第4章 平面机构的力分析课件.ppt

第4章平面机构的力分析 机构力分析的目的和方法 构件惯性力的确定(重点) 运动副中的摩擦(放至第五章讲) 不考虑摩擦时机构的受力分析(重点) 考虑摩擦时机构的受力分析(放至第五章讲) 本章教学内容 机构力分析的任务、目的和方法 作用在机械上的力●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) ●按作功的正负分: 1)驱动力: 驱使机械产生运动的力。特征: 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。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。(1)有效阻力(工作阻力、生产阻力):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。比如车床的切削阻力、起重机所起吊重物的重力。?有效功: 克服有效阻力所作的功。(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。?损耗功: 克服有害阻力所作的功。比如摩擦力、介质阻力等一般为有害阻力。重力: 地心对构件的引力。特征: 构件质心上移时为阻力;质心下降时为驱动力。在一个运动循环中重力功为零。惯性力: 变速运动构件上所产生的力。特征: 机械加速运动,惯性力为阻力;机械减速运动,惯性力为驱动力。在一个运动循环中惯性力作功为零。同时,对于低速机械来讲,往往忽略不计惯性力的影响。 1、小型低速机械可以不考虑重力、惯性力的影响; 2、一般在进行力分析时,可以不考虑摩擦力,但对于摩擦力影响比较大,特别是依靠摩擦力来作功时则必须考虑; 3、高速、重载的情况下由于惯性力远大于重力,可以不考虑重力。机构力分析中注意事项: 1. 机构力分析的目的 机构力分析的目的和方法 1)确定运动副中的反力; 计算机构中各个零件的强度; 决定机械中的摩擦力及机械效率; 计算运动副中的磨损以及确定轴承的类型。 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。平衡力: 与作用在机械上的已知外力以及当该机械按给定运动规律运动时各构件的惯性力相平衡的未知外力。设计新的机械以及合理地使用机械的生产设计新的机械以及合理地使用机械的生产负荷、充分挖掘机械的生产潜力负荷、充分挖掘机械的生产潜力 2、机构力分析的方法 1)对于低速度机械: 因为惯性力的影响不大,可忽略不计算, 此时采用静力分析方法; 2)对于高速及重型机械: 由于某些构件的惯性力往往很大, 所以在进行力分析时就必须考虑其影响,此时采用的方法是动态静力分析法。动态静力分析: 假想地把各个构件上的惯性力根据达朗伯原理添加在产生这些惯性力的相应构件上,认为该构件处于平衡状态,再按照静力学的方法进行力分析的方法。机构的动态静力分析法具体包括图解法和解析法。 构件惯性力的确定 一般力学方法●作平面复合运动的构件:其惯性力系可简化为一个作用在质心 S上的惯性力和一个惯性力偶。 Sa ? IF IM IF ? IS F ma ?? IS M J ??? I I F F ?? h I I / l M F ? IF IF hl ●作平面移动的构件: 在做变速运动时只有作用在质心的惯性力。 IS F ma ?? Sa IF ●绕定轴转动的构件绕通过质心的定轴转动的构件(如齿轮,飞轮),当变速运动时,将产生一惯性力偶。绕不通过质心的定轴转动的构件(如曲柄,凸轮等),如果构件是变速转动, 则将产生惯性力和一个惯性力偶。 Sa? IF IM IF ? IS M J ??? IS F ma ??? h I I / l M F ? hl 构件组的静定条件构件组的静定条件 不考虑摩擦时机构的力分析对构件列出的独立的平衡方程数目,应等于所有力的未对构件列出的独立的平衡方程数目,应等于所有力的未知要素数目。显然构件组的静定特性与构件的数目、运动副知要素数目。显然构件组的静定特性与构件的数目、运动副的类型和数目有关。的类型和数目有关。当不考虑摩擦时,转动副中的总反力应通过转动副的中心。即反力的作用点为已知,而其大小及方向未知。●转动副: 转动副: 两个未知数两个未知数