第二章 机构的动态静力分析课件.ppt

1 * 机器在运转过程中，受到其各部件本身所具有的 质量和转动惯量在运动状态下产生的惯性作用。 这种随机构运转而周期性变化的惯性作用是产生机 器振动、噪音和疲劳等现象的主要原因，其结果大大 影响了机构的运动和动力性能。 机构动力平衡就是为解决这一问题所进行的研究，它是机构学领域，特别是机构动力学重要的前沿课题之一。 1.1 平面连杆机构的动态静力分析 （一）几个基本定义 1、机构 机构是由两个以上的构件，彼此间形成一定型式 的“可动联接”，实现运动和力的传递与变换，且 各构件间具有确定的相对运动。 机构是机器实现其运动学功能的基本组成。 机构的结构设计是 机构的“运动学机构设计”。 着重是从运动、自由度与约束的基本特征来研究机构 的结构，也是机构学理论的基础。 2、结构 “结构”是指“运动”、“自由度”和“约束”有关的“结构”， 而不具体研究与强度、刚度有关的尺寸和形状。 3、构件 “构件”是机构结构的最基本元件。 其功能是传递运动和力。 （二）作用在机械上的力 作用在机械上的力不仅是影响机械的运动和动力 性能的重要参数，而且也是决定机械的强度设计和结 构形状的重要依据。 根据力对机械运动影响的不同，可将其分为两大类： 驱动力： 驱动机械运动的力称为驱动力。 驱动力与其作用点的速度方向相同或 成锐角，其所作的功为正功，称为驱 动功或输入功. 2.阻抗力: 阻止机械运动的力称为阻抗力 阻抗力与其作用点的速度方向相反或成钝角， 其所作的功为负功，称为阻抗功 . 阻抗力分为： 有效阻抗力—工作阻力。它是机械在生产过程中为了 改变工作物的外形、位置或状态等受到的阻力，克服 这些阻力就完成了有效的工作。 如：切削阻力等 有害阻力：即机械在运转过程中所受到的非生产阻力。 克服这类阻力所作的功是一种纯粹的浪费,故称为损失功。 例如摩擦力、介质阻力等一般就常为有害阻力。 （三）平面连杆机构的动态静力分析方法 机构力分析的任务是确定运动副中的反力和需加于 机构上的平衡力。 在机械原理中规定： 将各运动副中的反力统一表示为 的形式. 即构件i作用于构件j上的反力，且规定 构件j作用于构件i上的反力 则用 表示。 例：机构动态分析的解析法 1、构件的惯性力和惯性力矩 对绕质心回转的构件， 惯性力为零。 两种特殊情况： 对作往复直线运动的构件， 惯性力矩为零； 2、构件惯性力的确定(以曲柄连杆机构为例） 作平面复合运动的构件: 作平面移动的构件： 绕定轴转动的构件： 3、平面连杆机构的动态静力分析 构件2 各构件的平衡方程分别 是： 构件3 构件4 在原动构件2上作用有平衡力矩 平衡力矩是：为维持原动构件按假定的理想运动规律 运动,所需施加于原动构件上的驱动力矩。 补充：力对点的矩的表示方法 按照上述表示方法可将三个构件的平衡方程展开为： 构件2： 构件3： 构件4： 三个构件，得到9方程，组成一个线性方程组，可表示为： 1.2 平面凸轮机构的动态静力分析 一、凸轮机构的应用与分类 1、凸轮机构的应用 广泛应用在各种机械、特别是自动机和自动控制装置中。 凸轮：是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件。 凸轮通常为主动件作等速转动,也有作往复摆动或移动的； 被凸轮直接推动的构件称为推杆，又称从动杆 。 若凸轮为从动件，则称之为反凸轮机构。 勃朗宁重机枪就用到了 反凸轮机构，它在节套 后坐时，使枪机加速后 坐，以利弹壳及时退出。 2、凸轮机构的分类 按凸轮的 形状分： 这种凸轮是一个具有变化的向径 的盘形构件绕固定轴线回转。 盘形凸轮： 圆柱凸轮： 这种凸轮是一个在圆柱面上开有曲线凹槽，或是在圆柱端面上作出曲线轮廓的构件。 2、凸轮机构的分类 按推杆的 形状分： 这种推杆易磨损,只适用于作用力 不大和速度较低的场合,如仪表等。 尖端推杆： 滚子推杆： 磨损小,可用来传递较大的动力， 滚子常采用特制结构的球轴承 或滚子轴承。 平底推杆： 优点是凸轮与平底的接触面间易形成油膜，润滑较好，常用于高速传动中。 二、凸轮机构的动态静力分析 图为一对心直动从动件圆盘凸轮机构，假定凸轮作等速 回转运动，忽略凸轮轴可能存在的速度波动。求作用于 凸轮上维持其等速回转的平衡力矩 从动件在凸轮廓线驱动下作上升 -停歇-下降-停歇的周期性运动， 其位移为s，即 （从最低位置——基园半径 处算起）为凸轮转角 的函数， 是一个已知量。 凸轮和从动件的受力图 从动件所受的工作载荷为G，是 随凸轮转角而变化的一个已知量 封闭弹簧的刚度系数为k; 初压力为 （对应于下歇位置