必威体育精装版南京理工大学机械原理第08章平面机构的力分析课件.ppt

第八章 平面机构的力分析 本章重点：运动副中摩擦力的确定，构件惯性力的确定，机构的动态静力分析。 §8-1 机构力分析的任务、目的和方法 一、作用在机械上的力 注意： 1）按力产生的功率的正负,以上力可归为以下两种:驱动力和阻抗力; 二、机构力分析的任务和目的 1、确定运动副中的约束反力 三、机构动力分析的方法 动态静力分析法：将构件惯性力系作为假想的力系加于构件上，则作用于构件上的惯性力系、约束反力系和给定外力系构成一个平衡力系，进而可按静力学的方法求解。 §８-2 构件惯性力的确定 本章只讨论构件作平面运动时，构件惯性力的确定方法。设构件具有与运动平面相平行的对称平面。 2）以楔块1为示力体 例1：在图所示的楔块机构中，已知各接触面间的摩擦角为φ，求驱动力F和生产阻力Q间的关系式。 例2:在图所示的铰链四杆机构中，设曲柄1为原动件，M1为驱动力矩，M3为生产阻力矩；不计重力和惯性力。 2）以连架杆3为示力体 三、高副中摩擦力的确定 例3 例3 在图4-12所示的尖顶直动推杆盘形凸轮机构中，设G为作用于推杆上的载荷，已知机构尺寸、推杆与机架接触处的摩擦角j2、推杆与凸轮接触处的摩擦角j1和压力角a；求主动凸轮作用于推杆的推力F和载荷G的关系式。 解: 推杆受F、FR1、FR2和G的作用，他们的方向如图所示。由平衡条件可知： 本章要点： 1）作用于机械上的力，力分析的任务和方法； 2）惯性力和惯性力矩的确定方法； 3）移动副和平面高副中摩擦力与总反力的确定，转动副中摩擦力矩和总反力的确定； 4）考虑摩擦力作用时，简单机构的力分析方法。 （3）确定各运动副反力及平衡力 a）求杆组2，3各运动副中的反力。 由构件 2 为正指向同假设，否则相反。 由构件3 得： ， 求出后由杆组2，3平衡由 得 作力多边形(μF)，可得： 又由构件2的平衡条件 作力多边形，可得： b）求构件1平衡力及反力 ∵R21=-R12 则 为三力汇交力系,　由力图可求出：Fb和Ｒ41. §8-5 速度多边形杠杆法 一、虚位移原理 对整个机构由虚位移原理得： 进行机构力分析时，有时仅只要确定原动机功率或计算飞轮转动惯量，只需直接知道原动件作给定运动时应加于其上的平衡力和平衡力矩，而不必求各运动副反力。或需先求平衡力再求支反力。 宜用速度多边形杠杆法求解=虚位移原理 +速度多边形 设Fj为已知作用在机构上任一个外力（包括惯性力），dsj和vj是Fj作用点J的微小实位移和线速度，θj为Fj与dSj(或vj)之间夹角，dAj和Pj是力Fj所作的微小功和功率。 ∴作用在构件上的所有外力对转向速度多边形极点的力矩之和为零. 二、速度多边形杠杆法 从任意极点P作线段j代表vj（转过90°，比例尺μv），将Ｆj平移到点j,则力Fj的功率： hj为Fj对极点p的力矩。 外力矩处理方法：转化为 构件上两选定点A、B处两个力构成的力偶。 注意点： １、可以不转速度多边形，将力转90°后，平移到速度多边形上 例8-7：已知连杆2质心处的惯性力Fi2和惯性力矩Mi2，加于活塞上的外力F3。求曲柄销上的切向平衡力Fb或平衡力矩Mb ２、力与速度的转动方向必要一致。 解：1）以比例尺 作转向速度多边形pbcs2， 2)将Mi2化成作用于B,C两点的一个力偶 F 将各力平移到转向速度多边形上对应点 ,对p点取矩,得： 例：已知各转动副半径r，fo，F 求，R41，R21，R23，R45，M3的方向，R14，R12，R32，R34（不计各构件的重力和惯性力） * 本章难点：运动副中总反力的确定。 二、机构力分析的任务和目的 三、机构动力分析的方法 1）驱动力——正功（输入功）,功率P0或α为锐角； 2）阻力：功率P0或α为钝角 有害阻力——非生产阻力 3）重力 ——重心下降作正功 重心上升作负功 4）运动副反力：对机构为内力，对构件为外力 摩擦力（切向）——负功 5）惯性力（虚拟力）：加速运动——阻力 减速运动——驱动力 一、作用在机械上的力 P=F·v=Fvcosα0 有效阻力——工作阻力,有效功（输出功） 正压力(法向） ——不作功 ３）惯性力是一种假想的力；当加速时，惯性力是假想阻力；当减速时，惯性力是假想驱动力；机构加惯性力后可认为处于静力平衡状态，可进行动态静力分析； ４）摩擦力不一定都是有害阻力；有的情况下，摩擦力成为驱动力。 ２）按力的作用位置：以上力可分为内力和外力:驱动力、阻力、重力对机构和构件都为外力。运动副反力对机构为内力，对构件都为外力； 运动副约束反力的确定对构件强度计算，确定机械效率及研究机械的动力性能等都是必需的； 2、确定平衡力（或平衡力矩） 平衡力（或平衡力矩）是机械在已知外力作用下