第四章平面机构力分析与机械的效率

,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,*,了解作用在机构上的力及机构力分析的目的和方法；,掌握构件惯性力的确定方法和机构动态静力分析的方法；,能对几种最常见的运动副中的摩擦力进行分析和计算,;,能确定简单机械的机械效率和机构自锁的条件。,本章教学目的,第四章 平面机构力分析与机械的效率,机构力分析的目的和方法,构件惯性力的确定,运动副中的摩擦,不考虑摩擦和考虑摩擦时,机构的受力分析,机构的效率和自锁,本章教学内容,本章重点：,图解法作平面动态静力分析,考虑摩擦时机构的力分析,机械的效率和自锁现象,机构的自锁条件,4-1,机构力分析的目的和方法,一、作用在机械上的力,1.,按作用在机械系统的内外分：,1,）外力,：如原动力、生产阻力、介质阻力和重力；,2,）内力,：运动副中的反力（也包括运动副中的摩擦力）,2,、按作功的正负分：,1,）驱动力,：驱使机械产生运动的力。,其特征是该力其作用点速度的方向相同或成锐角，所作的功为正功，称驱动功或输入功。,2,）阻抗力,：阻止机械产生运动的力。,其特征是该力其作用点速度的方向相反或成钝角，所作的功为负值。,阻抗力又可分为有益阻力和有害阻力。,（,1,）有益阻力：是指为了完成有益工作必须克服的生产 阻力，故也称有效阻力。,（,2,）有害阻力：是指机械在运转过程中所受到的非生产无用阻力，如有害摩擦力、介质阻力等。,注意,摩擦力和重力既可作为作正功的驱动力，也可成为作负功的阻力。,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。,二、机构力分析的目的和方法,1.,机构力分析的任务,1,）确定运动副中的反力（运动副两元素接触处彼此的作用力）；,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。,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。,4-2,构件惯性力的确定,一、,一般力学方法,1.,作平面复合运动的构件：,构件,BC,上的惯性力系可简化为：加在质心,S,上的惯性力,可以用总惯性力,P,I,来代替,P,I,和,M,I,，,P,I,=,P,I,，,作用线由质心,S,偏移,2.,作平面移动的构件,变速运动：,等速运动：,P,I,=0,，,M,I,=0,和惯性力偶,M,I,1,）绕通过质心的定轴转动的构件,3.,绕定轴转动的构件,2,）绕不通过质心的定轴转动，,等速转动：,P,I,=0,，,M,I,=0,；,变速运动：只有惯性力偶,等速转动：产生离心惯性力,变速转动：,可以用总惯性力,P,I,来代替,P,I,和,M,I,，,P,I,=,P,I,，,作用线由质心,S,偏移,l,h,二、,质量代换法,1.,质量代换法,按一定条件，,把构件的质量假想地用集中于某几个选定的点上的集中质量来代替的方法。,2.,代换点和代换质量,代换点：上述的选定点。,代换质量：集中于代换点上的假想质量。,2,）,代换前后构件的质心位置不变；,3,）,代换前后构件对质心的转动惯量不变。,以原构件的质心为坐标原点时，应满足：,3.,质量代换时必须满足的三个条件：,1,）,代换前后构件的质量不变；,用集中在通过构件质心,S,的直线上的,B,、,K,两点的代换质量,m,B,和,m,K,来代换作平面运动的构件的质量的代换法。,4.,两个代换质量的代换法,5.,静代换和动代换,1,）动代换：要求同时满足三个代换条件的代换方法。,2,）静代换：在一般工程计算中，为方便计算而进行的仅满足前两个代换条件的质量代换方法。,取通过构件质心,S,的直线上的两点,B,、,C,为代换点，有：,B,及,C,可同时任意选择，为工程计算提供了方便和条件；,代换前后转动惯量,J,s,有,误差，将产生惯性力偶矩的误差：,4,3,运动副中的摩擦,一、,研究摩擦的目的,1.,摩擦对机器的不利影响,1,）造成机器运转时的动力浪费,机械效率,2,）使运动副元素受到磨损,零件的强度,、机器的精度和工作可靠性,机器的使用寿命,3,）,使运动副元素发热膨胀,导致运动副咬紧卡死,机器运转不灵活；,4,）,使机器的润滑情况恶化,机器的磨损,机器毁坏。,2.,摩擦的有用的方面：,有不少机器，是利用摩擦来工作的。,如带传动、摩擦离合器和制动器等。,1.,移动副中摩擦力的确定,2.,两构件沿圆柱面接触（转动福）,二、摩擦力的确定,3.,轴端的摩擦,4.,标准式,不论两运动副元素的几何形状如何，两元素间产生的滑动摩擦力均可用通式：,v,-,当量擦系数,5.,斜面滑块驱动力的确定,6.,螺旋副中摩擦力,4-4,不考虑摩擦时机构的受力分析,不考虑摩擦时，机构动态静力分析的步骤为：,1,）求出各构件的惯性力，并把其视为外力加于产生该惯,性力的构件上；,2,）根据静定条件将机构分解为若干个构件组和平衡力作用,的构件；,3,）由离平衡力作用最远的构件组开始，对各构件组进行力,分析；,4,）对平衡力作用的构件作力分析。,4-5,考虑摩擦时机构的受力分析,考虑摩擦时，机构受力分析的步骤为：,1,）计算出摩擦角和摩擦圆半径，并画出摩擦圆；,2,）从,二力杆,着手分析，根据杆件受拉或受压及该杆相对于,另一杆件的转动方向，求得作用在该构件上的二力方向；,3,）对有已知力作用的构件作力分析；,4,）对要求的力所在构件作力分析。,例 一,例 二,4-6,机械的效率,或,一、各种功及其相互关系,驱动功,W,d,（,输入功）：作用在机械上的驱动力所作的功。,有益功,W,r,（,输出功）：克服生产阻力所作的功。,损耗功,W,f,：,克服有害阻力所作的功,W,d,W,r,W,f,二、机械效率,h,机械效率是输出功和输入功的比值，它可以反映输入功在机械中有效利用的程度。,将式,W,d,W,r,W,f,两边都除以,t,N,d,、,N,r,、,N,f,分别为输入功率、输出功率和损耗功率。,N,d,N,r,N,f,或：,三、提高机械效率的方法,1,、尽量简化机械传动系统，使传递通过的运动副数目越少越好；,2,、减少运动副中的摩擦。,1.,机械效率的计算,四、机械效率的计算,不考虑摩擦（,=0,）,：,2,.,螺旋机构的效率计算实例,1,）,当螺母逆着载荷,Q,向上运动时：,考虑摩擦：,不考虑摩擦时：,2,）当螺母在载荷,Q,的作用下向下运动时：载荷,Q,为驱动力,考虑摩擦时：,例,1:,解,:,设已知一对圆柱齿轮传动的效率为,0.95,；一对圆锥齿轮传动的效率为,0.92 (,均已包括轴承效率,),。求该传动装置的总效率,此传动装置为一混联系统,圆柱齿轮,1,、,2,、,3,、,4,为串联,圆锥齿轮,5-6,、,7-8,、,9-10,、,11-12,为并联。,此传动装置的总效率,3.,机组效率的计算,4-7,机械的自锁,一、机械的自锁,自锁现象和条件,3.,一般条件,机械发生自锁时，无论驱动力多么大，都不能超过由它所产生的摩擦阻力。,h,0,当,h,=0,时，机械处于临界自锁状态；,当,h,0,时，其绝对值越大，表明自锁越可靠。,驱动力所作的功，总是小于或等于由它所产生的摩擦阻力所作的功。,4-7,机械的自锁,2,）,斜面压榨机,动 画,3,）,偏心夹具的自锁条件,动 画,动 画,1,）,螺旋千斤顶,4.,实例,5.,结论,1,）,所谓机械具有自锁性，是说当它所受的驱动力作用于其某处或按某方向作用时是自锁的，而在另外的情况下却是能够运动的。,2,）,判定机构是否会自锁和在什么条件下发生自锁，可根据具体情况，视方便运用分析驱动力是否作用于摩擦角之内、或驱动力所能克服的阻抗力等于小于零的方法来解决。,