機械原理機構(gòu)力分析

1、機械原理機構(gòu)力分析第1頁，共27頁，2022年，5月20日，2點41分，星期四第四章 平面機構(gòu)的力分析41機構(gòu)力分析的任務(wù)、目的與方法43運動副中摩擦力的確定機構(gòu)力分析實例第2頁，共27頁，2022年，5月20日，2點41分，星期四41機構(gòu)力分析的任務(wù)、目的與方法作用在機械上的力是影響機械運動和動力性能 的主要因素；是決定構(gòu)件尺寸和結(jié)構(gòu)形狀的重要依據(jù)。力分析的必要性：1.作用在機械上的力力的類型原動力生產(chǎn)阻力重力摩擦力介質(zhì)阻力慣性力運動副反力第3頁，共27頁，2022年，5月20日，2點41分，星期四按作用分為阻抗力 驅(qū)動力 有效阻力 有害阻力 驅(qū)動力-驅(qū)使機械運動，其方向與力的作用點速 度之

2、間的夾角為銳角，所作功為正功。 阻抗力-阻礙機械運動，其方向與力的作用點速 度之間的夾角為鈍角，所作功為負功。 有效(工作)阻力-機械在生產(chǎn)過程中為了改變工作物的外形、位置或狀態(tài)所受到的阻力，克服了阻力就完成了有效的工作。如車削阻力、起重力等。有害(工作)阻力-機械運轉(zhuǎn)過程受到的非生產(chǎn)阻力，克服了這類阻力所作的功純粹是浪費能量。如摩擦力、介質(zhì)阻力等。第4頁，共27頁，2022年，5月20日，2點41分，星期四確定運動副中的反力-為進一步研究構(gòu)件強度、運動副中的摩擦、磨損、機械效率、機械動力性能等作準備。2.機械力分析的任務(wù)和目的確定機械平衡力（或力偶）-目的是已知生產(chǎn)負荷確定原動機的最小功率；

3、或由原動機的功率來確定所能克服的最大生產(chǎn)阻力。反力-運動副元素接觸處的正壓力與摩擦力的合力 平衡力-機械在已知外力作用下，為了使機械按給定的運動規(guī)律運動所必需添加的未知外力。3.機械力分析的方法圖解法解析法第5頁，共27頁，2022年，5月20日，2點41分，星期四機械力分析的理論依據(jù) ： 靜力分析-適用于低速機械，慣性力可忽略不計； 動態(tài)靜力分析-適用于高速重型機械，慣性力往往比外力要大，不能忽略。 注：一般情況下，需要對機械做動態(tài)靜力分析時，可忽略重力和摩擦力，通常可滿足工程要求。第6頁，共27頁，2022年，5月20日，2點41分，星期四43運動副中摩擦力的確定概述：摩擦產(chǎn)生源運動副元素

4、之間相對滑動。摩擦的缺點：摩擦的優(yōu)點：研究目的：發(fā)熱效率磨損強度精度壽命利用摩擦完成有用的工作。如摩擦傳動（皮帶、摩擦輪）、離合器(摩托車)、制動器（剎車）。(1)減少不利影響;(2)發(fā)揮其優(yōu)點。潤滑惡化卡死。低副產(chǎn)生滑動摩擦力 高副滑動兼滾動摩擦力。運動副中摩擦的類型：第7頁，共27頁，2022年，5月20日，2點41分，星期四v21211. 移動副中摩擦力的確定 由庫侖定律得： F21f N21G鉛垂載荷;GFF水平力，N21N21法向反力;F21F21摩擦力。摩 擦 系 數(shù)摩擦副材料靜 摩 擦動 摩 擦無潤滑劑有潤滑劑無潤滑劑有潤滑劑鋼鋼鋼鑄鐵鋼青銅鑄鐵鑄鐵鑄鐵青銅青銅青銅橡皮鑄鐵0.1

5、50.1 0.120.10.05 0.10.2 0.30.16 0.180.05 0.150.1 0.150.15 0.180.070.15 0.160.150.07 0.120.280.160.15 0.210.15 0.200.04 0.10.3 0.50.80.5皮革鑄鐵或鋼0.07 0.150.12 0.15第8頁，共27頁，2022年，5月20日，2點41分，星期四作者：潘存云教授作者：潘存云教授G12F21f N21 當材料確定之后，F(xiàn)21大小取決于法向反力N21 而G一定時，N21 的大小又取決于運動副元素的幾何形狀。 槽面接觸：N”21N21F21 = f N21 + f N”

6、21平面接觸：N21 = N”21 = G / (2sin) GN21N21=GF21=f N21= f GF21N21 +N”21= -GN21G= ( f / sin) G= fv Gfv稱為當量摩擦系數(shù)N”21v2121F第9頁，共27頁，2022年，5月20日，2點41分，星期四作者：潘存云教授G12結(jié)論：不論何種運動副元素，有計算通式：理論分析和實驗結(jié)果有： k =1/2 F21 = f N21 F21= f N21 柱面接觸： N21= kG= f k G= fv G= fv G N21 N21同理，稱 fv為當量摩擦系數(shù)。 非平面接觸時 ，摩擦力增大了，為什么？是 f 增大了？原

7、因：是由于N21 分布不同而導(dǎo)致的。第10頁，共27頁，2022年，5月20日，2點41分，星期四作者：潘存云教授作者：潘存云教授v2121GPN21F21應(yīng)用：當需要增大滑動摩擦力時，可將接觸面設(shè)計成槽面或柱面。如圓形皮帶（縫紉機）、三角形皮帶、螺栓聯(lián)接中采用的三角形螺紋。對于三角帶： 18移動副中總反力的確定總反力為法向反力與摩擦力的合成： FR21=N21+F21tg= F21 / N21摩擦角，方向:FR21 V12 (90+)摩擦錐-以FR21為母線所作圓錐。結(jié)論：移動副中總反力恒切于摩擦錐。fv3.24 f = f N21 / N21= f不論P的方向如何改變，P與R兩者始終在同一

8、平面內(nèi)FR21第11頁，共27頁，2022年，5月20日，2點41分，星期四作者：潘存云教授作者：潘存云教授FFR2112G12Ga)求使滑塊沿斜面等速上行所需水平力Fb)求使滑塊沿斜面等速下滑所需水平力F作圖作圖若，則F為阻力;根據(jù)平衡條件：F + FR21+G = 0 得： F=Gtg(+) G-根據(jù)平衡條件： F + FR21+G = 0若斜面摩擦。擰緊時直接引用斜面摩擦的結(jié)論有：假定載荷集中在中徑d2 圓柱面內(nèi)，展開d2斜面其升角為： tg螺紋的擰松螺母在F和G的聯(lián)合作用下，順著G等速向下運動。v螺紋的擰緊螺母在F和G的聯(lián)合作用下，逆著G等速向上運動。v=l /d2=zp /d2 從端

9、面看d2Gd3d1lGF第14頁，共27頁，2022年，5月20日，2點41分，星期四F螺紋擰緊時必須施加在中徑處的圓周力，所產(chǎn)生的 擰緊所需力矩M為：擰松時直接引用斜面摩擦的結(jié)論有：F螺紋擰松時必須施加在中徑處的圓周力，所產(chǎn)生 的擰松所需力矩M為：若，則M為正值，其方向與螺母運動方向相反， 是阻力；若，則M為負值，方向相反，其方向與預(yù)先假定 的方向相反，而與螺母運動方向相同，成為 放松螺母所需外加的驅(qū)動力矩。Mfd2F第15頁，共27頁，2022年，5月20日，2點41分，星期四作者：潘存云教授(2)三角形螺紋螺旋中的摩擦矩形螺紋忽略升角影響時，N近似垂直向上,比較可得：NcosGN引入當量

10、摩擦系數(shù): fv = f / cos三角形螺紋NcosG，牙形半角 NG當量摩擦角: v arctg fvNN /cosGNNGNN第16頁，共27頁，2022年，5月20日，2點41分，星期四作者：潘存云教授作者：潘存云教授21rN21擰緊：擰松：可直接引用矩形螺紋的結(jié)論：2.轉(zhuǎn)動副中的摩擦(1)軸徑摩擦直接引用前面的結(jié)論有：產(chǎn)生的摩擦力矩為：軸軸徑軸承12方向：與12相反。Mf根據(jù)平衡條件有： FR21-G, Md =Mf = G= f kG= fv G Mf= F21 r= fv r G=f N21 r F21 = f N21MdGFR21F21第17頁，共27頁，2022年，5月20日

11、，2點41分，星期四作者：潘存云教授作者：潘存云教授2112MfMd21rN2112MfMdGFR21F21GN21F21FR21當G的方向改變時，F(xiàn)R21的方向也跟著改變，以作圓稱為摩擦圓，摩擦圓半徑。且FR21恒切于摩擦圓。分析:由= fv r 知，rMf對減小摩擦不利。但不變。第18頁，共27頁，2022年，5月20日，2點41分，星期四作者：潘存云教授作者：潘存云教授2 13ABC4FMr運動副總反力判定準則1. 由力平衡條件，初步確定總反力方向（受拉或壓）。2. 對于轉(zhuǎn)動副有： FR21恒切于摩擦圓。3. 對于轉(zhuǎn)動副有：Mf 的方向與12相反對于移動副有： FR21恒切于摩擦錐對于移

12、動副有：FR21 V12(90+)14MrF21例1 ：圖示機構(gòu)中，已知驅(qū)動力F和阻力Mr和摩擦圓半徑，畫出各運動副總反力的作用線。23FR23FR21FR41v3490+FR43R12R32內(nèi)燃機第19頁，共27頁，2022年，5月20日，2點41分，星期四作者：潘存云教授212r2RrR取環(huán)形面積: ds2d(2) 軸端摩擦在G的作用下產(chǎn)生摩擦力矩Mf 新軸端， p常數(shù)，則：摩擦力為：dF= f dN總摩擦力矩：摩擦力矩：dMf =dFdN=p ds 設(shè)ds上的壓強為p,正壓力為：=f dN=f p ds= f p dsGdMMf第20頁，共27頁，2022年，5月20日，2點41分，星期

13、四作者：潘存云教授 跑合軸端 跑合初期: p常數(shù)跑合結(jié)束：正壓力分布規(guī)律為: p=常數(shù) 內(nèi)圈V 磨損快 p 磨損變慢 結(jié)論： Mf = f G(R+r)/2 注:p =const, 中心壓強高,容易壓潰,故做成中空狀。 磨損慢 p 磨損變快 外圈V212r2RrRGdMMf第21頁，共27頁，2022年，5月20日，2點41分，星期四作者：潘存云教授21(3)平面高副中的摩擦力的確定相對運動: 滑動+滾動 v12摩擦力: 滑動摩擦力+滾動摩擦力 滾動摩擦力滑動摩擦力 可忽略滾動摩擦力總反力為法向反力與滑動摩擦力的合成： FR21=N21+F21F21FR21N21總反力的方向：R21V12(9

14、0+)90+第22頁，共27頁，2022年，5月20日，2點41分，星期四作者：潘存云教授作者：潘存云教授dFbcFR2345考慮摩擦時機構(gòu)的受力分析14Fr21例43 ：圖示機構(gòu)中，已知構(gòu)件尺寸、材料、運動副半徑，水平阻力Fr，求平衡力Fb的大小。23213ABC4Fbv3490+FR21FR41FR43FR23FR21FR41EFR43FFR12FR32FR43 + FR23 +Fr = 0 解：1)根據(jù)已知條件求作摩擦圓 2)求作二力桿運動副反力的作用線 3)列出力平衡向量方程FR41 + FR21 +Fb = 0 Frba受壓滑塊3在三個力作用下平衡,得曲柄1在三個力作用下平衡,得第2

15、3頁，共27頁，2022年，5月20日，2點41分，星期四作者：潘存云教授作者：潘存云教授MdBAGABCD1234例2 ：圖示四鉸鏈機構(gòu)中，已知工作阻力G、運動副 的材料和半徑r， 求所需驅(qū)動力矩Md 。Md142123G FR21FR41FR23FR4314FR43 + FR23 + G = 0 可求得FR23FR23c從而求得： Md FR21 llFR21= -FR23 4343GbaFR12FR32解：1)根據(jù)已知條件求作摩擦圓 FR43受拉2)求作二力桿反力的作用線 3)列出力平衡向量方程第24頁，共27頁，2022年，5月20日，2點41分，星期四Fr213ABC4Fb力分析解題步驟小結(jié)： 從二力桿入手，初步判斷桿2受拉。 由、增大或變小來判斷各構(gòu)件的相對角速度。 依據(jù)總反力判定準則得出FR12和FR32切于摩擦圓的公切線。 由力偶平衡條件確定構(gòu)件1的總反力。 由三力平衡條件（交于一點）得出構(gòu)件3的總反力。 ABCD1234Md14Q第25頁，共27頁，2022年，5月20日，2點41分，星期四本章重點: 1.運動副中總反力的確定 2.斜面滑塊的受力分析(圖4-3,