第三章-平面机构的动力分析课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第三章,平面机构的动力分析,?,3.1,机构力分析的目的和方法,?,3.2,运动副中摩擦力的确定,?,3.3,平面机构的静例分析,?,3.4,构件惯性力的确定,?,3.5,不考虑摩擦时机构的动态静力分析,?,3.6,机械的效率和自锁,3.1,机构力分析的目的和方法,力分析的必要性：,作用在机械上的力是影响机械运动和动力性能,的主要因素；,是决定构件尺寸和结构形状的重要依据。,3.1.1,作用在构件上的力,1.,驱动力（驱动力矩）,驱使机械运动，其方向与力的作用点速度之间,的夹角为锐角，所作功为正功。,2.,阻力：有效阻力,机械在生产过程中为了改变工作物的外形、位置或,状态所受到的阻力，克服了阻力就完成了有效的工,作。如车削阻力、起重力等。,有害阻力,机械运转过程受到的非生产阻力，克服了这类阻力所,作的功纯粹是浪费能量。如摩擦力、介质阻力等。,4.,重力,重心下降作正功，重心上升作负功,5.,惯性力,加在变速运动构件上的假想力。,3.,运动副反力,运动副中的反力（构件间的互相作用力）,3.1.2,机构力分析的目的和方法,1.,机构力分析的目的,1,）确定运动副中的反力（运动副元素接触处的正压力与摩擦力的合,力,）为进一步研究构件强度、运动副中的摩擦、磨损、机械效率、,机械动力性能等作准备。,2,）,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,（机械在已知外力作用下，为了使机械按给定的运动规律运动所必需,添加的未知外力）。目的是已知生产负荷确定原动机的最小功率；或,由原动机的功率来确定所能克服的最大生产阻力。,2.,机构力分析的方法,1,）对于低速度机械：采用静力分析方法；,2,）对于高速及重型机械：一般采用动态静力分析法。,概述：,摩擦产生源运动副元素之间相对滑动。,摩擦的缺点：,优点：,研究目的：减少不利影响，发挥其优点。,发热,效率,磨损,强度,精度,寿命,利用摩擦完成有用的工作：如摩擦传动（皮带、摩擦轮）、,离合器,(,摩托车,),、制动器（刹车）。,润滑恶化,卡死。,低副产生滑动摩擦力,高副滑动兼滚动摩擦力,。,运动副中摩擦的类型：,3.2,运动副中摩擦力的确定,（,1,）摩擦力的确定,移动副中滑块在力,F,的作用下右移时,所受的摩擦力为,F,f21,= f F,N21,式中,f,为,摩擦系数。,F,N21,的大小与摩擦面的几何形状有关：,1,）,平面接触,:,F,N21,= G,，,2,）,槽面接触,:,F,N21,= G /,sin,3.2.1,移动副中摩擦力的确定,G,F,N21,2,F,N21,2,G,F,N21,1,2,G,F,N21,F,v,12,3,）,半圆柱面接触,:,F,N21,= k G,，（,k =,1,/2,）,摩擦力计算的通式,:,F,f21,= f N,N21,= f,v,G,其中,f,v,称为,当量摩擦系数,其取值为,:,平面接触,:,f,v,= f,；,槽面接触,:,f,v,= f /,sin,；,半圆柱面接触,:,f,v,= k f,，（,k =,1,/2,）。,说明,引入当量摩擦系数后,使不同接触形状的移动副中的,摩擦力计算的大小比较大为简化。,因而也是工程中简化处理问,题的一种重要方法。,G,（,2,）总反力方向的确定,运动副中的法向反力与摩擦力的合力,F,R21,称为运动副中的总反力，总反力与法向,力之间的夹角,，称为摩擦角，即,总反力方向的确定方法：,1,）,F,R21,偏斜于法向反力一摩擦角,；,2,）其偏斜的方向应与相对速度,v,12,的方向相反。,F,R21,F,f,21,F,N21,F,G,v,12,1,2,arctan,f,a),求使滑块沿斜面等速上行所需水平力,F,b),求使滑块沿斜面等速下滑所需水平力,F,作图,作图,若,，,则,F,为阻力,;,根据平衡条件,：,F + R + Q = 0,大小,：？,？,方向,：,1,2,Q,R,N,F,21,n,n,v,F,R,F,Q,得：,F=Qtg(,+,),1,2,Q,N,F,21,n,n,v,F,R,Q,F,R,-,+,根据平衡条件,：,F,+ R,+ Q = 0,若,斜面摩擦,拧紧时直接引用斜面摩擦的结论有：,假定载荷集中在中径,d,2,圆柱面内，展开,斜面其升角为：,d,1,d,3,d,2,Q,d,2,l,Q,F,tg,螺纹的拧松螺母在,F,和,Q,的联合作用下，顺着,Q,等速向下运动。,v,螺纹的拧紧螺母在,F,和,Q,的联合作用下，逆着,Q,等速向上运动。,v,=l /,d,2,=,zp /,d,2,),(,?,?,?,?,Qtg,F,F,螺纹拧紧时必须施加在中径处的圆周力，所产生的,拧紧所需力矩,M,为：,拧松时直接引用斜面摩擦的结论有：,),(,2,2,2,2,?,?,?,?,?,Qtg,d,d,F,M,F,螺纹拧松时必须施加在中径处的圆周力，所产生,的拧松所需力矩,M,为：,),(,?,?,?,?,Qtg,F,),(,2,2,2,2,?,?,?,?,?,Qtg,d,d,F,M,若,，,则,M,为正值，其方向与螺母运动方向相反，是阻力；,若,0,b),稳定运转阶段,输入功大于有害功之和,在一个循环内：,W,d,W,r,W,f,= E,E,0,0,匀速稳定阶段,常数，任意时刻：,a),启动阶段,速度,0,动能,0,E,变速稳定阶段,在,m,上下周期波动,(t)=,(t+T,p,),W,G,=0,E=0,W,d,= W,r,+W,f,W,d,W,r,W,f,=E,E,0,0,，,W,d,=W,r,W,f,c),停车阶段,0,二、机械的效率,机械在稳定运转阶段恒有,:,比值,W,r,/ W,d,反映了驱动功的有效利用程度，称为,机械效率,W,r,/ W,d,用功率表示：,N,r,/ N,d,分析：,总是小于,1,，当,W,f,增加时将导致,下降。,m,t,稳定运转,停止,启动,W,d,W,r,W,f,W,G,= E,E,0,0,W,d,= W,r,+W,f,P,v,p,v,Q,Q,机械,1,W,f,/W,d,(W,d,W,f,) /W,d,(N,d,N,f,) /N,d,1,N,f,/N,d,0,用力的比值表示,：,N,r,/N,d,对理想机械，有理想驱动力,P,0,设计机械时，尽量减少摩擦损失，措施有：,0,N,r,/N,d,=,Q,v,Q,/P,0,v,p,代入得,:,P,0,v,p,/ P,v,p,P,0,/ P,b),考虑润滑,c),合理选材,=,Q,v,Q,/P,v,p,1,a,),用滚动代替滑动,用力矩表示：,M,d0,/,M,d,同理：当驱动力,P,一定时，理想工作阻力,Q,0,为：,Q,0,v,Q,/P,v,p,1,得：,Q,v,p,/Q,0,v,p,Q,/Q,0,用力矩来表示有：,M,Q,/,M,Q0,结论：,实际驱动力,理想驱动力,?,理想工作阻力,实际工作阻力,实际驱动力矩,理想驱动力矩,理想工作阻力矩,实际工作阻力矩,计算螺旋副的效率,：,拧紧：,),(,2,2,v,Qtg,d,M,?,?,?,?,理想机械：,M,0,d,2,Q tg(,) / 2,M,0,/ M,拧松时，驱动力为,Q,，,M,为阻力矩，则有：,实际驱动力：,Q=2M,/d,2,tg(,-,v,),理想驱动力：,Q,0,=2M,/d,2,tg(,),Q,0,/Q,以上为计算方法，工程上更多地是用实验法测定,，下表列,出由实验所得简单传动机构和运动副的机械效率,tg(,)/tg(,v,),tg(,-,v,) / tg(,),P,v,p,v,Q,Q,机械,0,表,简单传动机械和运动副的效率,名,称,传,动,形,式,效率值,备,注,圆柱齿轮,传动,67,级精度齿轮传动,0.980.99,良好跑合、稀油润滑,8,级精度齿轮传动,0.97,稀油润滑,9,级精度齿轮传动,0.96,稀油润滑,切制齿、开式齿轮传动,0.940.96,干油润滑,铸造齿、开式齿轮传动,0.90.93,圆锥齿轮,传动,67,级精度齿轮传动,0.970.98,良好跑合、稀油润滑,8,级精度齿轮传动,0.940.97,稀油润滑,切制齿、开式齿轮传动,0.920.95,干油润滑,铸造齿、开式齿轮传动,0.880.92,蜗杆传动,自锁蜗杆,0.400.45,单头蜗杆,0.700.75,双头蜗杆,0.750.82,润滑良好,三头、四头蜗杆,0.800.92,圆弧面蜗杆,0.850.95,续表,简单传动机械和运动副的效率,名,称,传,动,形,式,效率值,备,注,带传动,平型带传动,0.900.98,滑动轴承,球轴承,0.99,稀油润滑,滚子轴承,0.98,稀油润滑,滑动螺旋,0.300.80,滚动螺旋,0.850.95,V,型带传动,0.940.96,套筒滚子链,0.96,无声链,0.97,链传动,平摩擦轮传动,0.850.92,摩擦轮传,动,润滑良好,槽摩擦轮传动,0.880.90,0.94,润滑不良,0.97,润滑正常,0.99,液体润滑,滚动轴承,螺旋传动,复杂机械的机械效率计算方法：,1.),串联：,2.),并联,总效率,不仅与各机器的效率,i,有关，而且与传递的功率,N,i,有关。,设各机器中效率最高最低者分别为,max,和,min,则有：,d,k,N,N,?,?,?,?,k,i,d,N,N,1,N,d,N,k,?,?,k,i,r,N,N,1,d,r,N,N,?,?,1,2,3,1,2,1,?,?,?,?,?,?,?,k,k,d,N,N,N,N,N,N,N,N,k,?,?,?,?,?,?,?,?,2,1,k,N,N,N,?,?,?,?,?,?,2,1,k,k,k,N,N,N,N,N,N,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,2,1,2,2,1,1,?,?,?,N,1,N,2,N,k-1,1,2,k,2,1,k,N,N,N,?,?,?,?,?,?,?,k,k,N,N,N,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,2,2,1,1,N,1,N,2,N,k,N,1,N,2,N,k,1,2,k,N,d,N,r,min,max,N,1,N,2,N,d2,N,”,d2,N,”,d3,N,d3,N,r,N,”,r,1,2,3,3,“,4,4,“,3.),混联,先分别计算，合成后按串联或并联计算。,N,d,N,k,N,1,N,2,N,d2,N,”,d2,N,”,d3,N,d3,N,r,N,”,r,1,2,3,3,“,4,4,“,N,1,N,2,N,d2,N,”,d2,N,”,d3,N,d3,N,r,N,”,r,1,2,3,3,“,4,4,“,N,d,N,r,N,”,r,N,r,串联计算,N,d,N,k,并联计算,串联计算,3.6.2,机械的自锁,无论,P,多大，滑块在,P,的作用下不可能运动,法向分力：,P,n,=Pcos,水平分力,：,P,t,=Psin,正压力：,N,21,=P,n,最大摩擦力,：,F,max,= f N,21,当,时,恒有：,分析平面移动副在驱动力,P,作用的运动情况：,P,t,F,max,=,P,n,tg,=,P,n,tg,发生自锁,。,当,驱动力的作用线,落在,摩擦角（锥）,内时，则机械发生自锁。,1,2,设计新机械时，应避免在运动方向出现自锁，而有些机械要利用自锁,进行工作,(,如,千斤顶,等,),。,P,t,N,21,P,n,P,自锁的工程意义：,F,21,R,21,O,D,A,B,1,2,3,1,2,对仅受单力,P,作用的回转运动副,最大摩擦力矩为：,M,f,=R,当力,P,的作用线穿过摩擦圆,(,a,Q,0,举例：,(1),螺旋千斤顶,螺旋副反行程,(,拧松,),的机械效率为：,0,得自锁条件：,tg(,-,v,),0,，,(,2),斜面压榨机,力多边形中，根据正弦定律得：,提问：如,P,力反向，该机械发生自锁吗？,P,1,3,2,R,32,R,13,Q,R,12,Q = R,23,cos(,-2,)/cos,Q,R,13,R,23,P,R,12,R,32,90,+,90,-,+2,-,90,-,(,-,),-,2,90,-,tg(,-,v,) / tg(,),v,v,32,R,23,R,13,+,R,23,+,Q = 0,大小：,？,？,方向：,R,32,+,R,12,+,P = 0,大小：,？,？,方向：,P = R,32,sin(,-2,)/cos,令,P,0,得：,P= Q tg(,-2,),tg(,-2,),0,2,由,R,32,R,23,可得：,v,=8.7,f,=0.15,根据不同的场合，应用不同的机械自锁判断条件：,驱动力在运动方向上的分力,P,t,F摩擦力。,令生产阻力Q,0,；,令,0,；,驱动力落在摩擦锥或摩擦圆之内；,