chap4平面機構(gòu)的力分析

機械原理第四章平面機構(gòu)的力分析§4－1概述§4－2不考慮摩擦時平面機構(gòu)的動態(tài)靜力分析§4－3機械的效率和運動副中的摩擦及自鎖概述機構(gòu)力分析的目的1機構(gòu)力分析的目的：確定運動副反力。計算平衡力。概述機構(gòu)力分析的目的1機構(gòu)力分析的目的：確定運動副反力。在機構(gòu)進行強度設(shè)計時需要已知各運動副中的約束反力，且運動副眾反力的大小和性質(zhì)對于計算機構(gòu)各個零件的強度、決定機構(gòu)中的摩擦力和機械效率、以及計算運動副中的磨損和確定軸承類型等，都是有用的已知條件。概述機構(gòu)力分析的目的1機構(gòu)力分析的目的：計算平衡力所謂平衡力是指與作用在機械上的已知外力以及當該機械按給定規(guī)律運動時其各構(gòu)件的慣性力相平衡的未知外力。已知生產(chǎn)阻力時，求出的平衡力即為原動力，據(jù)此可確定所需原動機的功率已知原動力時，求出的平衡力即為生產(chǎn)阻力，據(jù)此可確定機械所能克服的生產(chǎn)負荷。概述機構(gòu)力分析原理和方法1對低速機械，由于慣性力的影響不大，可忽略不計。在不計慣性力的條件下，對機械進行的力分析稱為機構(gòu)的靜力分析對高速及重型機械，由于某些構(gòu)件的慣性力往往很大，有時甚至比機械所受的外力還大得多，所以，在進行力分析時就必須考慮慣性力的影響。根據(jù)達朗伯原理，如將慣性力視作一般外力加于產(chǎn)生該慣性力的構(gòu)件上，就可將該機械視為處于靜力平衡狀態(tài)，這樣的力分析稱為動態(tài)靜力分析。概述機構(gòu)力分析原理和方法1機構(gòu)力分析的方法圖解法解析法概述作用在機構(gòu)上的力1機構(gòu)運動時，作用在構(gòu)件上的力可分為兩大類：給定力----外加力和慣性力約束反力----法向反力和切向反力概述作用在機構(gòu)上的力1在外加力中，包括驅(qū)動力、阻抗力和重力：在平面運動構(gòu)件上，凡是力的作用方向與構(gòu)件運動速度方向相同或成銳角的力稱為驅(qū)動力，而與構(gòu)件角速度方向一致的力矩稱為驅(qū)動力矩。原動機發(fā)出的力（矩）是驅(qū)動力（矩），它所做的功稱為輸入功。在平面運動構(gòu)件上，凡是力的作用方向與構(gòu)件運動速度方向相反或成鈍角的力成為阻抗力，而與構(gòu)件角速度方向相反的力矩稱為阻抗力矩。概述作用在機構(gòu)上的力1在外加力中，包括驅(qū)動力、阻抗力和重力：阻力（矩）又可分為工作阻力（矩）和有害阻力（矩）?？朔ぷ髯枇λ瓿傻墓ΨQ為輸出功或有益功?？朔泻ψ枇λ龅墓ΨQ為損耗功。概述作用在機構(gòu)上的力1在外加力中，包括驅(qū)動力、阻抗力和重力：重力是指作用在構(gòu)件質(zhì)心上的地球應(yīng)力一個運動循環(huán)中重力所做的功為零。重力通常比其他力小得多，多數(shù)情況下忽略不計。概述作用在機構(gòu)上的力1慣性力（矩）是力學中一種虛擬加在變速運動的構(gòu)件上的力（矩）高速機械中的慣性力（矩）很大，需要考慮。當機構(gòu)構(gòu)件的運動、質(zhì)量及尺寸已知時，則其慣性力（矩）就可以求出。運動副中的約束反力是當機構(gòu)受到外力作用時，在運動副兩元素接觸處所產(chǎn)生的反作用力。約束反力對機構(gòu)而言是內(nèi)力，對構(gòu)件而言是外力。不考慮摩擦時平面機構(gòu)的動態(tài)靜力分析機構(gòu)慣性力的確定2在機械運動的過程中，各構(gòu)件產(chǎn)生的慣性力，不僅與各構(gòu)件的質(zhì)量mi，繞質(zhì)心軸的轉(zhuǎn)動慣量JSi，質(zhì)心Si的加速度aSi及構(gòu)件的角加速度αi等有關(guān)，而且與構(gòu)件的運動形式有關(guān)。現(xiàn)以曲柄滑塊機構(gòu)為例，來說明慣性力的確定。1234ABC不考慮摩擦時平面機構(gòu)的動態(tài)靜力分析機構(gòu)慣性力的確定2作平面運動的構(gòu)件：23BCS2α2其慣性力系可簡化為一個加在質(zhì)心S2的慣性力FI2和一個慣性力偶矩MI2：FI2=-m2as2MI2=-Js2α2as2MI2FI2不考慮摩擦時平面機構(gòu)的動態(tài)靜力分析機構(gòu)慣性力的確定2作平面運動的構(gòu)件：23BCS2α2其慣性力系可簡化為一個加在質(zhì)心S2的慣性力FI2和一個慣性力偶矩MI2：也可以將其再簡化為一個總慣性力F`I2，且F`I2=FI2，而其作用線偏離質(zhì)心S2的距離為lh2，即lh2

=MI2/FI2as2MI2FI2MS2（F`I2）的方向與α2方向相反lh2FI2不考慮摩擦時平面機構(gòu)的動態(tài)靜力分析機構(gòu)慣性力的確定2作平面移動的構(gòu)件：當滑塊做變速移動時僅有一個加在質(zhì)心S3上的慣性力：FI3=-m3aS334Cas3FI3不考慮摩擦時平面機構(gòu)的動態(tài)靜力分析機構(gòu)慣性力的確定2繞定軸轉(zhuǎn)動的構(gòu)件：S1若曲柄軸線不通過質(zhì)心S1，當其為變速轉(zhuǎn)動時：as1α1MI1FI1或簡化為一個總慣性力F`I1。lh1F`I1FI1=-m1as1MI1=-Js1α1若其軸線通過質(zhì)心S1，則只有。MI1=-Js1α11AB不考慮摩擦時平面機構(gòu)的動態(tài)靜力分析構(gòu)件組的靜定條件2在不考慮摩擦時，平面運動副中的反力FR的作用線、方向及大小未知要素如下：轉(zhuǎn)動副：FR通過轉(zhuǎn)動副中心，大小和方向未知。移動副：FR沿導路法線方向，作用點位置和大小未知。平面高副：FR作用在高副兩元素接觸點的公法線上，僅大小未知。nnFRFRFR不考慮摩擦時平面機構(gòu)的動態(tài)靜力分析構(gòu)件組的靜定條件2設(shè)構(gòu)件組中共有n個構(gòu)件，共有pl個低副和ph個高副。因每個構(gòu)件都可列出3個獨立的力平衡方程式，共有3n個獨立的力方程式，2Pl+Ph個力的未知數(shù)。故此構(gòu)件組的靜定條件為：3n=2Pl+Ph由此可知，基本桿組都滿足靜定條件。不考慮摩擦時平面機構(gòu)的動態(tài)靜力分析機構(gòu)力分析的圖解法：2先確定各構(gòu)件的慣性力，并虛擬加在相應(yīng)構(gòu)件上，列出力平衡方程，最后用矢量方程圖解法進行求解。不考慮摩擦時平面機構(gòu)的動態(tài)靜力分析機構(gòu)力分析的圖解法2用圖解法作平面六桿機構(gòu)的動態(tài)靜力分析設(shè)已知各構(gòu)件的尺寸，連桿的重量G2、轉(zhuǎn)動慣量JS2及質(zhì)心S2的位置；滑塊5的重量G5及質(zhì)心S5的位置；其余構(gòu)件的重量和轉(zhuǎn)動慣量忽略不計；原動件1以ω1等速回轉(zhuǎn)；作用于滑塊5上的生產(chǎn)阻力Fr。試求在圖示位置時，各運動副中的反力，以及需加在構(gòu)件1上G點沿xx方向的平衡力Fb。ABCDEF123456S2S5G2G5ω1FrGxx不考慮摩擦時平面機構(gòu)的動態(tài)靜力分析機構(gòu)力分析的圖解法2用圖解法作平面六桿機構(gòu)的動態(tài)靜力分析解：做機構(gòu)運動分析。選定比例尺μl、μv、μa，做出機構(gòu)圖、速度圖及加速度圖ABCDEF123456S2S5G2G5ω1FrGxxpbcfP’c”’b’c’c”e’f’f”不考慮摩擦時平面機構(gòu)的動態(tài)靜力分析機構(gòu)力分析的圖解法2用圖解法作平面六桿機構(gòu)的動態(tài)靜力分析解：確定慣性力。連桿2：ABCDEF123456S2S5G2G5ω1FrGxxP’c”’b’c’c”e’f’f”S’2aS2FI2=-maS2=(G2/g)μap’s’2FI2MI2=-JS2α2=JS2atCB/l2=JS2

μac’’’c’/l2MI2α2總慣性力F`I2=FI2，離S2的距離為lh2=MI2/FI2，其矩與α2方向相反。lh2F’I2不考慮摩擦時平面機構(gòu)的動態(tài)靜力分析機構(gòu)力分析的圖解法2用圖解法作平面六桿機構(gòu)的動態(tài)靜力分析解：確定慣性力。滑塊5：ABCDEF123456S2S5G2G5ω1FrGxxP’c”’b’c’c”e’f’f”S’2aS2FI5=-maS5=(G2/g)μap’f’α1與aF相反。lh2F’I2aS5FI5不考慮摩擦時平面機構(gòu)的動態(tài)靜力分析機構(gòu)力分析的圖解法2用圖解法作平面六桿機構(gòu)的動態(tài)靜力分析解：動態(tài)靜力分析桿組4、5：ABCDEF123456S2S5G2G5ω1FrGxxaS2因桿4為二力桿α1FR54=-FR34lh2F’I2aS5FI5取5為分離體G5FrFI5FR45FR65不考慮摩擦時平面機構(gòu)的動態(tài)靜力分析機構(gòu)力分析的圖解法2用圖解法作平面六桿機構(gòu)的動態(tài)靜力分析解：動態(tài)靜力分析桿組4、5：ABCDEF123456S2S5G2G5ω1FrGxxaS2列平衡方程：α1G5+Fr+FI5+FR45+FR65=0lh2F’I2aS5FI5選定比例尺μF（N/mm）作力多邊形G5FrFI5FR45FR65G5FI5FrFR65FR45abcdeFR65=μFdeFR45=μFea不考慮摩擦時平面機構(gòu)的動態(tài)靜力分析機構(gòu)力分析的圖解法2用圖解法作平面六桿機構(gòu)的動態(tài)靜力分析解：動態(tài)靜力分析桿組2、3：ABCDEF123456S2S5G2G5ω1FrGxxaS2分別以2、3為考察對象，由ΣMc=0：α1lh2F’I2aS5FI5FtR12=（G2h’2-F’I2h’1）/l2FtR63=FR43h’3/lCDG2S2F’I2C3DEB2FnR12FtR12FtR63FnR63FR43h’3h’2h’1lh2不考慮摩擦時平面機構(gòu)的動態(tài)靜力分析機構(gòu)力分析的圖解法2用圖解法作平面六桿機構(gòu)的動態(tài)靜力分析解：動態(tài)靜力分析桿組2、3：ABCDEF123456S2S5G2G5ω1FrGxxaS2根據(jù)力的平衡條件：α1FtR12+FnR12+G2+F’I2+FR43+FtR63+FnR63=0lh2F’I2aS5FI5按μF（N/mm）作力多邊形G5FI5FrFR65FR45abcdeFR12=μFhfFR63=μFfaG2S2F’I2C3DEB2FnR12FtR12FtR63FnR63FR43h’3h’2h’1FR43FnR12FtR12G2FtR63FnR63ghff’f’’F`I2不考慮摩擦時平面機構(gòu)的動態(tài)靜力分析機構(gòu)力分析的圖解法2用圖解法作平面六桿機構(gòu)的動態(tài)靜力分析解：動態(tài)靜力分析桿組2、3：ABCDEF123456S2S5G2G5ω1FrGxxaS2對構(gòu)件2：α1FR12+G2+F’I2+FR32=0lh2F’I2aS5FI5作力多邊形G5FI5FrFR65FR45abcdeFR32=μFfeG2S2F’I2C3DEB2FnR12FtR12FtR63FnR63FR43h’3h’2h’1FR43FnR12FtR12G2FtR63FnR63ghff’f’’F`I2FR32不考慮摩擦時平面機構(gòu)的動態(tài)靜力分析機構(gòu)力分析的圖解法2用圖解法作平面六桿機構(gòu)的動態(tài)靜力分析解：動態(tài)靜力分析構(gòu)件1：ABCDEF123456S2S5G2G5ω1FrGxxaS2平衡條件：α1FR21+Fb+FR61=0lh2F’I2aS5FI5作力多邊形G5FI5FrFR65FR45abcdeFb=μFifFR43FnR12FtR12G2FtR63FnR63ghff’f’’FR43FR32xxGFR21FR61FbiFR61FbFR61=μFhi機械的效率機械效率的概念3機械的輸出功(Wr)與輸入功（Wd）之比稱為機械效率η。機械的損耗功（Wf）與輸入功（Wd）之比稱為機械損失系數(shù)或損失率。η=Wr/Wd=1-Wf/Wd=1-ξ在設(shè)計機械時，一方面應(yīng)盡量簡化機械傳動系統(tǒng)，使功率傳遞通過的運動副數(shù)目越少越好；另一方面，應(yīng)設(shè)法減少運動副中的摩擦，如采用滾動摩擦代替滑動軸承，選用適當?shù)臐櫥瑒┘皾櫥b置進行潤滑。機械的效率機械效率的計算3用功的形式表示的效率計算公式：η=Wr/Wd=1-Wf/Wd用功率的形式表示的效率計算公式：η=Pr/Pd=1-Pf/Pd用力或力矩的形式表示的效率計算公式：η=F0/F=M0/MFvF