平面机构的力分析阶梯教室.ppt

第四章 平面机构的力分析,作用在机械构件上的力常见的有：驱动力(矩)、生产阻力(矩)、重力、惯性力(矩)、摩擦力、介质阻力和运动副中的反力。,或成锐角作正功驱动功、输入功。,4-1 机构力分析的目的和方法 一、作用在机械上的力,包括：原动力、重力（重心下降）、惯性力（减速）等。,驱动力矩,生产阻力,从做功的角度可分为： 驱动力：驱使机构产生运动的力。 特点：与作用点的速度方向相同、,特点：与作用点的速度方向相反、或成钝角作负功阻抗功。 包括：生产阻力、摩擦力、重力(重心上升)、惯性力(加速)等。可分为两种：,有害阻力：机械运动过程中的无用阻力。克服此阻力所做的功称为损耗功。, 阻抗力：阻碍机构产生运动的力。,有效阻力(生产阻力)：执行构件面对的、机械的目的实现。克服此阻力所做的功称为有效功或输出功。,1. 确定运动副中的反力 特点：对整个机械来说是内力；对构件来说则是外力。 目的：计算构件的强度、运动副中的摩擦、磨损；确定机械的效率；研究机械的动力性能。,二、任务与目的,定义：指与作用在机械上的已知外力，以及当该机械按给定的运动规律运动时其构件的惯性力相平衡的未知外力(或外力矩)。 目的：减小机械运动中构件惯性力对机械性能的影响。 三、方法 静力分析和动态静力分析。 图解法和解析法。,2. 确定机械上的平衡力(或平衡力偶),一、一般力学方法 由理论力学知：惯性力可以最终简化为一个加于构件质心S处的惯性力Pi和一个惯性力矩Mi；即,1. 作平面移动的构件,4-2 构件惯性力的确定,a. 回转轴线通过构件质心,b. 回转轴线不通过质心,3. 作平面复合运动的构件,2. 绕定轴转动的构件,a. 代换前后构件的质量不变；,1. 基本概念 设想把构件的质量，按一定条件，用集中于构件上某几个选定点的假想集中质量来代替。,b. 代换前后构件的质心位置不变；,c. 代换前后构件对质心轴的转动惯量不变。,二、质量代换法,假想的集中质量称为代换质量，代换质量所在的位置称为代换点。 2. 质量代换的等效条件,3. 质量代换法 a. 动代换。同时满足上述三个代换条件的质量代换。对连杆有：,b. 静代换。只满足上述前两个代换条件的质量代换。(忽略惯性力矩的影响),附加： 1. 摩擦的分类 a. 干摩擦 b. 液体摩擦,4-3 运动副中摩擦力分析,c. 半液体摩擦,2. 摩擦定律,简要内容： a. F= f N b. f静 f动 c. 摩擦系数的值与两物体间的接触表面材料和形状有关，与接触面积的大小及两物体间的相对速度的关系很小。,于是有：tga = Px / Py Px有效分力 Py有害分力 而： N = -Py F = f N,1. 平面摩擦,一、运动副中的摩擦,R总支反力，正压力与摩擦力的矢量和；R与N之间夹角用j表示，称作摩擦角。 结论： (1) 摩擦角与摩擦系数一一对应， j = arctgf； (2) 总支反力永远与运动方向成90+ j 角。,=Ntgj,2. 楔形面摩擦,因为：Q=2Nsinq，即N=Q/2sinq 所以：F =2F= 2f N= Qf/sinq 令：fv = f / sinq 有F = Qfv fv当量摩擦系数 讨论： (1) 概念的引入，将楔形摩擦转换成平面摩擦； (2) fvf；作锁止用。,以滑块作为受力体，有 F= f N 所以 ，总摩擦力 F =2F= 2f N,3. 斜面摩擦,a. 等速上升,所以有： P = Q tg (a+j),b. 等速下降,所以有： P = Q tg (a-j),螺母1在铅垂载荷G和力矩M的共同作用下等速轴向运动。 拧紧螺母时： M=Fd2/2=Gd2tan(a+j)/2 放松螺母时： M=Gd2tan(a-j)/2,4. 螺旋副摩擦,2. 回转副中摩擦 (1) 轴颈摩擦,设r为轴颈半径，Q为铅垂径向载荷，Md为驱动力矩。,于是：N =Ni (标量) F =Fi = fNi= f N=fNi 因为：Q = Niy 然而： Niy Ni 所以：N (=Ni) Q (= Niy) 令：N=KQ K 11.57,于是：M = F r = fv r Q,所以： F = f N = K f Q = fv Q fv当量摩擦系数,摩擦阻力矩,= fv r Q r = fv r 摩擦圆半径 结论： A. 总反力始终切于摩擦圆； B. 总支反力方向与作用点速度方向相反。,(2) 轴端的摩擦 轴用以承受轴向力的部分称为轴端。,显然： R21 = -Q，Mf = R21r Md=Mf,Qr = R21r,解题步骤： (1) 判定连杆是受拉或受压； (2) 判定构件间的相对转向； (3) 判定作用力在摩擦圆上切点位置； (4) 依据力平衡条件求解。,例：如图所示为一曲柄滑块机构。已知w1转向，Q为作用于滑块上的阻力，驱动力F作用点位置、方向已知。不计各构件质量、惯性力。求各支反力及F的大小。,(3) 判定作用力在摩擦圆上切点位置,(2) 判定构件间的相对转向,14,(4) 依据力平衡条件求解,R12,本章结束,