機械設計手冊-第一、第二節(jié)ppt課件

1、第四章 平面機構力分析機構力分析的義務、目的和方法機構力分析的義務、目的和方法4 -1 構件慣性力確實定構件慣性力確實定 4 -2 運動副中摩擦力確實定運動副中摩擦力確實定4 -3 不思索摩擦力時機構力分析不思索摩擦力時機構力分析4 -4 思索摩擦力時機構力分析簡介思索摩擦力時機構力分析簡介一、作用在機械上的力一、作用在機械上的力1驅(qū)動力 ： F V 為銳角，作正功 原動力由原動機提供，它是驅(qū)動力，那么驅(qū)動力只來自原動力嗎？原動力由原動機提供，它是驅(qū)動力，那么驅(qū)動力只來自原動力嗎？2阻抗力： F V 為鈍角，作負功消費阻力有效阻力 由害阻力常提到的力：原動力、摩擦力、運動副反力、重力、慣性力常

2、提到的力：原動力、摩擦力、運動副反力、重力、慣性力 一提到摩擦力，多會以為是有害阻力。對攪拌機、帶傳動、自行車呢？一提到摩擦力，多會以為是有害阻力。對攪拌機、帶傳動、自行車呢？ 運動副反力法向、切向是內(nèi)力還是外力？它作功嗎？運動副反力法向、切向是內(nèi)力還是外力？它作功嗎？ 什么時候應思索重力？作功如何？什么時候應思索重力？作功如何？ 慣性力是一種什么性質(zhì)的力，大小如何求？它作正功還是負嗎？慣性力是一種什么性質(zhì)的力，大小如何求？它作正功還是負嗎？ 什么時候會用到它？可以忽略嗎？什么時候會用到它？可以忽略嗎？機構力分析的義務、目的和方法機構力分析的義務、目的和方法二、機構力分析的義務和目的二、機構力

3、分析的義務和目的1確定運動副中的反力 用于計算強度、機械效率、摩擦磨損、決議軸承構造等2確定機械上的平衡力或平衡力偶 根據(jù)作用在機構上的知外力或力偶，確定要維持 給定運動規(guī)律時所需的未知外力或力偶三、機構力分析的方法三、機構力分析的方法1靜力學方法 不思索慣性力要素低速機械2動態(tài)靜力學方法 將慣性力視為外力，加于相應構件上，按靜力方法分析 圖解法、解析法4-1 構件慣性力確實定構件慣性力確實定確定慣性力：確定慣性力： 設知構件的質(zhì)量、轉(zhuǎn)動慣量及運動學參數(shù)。設知構件的質(zhì)量、轉(zhuǎn)動慣量及運動學參數(shù)。實踐上：實踐上： 在設計新機械時，力分析還未進展時，根本不能作強度計在設計新機械時，力分析還未進展時，

4、根本不能作強度計算，構件的質(zhì)量、轉(zhuǎn)動慣量是未知的。算，構件的質(zhì)量、轉(zhuǎn)動慣量是未知的。常用方法：常用方法： 類比和閱歷公式，或按純靜力學方法對機構在某一特定類比和閱歷公式，或按純靜力學方法對機構在某一特定位置時大體估算出構件的尺寸、資料。粗略地得到質(zhì)量、轉(zhuǎn)位置時大體估算出構件的尺寸、資料。粗略地得到質(zhì)量、轉(zhuǎn)動慣量，將它作為初值代入進展力分析。待第一次力分析完動慣量，將它作為初值代入進展力分析。待第一次力分析完成后，作強度計算，對其進展修正。這個過程反復循環(huán)進展。成后，作強度計算，對其進展修正。這個過程反復循環(huán)進展。直至滿足要求為止。直至滿足要求為止。SasFIMIFIlh一、普通力學方法一、普通

5、力學方法1 1作平面復合運動的構件作平面復合運動的構件慣性力 F I = - m as慣性力矩 M I = - Js 把 FI 按圖示平移 lh ，將兩者合二為一。IIhFMl 2 2作平面挪動的構件作平面挪動的構件3 3繞定軸轉(zhuǎn)動的構件繞定軸轉(zhuǎn)動的構件慣性力 F I = - m as慣性力矩 M I = - Js 繞質(zhì)心軸轉(zhuǎn)動繞非質(zhì)心軸轉(zhuǎn)動慣性力 F I = - m as慣性力矩 M I = - Js 二、質(zhì)量代換法二、質(zhì)量代換法確定慣性力和慣性力矩 a、 復雜將構件的質(zhì)量等效簡化成幾個集中質(zhì)量只需慣性力方便 質(zhì)量代換法代換條件代換前后的總質(zhì)量堅持不變代換前后的總質(zhì)心位置堅持不變代換前后的總

6、轉(zhuǎn)動慣量堅持不變SBCmBmCmkmBmcbk1 1、動代換問題、動代換問題SKBKBKBJkmbmkmbmmmm22三個方程，四個未知量 b 、 k 、mB 、 mK ，如確定bkbbmmkbkmmmbJkKBS二、質(zhì)量代換法二、質(zhì)量代換法確定慣性力和慣性力矩 a、 復雜將構件的質(zhì)量等效簡化成幾個集中質(zhì)量只需慣性力方便 質(zhì)量代換法代換條件代換前后的總質(zhì)量堅持不變代換前后的總質(zhì)心位置堅持不變代換前后的總轉(zhuǎn)動慣量堅持不變SBCmBmCmkmBmcbk2 2、靜代換問題兩點代換、靜代換問題兩點代換同時選定b、c，只滿足條件1、2kmbmmmmKBKBcbbmmcbcmmKB二、質(zhì)量代換法二、質(zhì)量代

7、換法確定慣性力和慣性力矩 a、 復雜將構件的質(zhì)量等效簡化成幾個集中質(zhì)量只需慣性力方便 質(zhì)量代換法代換條件代換前后的總質(zhì)量堅持不變代換前后的總質(zhì)心位置堅持不變代換前后的總轉(zhuǎn)動慣量堅持不變SBCmBmCmkmBmcbk2 2、靜代換問題兩點代換、靜代換問題兩點代換同時選定b、c，只滿足條件1、2kmbmmmmKBKBcbbmmcbcmmKB結論：結論：1兩代換點連線必然經(jīng)過質(zhì)心。兩代換點連線必然經(jīng)過質(zhì)心。2靜代換簡一方便，代換點靜代換簡一方便，代換點 B、C 可隨意選定。對于普通要求機構，采可隨意選定。對于普通要求機構，采 用靜代換較多。用靜代換較多。3動代換滿足了質(zhì)量代換的全部條件。其代換點只能

8、隨意選定一點，而動代換滿足了質(zhì)量代換的全部條件。其代換點只能隨意選定一點，而 另外一個代換點那么由代換條件確定。另外一個代換點那么由代換條件確定。 4運用靜代換，其慣性力偶矩將產(chǎn)生誤差運用靜代換，其慣性力偶矩將產(chǎn)生誤差)(22sCBIJcMbmM4-2 運動副中摩擦力確實定運動副中摩擦力確實定一、挪動副中摩擦力確實定一、挪動副中摩擦力確實定摩擦力F21： Ff21 = f FN21在外載荷一定時，法向反力FN21的其大小與運動副外表的幾何外形有關。G 12v12FN21 Ff21FR21F 1平面： FN21 = G Ff21 = f G2槽面： FN21 = G / sin Ff21 = f

9、 FN21 = f G / sin 令當量摩擦系數(shù)：fv = f / sin Ff21 = f vGGFN212FN212212一、挪動副中摩擦力確實定一、挪動副中摩擦力確實定摩擦力F21： Ff21 = f FN21在外載荷一定時，法向反力FN21的其大小與運動副外表的幾何外形有關。G 12v12FN21 Ff21FR21F 3半圓柱面 FN21 = k G Ff21 = f FN21 = f k G假設圓柱面為點、線接觸： k 1假設為均勻圓柱面接觸： k = /2 其他那么介于兩者之間。Gv2121令當量摩擦系數(shù)：fv = f k Ff21 = f vG二、挪動副中總反力確實定二、挪動副

10、中總反力確實定G 12v12FN21 Ff21FR21F 1、平面挪動 FR21 = FN21+ Ff 21 Ff21 = FN21tan 摩擦角摩擦角 =arctan f總反力方向確實定：總反力方向確實定：1 1與法向反力偏斜一摩擦角與法向反力偏斜一摩擦角 2 2偏斜方向與相對速度方向相反偏斜方向與相對速度方向相反2、斜面挪動GFFNFFR21 vFGFR21 + F GF R21 - (1) 滑塊沿斜面上升力平衡條件： F + G + FR21 = 0由力多邊形得：F = G tan ( +) 2滑塊沿斜面下降驅(qū)動力為 G同理： F + G + F R21 = 0 F = G tan (

11、- )留意：留意：1 1當當 時時,F,F0, 0, 滑塊在載荷滑塊在載荷G G 作用下自行下滑，作用下自行下滑，假設使滑快靜止或勻速下滑，需借助外部阻力。假設使滑快靜止或勻速下滑，需借助外部阻力。2 2當當 時，時，F(xiàn) F0, 0, 滑塊在載荷滑塊在載荷G G 作用下作用下, ,不能自不能自行下滑，需借助外部推進力才干滑下。行下滑，需借助外部推進力才干滑下。 自鎖自鎖 3、螺旋副中的摩擦 (1) 矩形螺紋pGFFR21vd2 d 2lGM21)tan(222GddFM旋緊螺母力矩：)tan(222GddFM放松螺母力矩：施加扳手力矩施加扳手力矩 M M 旋緊螺母旋緊螺母: : 類似于用螺旋千

12、斤頂抑制載荷類似于用螺旋千斤頂抑制載荷 G G ，將重物升起。，將重物升起。施加扳手力矩施加扳手力矩 M M 放松螺母：放松螺母： 假設假設 M M 0( 0(即即 0 0即即：闡明螺紋本身在載荷：闡明螺紋本身在載荷G G 作用下可以自行松脫，作用下可以自行松脫，需需借助外力矩才干使螺母勻速松脫。借助外力矩才干使螺母勻速松脫。自鎖自鎖3、螺旋副中的摩擦 (2) 三角形螺紋相當于曹面摩擦90 - 90 - Q在矩形螺紋公式將 用v替代即可。三角螺紋的牙型半角那么槽形半角 = 90 - 當量摩擦系數(shù)：fv = f / sin = f / cos 當量摩擦角： v = arctan fv )tan(

13、22v2GddFM旋緊螺母力矩：)tan(22v2GddFM放松螺母力矩：三、轉(zhuǎn)動副中摩擦力確實定三、轉(zhuǎn)動副中摩擦力確實定1、軸徑的摩擦軸徑在軸承中轉(zhuǎn)動摩擦力阻止其轉(zhuǎn)動 摩擦圓半徑： = fv r G GFf21FN21FR21Mdr21半圓柱面摩擦: Ff21 = f vG f v =1 /2f運動副總反力：FR21 = FN21 + Ff21 = G 摩擦阻力矩: Mf = Ff21 r =G fv r =FR21 結論： 1勻速轉(zhuǎn)動時，軸承總反力 FR21 恒切于摩擦圓 。 2勻速轉(zhuǎn)動時，Mf = FR21 =G ， 類似平面摩擦系數(shù)。其大小 fv 和 r 有關。3將Md與G合成為G ，

14、 = Md / G = 軸勻速轉(zhuǎn)動或靜止。 軸將加速轉(zhuǎn)動或由靜止開場運動 軸將減速轉(zhuǎn)動靜止時那么卡死不動1、軸徑的摩擦12自鎖自鎖2、總反力確實定 G GFf21FN21FR21Mdr211根據(jù)平衡條件總反力方向。2思索摩擦，總反力與摩擦圓相切。3摩擦力矩方向總是與轉(zhuǎn)向相反阻止 如：總反力FR21 對軸心之矩的方向必 與其相對轉(zhuǎn)向 12的方向相反。12例例4-1 曲柄曲柄1為自動件，求各構件受力方向。不計重力、慣性力為自動件，求各構件受力方向。不計重力、慣性力M11ABCDM3123FR12FR322123M114A1BFR21FR41LF R12F R32CDM33FR2334FR43L3、軸端的摩擦G12M2R2rrRd取微環(huán)，其上壓強 p 為常量面積 ds = 2 d 正壓力 dFN = p ds摩擦力 dFf = f dFN = f p ds摩擦力矩 dMf = dFf = f p ds討論討論RrRrfpfsfpMd2d2總摩擦力矩：常數(shù)）新軸端：)(122rRGp)()(322