熱膨脹 導(dǎo)致運動副咬緊卡死機器運轉(zhuǎn)不靈活； 4）

6、使機器的潤滑情況惡化機器的磨損機器毀壞。摩擦對機器的不利影響1）造成機器運轉(zhuǎn)時的動力浪費 機械效率 2）使運動副元素 有不少機器，是利用摩擦來工作的。如帶傳動、摩擦離合器和制動器等。摩擦的有用的方面 有不少機器，是利用摩擦來工作的。如帶傳動、摩擦離合平面移動副摩擦錐FRBABAVABFyFxFfNF(合外力)Fx/FytgFf/Ntgf摩擦角討論：NFy，F(xiàn)fFx tg/ tg當(dāng)Fx，減速或自鎖當(dāng)，F(xiàn)fFx，保持原運動狀態(tài)或自鎖臨界當(dāng)，F(xiàn)fFx，加速平面移動副摩擦錐FRBABAVABFyFxFfNF(合外楔形面移動副Q鉛垂載荷 F水平驅(qū)動力 N21每一槽面的正壓力 F21每一槽面摩擦力由 得

7、由 得 將 代入式fv（為當(dāng)量摩擦系數(shù)）楔形面移動副Q鉛垂載荷 F水平驅(qū)動力 斜面斜面用總反力R21來表示N21及F21摩擦力F21對軸頸形成的摩擦力矩由由力平衡條件徑向軸頸轉(zhuǎn)動副摩擦圓：以(=fvr)為半徑所作的圓。fv=1.57f 非跑合fv=1.27f 跑合用總反力R21來表示N21及F21摩擦力F21對軸頸形成的摩ds=2ddF= fdN= f p dsdN=pds非跑合止推軸承摩擦：不經(jīng)常旋轉(zhuǎn)的軸端。如：圓盤摩擦離合器、螺母與被聯(lián)接件端面之間的摩擦。跑合止推軸承摩擦：經(jīng)常有相對轉(zhuǎn)動的軸端。如止推軸頸和軸承之間的摩擦屬于此類。止推軸頸轉(zhuǎn)動副ds=2ddF= fdN= f p dsdN=

8、pd2） 跑合的止推軸承：軸端各處壓強 p不 相等， pr=常數(shù)1） 非跑合的止推軸承：軸端各處壓強 p 相等2） 跑合的止推軸承：軸端各處壓強 p不 相等， pr=常數(shù)總結(jié)移動副當(dāng)量摩擦角不論相互接觸的運動副兩元素的幾何形狀如何，均按平面接觸來計算摩擦力，只不過不同的幾何形狀要引入不同的當(dāng)量摩擦系數(shù)。勻速移動的總外力作用線與摩擦角重合。轉(zhuǎn)動副當(dāng)量摩擦園勻速轉(zhuǎn)動的總外力作用線與摩擦園相切。例91 例92 例93 總結(jié)移動副例91 例92 例93 例91 p356如圖所示的搖臂鉆床中，已知搖臂滑套的長度l和它與主軸之間的摩擦系數(shù)f。該搖臂在其本身重力G的作用下不應(yīng)自動滑下，求質(zhì)心S至立軸軸線的間

9、距h。例91 p356如圖所示的搖臂鉆床中，已知搖臂滑套的長度l例92 p360如圖所示的偏心夾具中，已知軸徑O的半徑r0、當(dāng)量摩擦系數(shù)fv、偏心距e、偏心圓盤1的半徑r1以及與工件2之間的摩擦系數(shù)f，求不加力F仍然能夾緊工件時的楔緊角。例92 p360如圖所示的偏心夾具中，已知軸徑O的半徑r0例93 p360如圖所示的鉸鏈四桿機構(gòu)中，已知機構(gòu)的位置、各構(gòu)件的尺寸和驅(qū)動力F，各轉(zhuǎn)動副的半徑和當(dāng)量摩擦系數(shù)均為r和fv，若不計構(gòu)件的重力、慣性力，求各轉(zhuǎn)動副的反力的作用線和作用在從動件3上的阻力矩M3的方向。ABCD1234FM3例93 p360如圖所示的鉸鏈四桿機構(gòu)中，已知機構(gòu)的位置、畫出各轉(zhuǎn)動副

10、的摩擦園構(gòu)件2分析:ABC增大，判斷21的轉(zhuǎn)向 BCD減少，判斷23的轉(zhuǎn)向連桿2受壓；二力桿。R21-R12， R23-R32ABCD2341FR21R23M32BCR12R322123畫出各轉(zhuǎn)動副的摩擦園ABCD2341FR21R23M32B構(gòu)件3分析： ADC增大，判斷34的轉(zhuǎn)向連桿3受二個力和力矩M3的作用下平衡；R23和R43 構(gòu)成一個力偶；與M3的方向相反。ABCD2341FR21R23M3R43R2334R43CDM33構(gòu)件3分析：ABCD2341FR21R23M3R43R23構(gòu)件1分析:R21、R41和F構(gòu)成三力交匯在一點；ABCD2341FR21R23M3R43R4111412

11、R21R41F構(gòu)件1分析:ABCD2341FR21R23M3R43R41一、動靜法達朗貝爾原理構(gòu)件慣性力構(gòu)件慣性力分析質(zhì)量代換動靜法應(yīng)用不考慮摩擦?xí)r機構(gòu)動靜法分析考慮摩擦?xí)r機構(gòu)動靜法分析一、動靜法達朗貝爾原理1、達朗貝爾原理如果在機構(gòu)上除了作用有真實的主動力和約束反力外，再假想地加上慣性力，則這些力在形式上組成一平衡力系。特點：用靜力學(xué)的方法進行動力計算稱為動靜法。1、達朗貝爾原理如果在機構(gòu)上除了作用有真實的主動力和約束反力2、構(gòu)件慣性力作平面運動的構(gòu)件慣性力：2、構(gòu)件慣性力作平面運動的構(gòu)件慣性力：2、構(gòu)件慣性力作平面運動的構(gòu)件慣性力討論：平面移動：繞質(zhì)心轉(zhuǎn)動：2、構(gòu)件慣性力作平面運動的構(gòu)件慣

12、性力討論：3、構(gòu)件慣性力分析例 在圖所示的曲柄滑塊機構(gòu)中，已知各構(gòu)件的尺寸及桿2的質(zhì)心位置，曲柄每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)n1轉(zhuǎn)，活塞的質(zhì)量m3(kg)，連桿的質(zhì)量m2(kg)及其繞質(zhì)心S2的轉(zhuǎn)動慣量Js2，試確定其連桿和活塞的慣性力。ABC4123S23、構(gòu)件慣性力分析例 在圖所示的曲柄滑塊機構(gòu)中，已知各構(gòu)件的bcpc”bc1lAB/ACABCB？方向大小1.速度分析2.加速度分析/CDBAABCBBC21lAB22lBC？0方向大小3.慣性力分析ABC4123S2s2bcpc”bc1lAB/ACABCB？方向大4、質(zhì)量代換將構(gòu)件的質(zhì)量用在若干選定點的假想質(zhì)量來代換的原構(gòu)件的質(zhì)量。該假想的質(zhì)量稱為代換質(zhì)量

13、；選定點稱為代換點。質(zhì)量代換原則：代換前后構(gòu)件的質(zhì)量不變；代換前后構(gòu)件的質(zhì)心位置不變；代換前后對質(zhì)心軸的轉(zhuǎn)動慣量不變。靜代換動代換4、質(zhì)量代換將構(gòu)件的質(zhì)量用在若干選定點的假想質(zhì)量來代換的原構(gòu)靜代換兩點靜代換：選定一點B，再選定另一點為KSSBBbKKk可以任意選擇兩個代換點靜代換兩點靜代換：SSBBbKKk可以任意選擇兩個代換點動代換兩質(zhì)量點動代換：選定一點B；則另一點為K。BBbKkKSS不能同時任意選擇兩個代換點動代換兩質(zhì)量點動代換：BBbKkKSS不能同時任意選擇兩個代bcpc”bc4.動代換假定連桿2的質(zhì)量m2分布在B點和K點分析ABC4123S2s2KkbkK點的加速度bcpc”bc

14、4.動代換假定連桿2的質(zhì)量m2分布在B點5、動靜法應(yīng)用求出各構(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；根據(jù)靜定條件將機構(gòu)分解為若干個桿組和平衡力作用的構(gòu)件；由離平衡力作用最遠(yuǎn)的桿組開始，對各桿組進行力分析；對平衡力作用的構(gòu)件作力分析。不考慮摩擦?xí)r機構(gòu)動靜法分析的步驟：例96 5、動靜法應(yīng)用求出各構(gòu)件的慣性力，并把其視為外力加于產(chǎn)生該慣例96 p367在如圖所示的牛頭刨床機構(gòu)中,已知：各構(gòu)件的位置和尺寸、曲柄以等角速度w1順時針轉(zhuǎn)動、刨頭的重力G5、慣性力Fi5及切削阻力(即生產(chǎn)阻力)Fr。試求：機構(gòu)各運動副中的反力及需要施于曲柄1上的平衡力偶矩(其他構(gòu)件的重力和慣性力等忽略不計)。

15、分析桿組4、5；分析桿組2、3；分析桿1。5Fr1G512346Fi5CABDE例96 p367在如圖所示的牛頭刨床機構(gòu)中,已知：各構(gòu)件的分析桿組4、5：構(gòu)件4為二力桿；反力R34方向平行于DE。反力R65方向垂直于導(dǎo)路。FrG5Fi5 R65 R3405Fr1Fi5G512346G5FrFi5R34R655Fr46G5Fi5CABDEDE分析桿組4、5：5Fr1Fi5G512346G5FrFi5分析桿組2、3：R43 R34 ；構(gòu)件2為二力桿， R12R32；反力R12方向垂直于CD。反力R63、 R43、 R12構(gòu)成三力交匯在一點5Fr1Fi5G512346G5FrFi5R34R65CAB

16、DE23CBDR43R43R63R12分析桿組2、3：5Fr1Fi5G512346G5FrFi5分析桿1：R61 R21 ；5Fr1Fi5G512346G5FrFi5R34R65CABDER43R63R1211ABR21R61分析桿1：5Fr1Fi5G512346G5FrFi5R345、動靜法應(yīng)用計算出摩擦角和摩擦圓半徑，并畫出摩擦圓；從二力桿著手分析，根據(jù)桿件受拉或受壓及該桿相對于另一桿件的轉(zhuǎn)動方向，求得作用在該構(gòu)件上的二力方向；對有已知力作用的構(gòu)件作力分析；對要求的力所在構(gòu)件作力分析?？紤]摩擦?xí)r機構(gòu)動靜法分析的步驟：例9-9 p374(略)5、動靜法應(yīng)用計算出摩擦角和摩擦圓半徑，并畫出摩擦圓；考慮摩二、速度多邊形杠桿法虛位移方法虛功原理速度多邊形杠桿（不需要求約束反力）速度多邊形杠桿法應(yīng)用二、速度多邊形杠桿法虛位移方法虛功原理1、虛功原理虛位移：某瞬時構(gòu)件在約束所允許的條件下，可能實現(xiàn)的任何無限小的