2016第九章 平面机构的力分析.ppt

安徽科技大学机械工程学院 Page * 材料科学与工程学院 College of Materials Science Engineering Page * 机 械 原 理 教师：陈 丰(博士、教授) 邮箱：chenf@ahstu.edu.cn 第九章 平面机构的力分析 【教学目标】了解机构中的各种力及力分析的方法；确定各运动副中的反力及需加于机械上的平衡力或平衡力矩；掌握对一般平面机构进行动态静力分析的过程。 【重点难点】 重点：作用在机械上的力及机构力分析的目的和方法；构件惯性力的确定（侧重工程上常采用的质量代换法）；用图解法作平面机构的动态静力分析。 难点：机构的平衡力（或平衡力矩）及构件的质量代换两个概念。 【计划学时】2学时 Md 一、作用在机构上的力 作用在机械构件上的力常见到的有：驱动力、生产阻力、重力、惯性力、摩擦力、介质阻力和运动副反力。 Pr G F惯 N F摩 包括：原动力、重力（重心下降）、惯性力（减速）等。 G 从做功的角度可分为： ◆ 驱动力：驱使机构产生运动的力。 特点：与作用点的速度方向相同、 或成锐角——作正功——驱动功、输入功。 9-1 机构力分析的目的和方法 9-1 机构力分析的目的和方法 有害阻力：机械运动过程中的无用阻力（损耗功）。 Md Pr G F惯 N F摩 G G ◆ 阻抗力：阻碍机构产生运动的力。 特点：与作用点的速度方向相反、 或成钝角——作负功——阻抗功。 包括：生产阻力、摩擦力、重力 （重心上升）、惯性力（加速）等。 可分为两种： 有效阻力（生产阻力）：它是机械在生产过程中为了改变工作物的外形、位置或形态等所受到的阻力，克服了这些阻力就完成了有效的工作（有效功或输出功）。如：机床切削阻力和起重机的荷重等。 9-1 机构力分析的目的和方法 1）当重心上升时，重力是阻力；当重心下降时，重力是驱动力； 2）惯性力是一种的假想力；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； 3）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（如传送带送货物）。 注 意： Md Pr G F惯 N F摩 G G 静力分析：在不计惯性力的条件下，对机械进行的力分析称为机构的静力分析。适用于惯性力不大的低速机械。 动态静力分析：将惯性力视为一般外力加于产生该惯性力的构件上，就可以将该构件视为处于静力平衡状态。仍采用静力学方法对其进行受力分析。 确定运动副中的反力。 确定机构需加的平衡力或平衡力矩。 解法：图解法和解析法 二、机构力分析的目的 三、机构力分析的方法 9-1 机构力分析的目的和方法 * Mi = - Js? Pi = -mas 而这惯性力Pi和Mi又可用一个大小等于Pi的总惯性力Pi?代替；其偏离距离为h= Mi/ Pi 。 Mi = 0 Pi = -mas (as=0或as≠0 ) 一、一般力学方法 由理论力学知：惯性力系可以最终简化为一个加于构件质心S处的惯性力Pi和一个惯性力偶矩Mi；即 1.作平面移动的构件 Mi h s Pi Pi ● 匀速 变速 9-2 构件惯性力的确定 9-2 构件惯性力的确定 2.绕定轴转动的构件 a.回转轴线通过构件质心 S 3.作平面复合运动的构件 ? Mi S Pi h Pi Mi = -Js ? Pi = -mas 其中：h=Mi/Pi Mi = - Js ? Pi = -mas 其中：h=Mi/Pi Mi h s Pi Pi Mi = -Js ? (? =0或? ?0 ) Pi = 0 匀速 变速 b.回转轴线不通过质心 9-2 构件惯性力的确定 h1 A B 2 1 S1 3 M1 M2 P2 P1 P1 P2 aS2 ′ aS1 h2 aS3 P3 曲柄滑块机构的一般力学受力分析 9-2 构件惯性力的确定 a.代换前后构件的质量不变； Σmi= m i=1 n Σmi xi = 0 i=1 n Σmi yi = 0 i=1 n Σmi ( x2i + y2i ) =Js i=1 n b.代换前后构件的质心位置不变； c.代换前后构件对质心轴的转动惯量不变。 二、质量代换法 1.基本概念 设想把构件的质量，按一定条件用集中于构件上某几个选定点的假想集中质量来代替。 假想的集中质量称为代换质量，代换质量所在的位置称为代换点。 2.质量代换的等效条件 9-2 构件惯性力的确定 3. 质量代换法 a. 动代换。同时满足上述三个代换条件的质量代换