《机械原理 平面机构力分析.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械原理 平面机构力分析.pptx（39页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、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）有益阻力有益阻力生产阻力（工作阻力），如切削力。生产阻力（工作阻力），如切削力。（2）有害阻力有害阻力非生产阻力，如摩擦力、介质阻力。非生产阻力，如摩擦力、介质阻力。摩擦力摩擦力、重力、惯性力重力、惯性力既可作为作正功的既可作为作正功的驱动力驱动力，也可成为作负功的也可成为作负功的阻力阻力。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。第1页/共39页1.机构力分析的任务机构力分析的任务1）确定运动副中的反
2、力及各构件的受力；）确定运动副中的反力及各构件的受力；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。设计构件的尺寸、形状、强度及整机效率等。设计构件的尺寸、形状、强度及整机效率等。驱动力驱动力阻抗力阻抗力确确定定机机构构所所能能克克服服的的最最大大阻阻力力,即即机机器器的的工工作作能能力力。(分分析过程析过程)驱动力驱动力阻抗力阻抗力确确定定原原动动机机的的功功率率。(设设计计过程过程)二、机构力分析的目的和方法二、机构力分析的目的和方法第2页/共39页2.机构力分析的方法机构力分析的方法静静力力分分析析 用用于于低低速
3、速，惯惯性性力力的的影影响不大。响不大。动动态态静静力力分分用用于于高高速速，重重载载，惯惯性性力力很大很大。第3页/共39页9-2 9-2 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作作平平面面复复合合运运动动的的构构件件上上的的惯惯性性力力系系可可简简化化为为：加加于于构构件件质质心心上上S的的惯惯性性力力FI和和一一个惯性力偶个惯性力偶MI。Slh绕质心的转动惯量绕质心的转动惯量用一个力简化之用一个力简化之第4页/共39页2.作平面移动的构件作平面移动的构件变速运动：变速运动：等速运动：等速运动：BC SasFIMMI
4、I第5页/共39页1 1）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 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：v等速转动：等速转动：产生离心惯性力产生离心惯性力v变速转动：变速转动：可以用总惯性力可以用总惯性力FI来代替来代替FI和和MI，FI=FI，作用线由质，作用线由质心心S 偏移偏移 lhv变速运动：变速运动：只有惯性力偶只有惯性力偶第6页/共39页二、二、质量代换法质量代换法1.1.质量代换法质量代换法 按按一一定定条条件件，把把构构件件的的质质量量假假想想地地用用集集中中于于某某几几个个选选选选定定定定
5、的的的的点点点点上的上的集中质量集中质量集中质量集中质量来代替的方法。来代替的方法。2.2.代换点和代换质量代换点和代换质量v代换点：代换点：上述的选定点。上述的选定点。v代换质量：代换质量：集中于代换点上的假想质量。集中于代换点上的假想质量。在在确确定定构构件件惯惯性性力力时时，如如用用一一般般的的力力学学方方法法，就就需需先先求求出出构构件件质质心心的的加加速速度度和和角角加加速速度度，如如对对一一系系列列位位置置分分析析非非常常繁繁琐琐，为简化，可采用质量代换法。为简化，可采用质量代换法。第7页/共39页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
6、转动惯量不变。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：3.3.质量代换条件质量代换条件1）代换前后构件的质量不变；代换前后构件的质量不变；静静代代换换动动代代换换第8页/共39页BCbcSu动代换：动代换：用用集集中中在在通通过过构构件件质质心心S 的的直直线线上上的的B、K 两两点点的的代代换换质质量量mB 和和 mK 来来代代换换作作平平面面运动的构件的质量。运动的构件的质量。BCbSkKmBmk依据上述原则，有依据上述原则，有优点：代换精确。优点：代换精确。缺缺点点：当当其其中中一一个个代代换换点点确确定定之之后后，另另
7、一一个个代代换换点点亦亦随随之之确确定定，不不能能任任意意选取。工程计算不便。选取。工程计算不便。第9页/共39页代换后惯性力：代换后惯性力：由加速度影像得：代换后惯性力矩：代换后惯性力矩：aSBakBBCbSkKmBmk第10页/共39页BCbScBCbcSu静代换：静代换：在在一一般般工工程程计计算算中中，为为方方便便计计算算而而进进行行的的仅仅满满足足前前两两个个代代换换条条件件的的质质量量代代换换方方法法。取取通通过过构构件件质质心心 S 的的直直线线上上的的两两已已知知点点B、C为为代代换换点点，有：有：BCbSkKmBmk动动代代换换mCmB静静代代换换第11页/共39页优点：优点
8、：B及及C可同时任意选择，为工程计算提供了方便和条件；可同时任意选择，为工程计算提供了方便和条件；缺点：代换前后转动惯量缺点：代换前后转动惯量 Js有误差，将产生惯性力偶矩的误差。有误差，将产生惯性力偶矩的误差。适适用用于于角角加加速速度较小的场合。度较小的场合。这这个个误误差差的的影影响响，对对于于一一般般不不是是很很精精确确的的计计算算的的情情况况是是可可以以允允许许的的，所所以以静静代代换换方方法法得得到到了了较较动动代换更为广泛的应用。代换更为广泛的应用。第12页/共39页9 93 3 运动副中的摩擦运动副中的摩擦一、一、研究摩擦的目的研究摩擦的目的1.摩擦对机器的不利影响摩擦对机器的
9、不利影响1 1）造成机器运转时的动力浪费）造成机器运转时的动力浪费 机械效率机械效率 2 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、机器的精度和工作可靠性和工作可靠性 机器的使用寿命机器的使用寿命 3 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灵活；运转不灵活；4 4）使机器的润滑情况恶化）使机器的润滑情况恶化机器的磨损机器的磨损机器毁坏。机器毁坏。第13页/共39页2.摩擦的有用的方面：摩擦的有用的方面：有有不不少少机机器器，是是利利用用摩摩擦擦来来工工作作的的。如如带带传传动动、摩摩擦擦离离合器和
10、制动器等。合器和制动器等。第14页/共39页二、移动副中的摩擦二、移动副中的摩擦1.1.移动副中摩擦力的确定移动副中摩擦力的确定Ff21=f FN21v当外载一定时，运动副两元素间法向反力当外载一定时，运动副两元素间法向反力的大小与运动副两元素的几何形状有关：的大小与运动副两元素的几何形状有关：1 1）两构件沿单一平面接触两构件沿单一平面接触 FN21=-GFf21=f FN21=f G2）两构件沿一槽形角为两构件沿一槽形角为2 的槽面接触的槽面接触FN21sin =-GV1212GFFN21Ff2112 GFN21/2FN21/2第15页/共39页3）两构件沿圆柱面接触）两构件沿圆柱面接触F
11、N21是沿整个接触面各处反力是沿整个接触面各处反力 FN21的总和的总和。（k 11.57）v-当量擦系当量擦系数数4 4）标准式标准式 不不论论两两运运动动副副元元素素的的几几何何形形状状如如何何，两两元元素素间间产产生生的的滑滑动动摩摩擦力均可用通式擦力均可用通式：来计算。来计算。12GFN21 FN21设：设：第16页/共39页5 5）槽面接触效应槽面接触效应因因为为 f v f ，所所以以在在其其它它条条件件相相同同的的情情况况下下，槽槽面面、圆圆柱面的摩擦力大于平面摩擦力柱面的摩擦力大于平面摩擦力。2.2.移动副中总反力方向的确定移动副中总反力方向的确定1 1）总反力和摩擦角总反力和
12、摩擦角v总反力总反力FR21：法向反力：法向反力FN21和摩擦力和摩擦力Ff21的合力。的合力。v摩擦角摩擦角 ：总反力和法向反力之间的夹角。：总反力和法向反力之间的夹角。V1212GFFN21Ff21 FR21或或第17页/共39页2 2）总反力的方向总反力的方向vFR21与与移移动动副副两两元元素素接接触触面面的的公公法法线线偏偏斜一摩擦角斜一摩擦角；vFR21与相对速度方向与相对速度方向v12的夹角为的夹角为V121GFFN21Ff2190+FR21）自锁现象）自锁现象根据平衡关系有根据平衡关系有:FN12=G Ff21/F=tan/tan/tan分析分析:1)当当F,机构自锁机构自锁.
13、2)当当=时时,Ff21=F,机构临界自锁机构临界自锁.3)当当时时,Ff21F,机构加速运动机构加速运动.F总总第18页/共39页1.轴颈摩擦轴颈摩擦三、转动副中的摩擦三、转动副中的摩擦轴颈轴颈轴放在轴承中的部分轴放在轴承中的部分当当轴轴颈颈在在轴轴承承中中转转动动时时，转转动动副副两两元元素素间产生的摩擦力将阻止轴间产生的摩擦力将阻止轴颈颈相对于轴承运动。相对于轴承运动。2Md 121rO总摩擦力：总摩擦力：FN21 Ff21对于新轴颈：压力分布均匀，对于新轴颈：压力分布均匀，对于跑合轴颈：点、线接触，对于跑合轴颈：点、线接触，第19页/共39页2Md 121rO FR21FN21Ff21
14、用总反力用总反力FR21来表示来表示FN21及及Ff211 1）摩擦力矩和摩擦圆）摩擦力矩和摩擦圆摩擦力摩擦力Ff21对轴颈形成的摩擦力矩对轴颈形成的摩擦力矩摩擦圆摩擦圆：以：以 为半径所作的圆。为半径所作的圆。由由由力平衡条件由力平衡条件第20页/共39页2 2）转动副中总反力转动副中总反力FR21的确定的确定（1 1）根据力平衡条件，根据力平衡条件，FR21（2 2）总反力总反力FR21必切于摩擦圆。必切于摩擦圆。（3 3）总总反反力力FR21对对轴轴颈颈轴轴心心O之之矩矩的的方方向向必必与与轴轴颈颈1相相对对于于轴承轴承2的角速度的角速度 1212的方向的方向相反相反。2Md 121rO
15、 FR21FN21Ff21第21页/共39页2 121rO FR212Md 121rO FR21h）自锁现象）自锁现象根据力偶等效定律,可将d与合并成一个合力，其中，hd分析分析:1)当当h 时时,Md时时,MdMf,机构加速运动机构加速运动.第22页/共39页例例:图图示示为为一一四四杆杆机机构构，构构件件1 1为为主主动动件件，不不计计构构件件的的重重量量和和惯惯性力。求转动副性力。求转动副B B及及C C中作用力的方向线的位置。中作用力的方向线的位置。构件构件2 2为二力构件为二力构件受拉状态受拉状态M1 1BCDA1234 21 23 FR12 FR32第23页/共39页2.轴端摩擦轴
16、端摩擦环面正压力环面正压力环面摩擦力环面摩擦力环形微面积上产生的摩擦力环形微面积上产生的摩擦力dFf对回转轴线的摩擦力矩对回转轴线的摩擦力矩dMf为为:轴端所受的总摩擦力矩轴端所受的总摩擦力矩Mf为为 G 从轴端取环形微面积从轴端取环形微面积ds并设并设ds上的压强上的压强p为常数，则有为常数，则有第24页/共39页上式的求解可分两种情况来讨论：上式的求解可分两种情况来讨论：（1）新新轴轴端端假假定定整整个个轴轴端端接接触触面面上上的的压压强强p处处处处相相等等，即即p=常数，则常数，则（2）跑跑合合轴轴端端整整个个轴轴端端接接触触面面上上的的压压强强p已已不不再再处处处处相相等等，而满足而满
17、足p =常数，则常数，则 第25页/共39页五、高副中的摩擦五、高副中的摩擦12 12Ff21FN21FR21 12V12FN21FR21 Ff21对于纯滑动状态：总反力的分析方法同平面移动副；对于纯滑动状态：总反力的分析方法同平面移动副；对于纯滚动状态：总反力分析见下图。对于纯滚动状态：总反力分析见下图。纯滑动状态纯滑动状态纯滚动状态纯滚动状态第26页/共39页一一.构件组的静定条件构件组的静定条件该该构构件件组组所所能能列列出出的的独独立立的的力力平平衡衡方方程程式式的的数数目目，应等于构件组中所有力的未知要素的数目。应等于构件组中所有力的未知要素的数目。独立的力平衡方程式的数目独立的力平
18、衡方程式的数目=所有力的未知要素的数目。所有力的未知要素的数目。1.1.运动副中反力的未知要素运动副中反力的未知要素1）转动副）转动副OFR方向方向？大小大小？作用点作用点转动副中心转动副中心（2个）个）9-4 不计摩擦时机构的受力分析不计摩擦时机构的受力分析第27页/共39页FRK2）移动副）移动副方向方向垂直移动导路垂直移动导路大小大小？作用点作用点？FRCnn3）平面高副）平面高副方向方向公法线公法线大小大小？作用点作用点接触点接触点（1个）个）（2个）个）第28页/共39页2.2.构件组的静定条件构件组的静定条件 3n=2Pl+Ph 而当构件组仅有低副时，则为：而当构件组仅有低副时，则
19、为：3n=2Pl设某构件组共有设某构件组共有n个构件、个构件、pl个低副、个低副、ph个高副个高副一个构件可以列出一个构件可以列出3个独立的力平衡方程，个独立的力平衡方程，n个构件共有个构件共有3n个力平衡方程个力平衡方程 一个平面低副引入一个平面低副引入2个力的未知数，个力的未知数，pl个低副共引入个低副共引入2pl个力个力的未知数的未知数一个平面高副引入一个平面高副引入1个力的未知数，个力的未知数，ph个低副共引入个低副共引入 ph个力个力的未知数的未知数 构件组的静定条件构件组的静定条件 ：结论：结论：基本杆组都满足静定条件基本杆组都满足静定条件第29页/共39页二二用图解法作机构的动态
20、静力分析用图解法作机构的动态静力分析 步骤：步骤：1)对机构进行运动分析，求出个构件的对机构进行运动分析，求出个构件的 及其质心的及其质心的as；2)求出各构件的惯性力，并把它们视为外力加于构件上；求出各构件的惯性力，并把它们视为外力加于构件上；3)根据静定条件将机构分解为若干个构件组根据静定条件将机构分解为若干个构件组 和平衡力作和平衡力作用的构件；用的构件；4)对机构进行力分析，从有已知力的构件开始对机构进行力分析，从有已知力的构件开始，对各构，对各构件组进行力分析；件组进行力分析；5)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。第30页/共39页9-5 考虑摩擦时机构的力分析
21、考虑摩擦时机构的力分析考虑摩擦时，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 1）计算出）计算出摩擦角摩擦角和和摩擦圆半径摩擦圆半径，并画出摩擦圆；，并画出摩擦圆；2 2）从从二二力力杆杆着着手手分分析析，根根据据杆杆件件受受拉拉或或受受压压及及该该杆杆相相对对于于另另一一杆件的转动方向，求得作用在该构件上的二力方向；杆件的转动方向，求得作用在该构件上的二力方向；3 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 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。掌掌握握了了对对运运动动副副中中的的摩摩擦擦分分析析的的方方法法后后，就就不不难难
22、在在考考虑虑有有摩摩擦擦的的条条件件下下，对对机机构构进进行行力力的的分分析析了了，下下面面我我们们举举两两个个例例子子加加以说明。以说明。第31页/共39页 FR12 FR322123 M3M111234ABCD例例:图图示示为为一一四四杆杆机机构构，构构件件1为为主主动动件件，已已知知驱驱动动力力矩矩M1，不不计计构构件件的的重重量量和和惯惯性性力力。求求各各运运动动副副中中的的反反力力及及作作用用在在构构件件3上的平衡力矩上的平衡力矩M3。解：解：1 1）.求构件求构件2 2所受的两力所受的两力F FR12R12、F FR32R32的方位。的方位。2 2）.取曲柄取曲柄1 1为分离体为分
23、离体其上作用有：其上作用有：F FR21R21、F FR41R41、MM1 11ABM11FR21FR41L由力平衡条件得：由力平衡条件得：FR41=-FR21且有：且有：M1=FR21LFR21=M1/L 3 3）.取构件取构件2 2为分离体为分离体其上作用有：其上作用有：F FR12R12、F FR32R32FR32=-FR12=FR21第32页/共39页3 3）.取构件取构件3 3为分离体为分离体其上作用有：其上作用有：F FR23R23、F FR43R43、MM3 3由力平衡条件得：由力平衡条件得：FR43=-FR23=FR21M3=FR23L 3CD1M31FR23FR43L 第33
24、页/共39页例例如如图图所所示示为为一一曲曲柄柄滑滑块块机机构构，设设各各构构件件的的尺尺寸寸(包包括括转转动动副副的的半半径径)已已知知，各各运运动动副副中中的的摩摩擦擦系系数数均均为为f，作作用用在在滑滑块块上上的的水水平平阻阻力力为为Q，试试对对该该机机构构在在图图示示位位置置时时进进行行力力分分析析(设设各各构构件件的的重重力力及及惯惯性性力力均均略略而而不不计计)，并并确确定定加加于于点点B与曲柄与曲柄AB垂直的平衡力垂直的平衡力Pb的大小。的大小。解解:1）根据已知条件作）根据已知条件作出各转动副处的摩擦出各转动副处的摩擦圆圆(如图中虚线小圆如图中虚线小圆所示所示)。2）取二力杆连
25、杆）取二力杆连杆3为研究对象为研究对象v构件构件3在在B、C两运动副处分别受到两运动副处分别受到R23及及R43的作用的作用R23和和R43分别切于该两处的摩擦圆外，且分别切于该两处的摩擦圆外，且R23=-R43。R23R43第34页/共39页使用时，直接删除本页！使用时，直接删除本页！精品课件，你值得拥有精品课件，你值得拥有！精品课件，你值得拥有精品课件，你值得拥有！第35页/共39页使用时，直接删除本页！使用时，直接删除本页！精品课件，你值得拥有精品课件，你值得拥有！精品课件，你值得拥有精品课件，你值得拥有！第36页/共39页使用时，直接删除本页！使用时，直接删除本页！精品课件，你值得拥有
26、精品课件，你值得拥有！精品课件，你值得拥有精品课件，你值得拥有！第37页/共39页小小结结基本要求：基本要求：了解机构中作用的各种力及机构力分析的方法；了解机构中作用的各种力及机构力分析的方法；会确定各运动副中的反力及需加于机械上的平衡力或平衡会确定各运动副中的反力及需加于机械上的平衡力或平衡力偶矩；力偶矩；了解一般平面机构进行力分析的过程。了解一般平面机构进行力分析的过程。重重 点：点：作用在机械上的力及机构力分析的目的和方法；作用在机械上的力及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；考虑摩擦时运动副总反力的确定。考虑摩擦时运动副总反力的确定。难难 点点：考考虑虑摩摩擦擦时时运运动动副副总总反反力力的的确确定定。第38页/共39页感谢您的观看。感谢您的观看。第39页/共39页