第四章_平面机构的力分析(2学时).ppt

第四章 平面机构的力分析 第4章 平面机构的力分析 4 平面机构的力分析 §4-1 机构运动分析的任务、目的和方法 §4-2 构件惯性力的确定 §4-3 运动副中摩擦力的确定 §4-4 不计摩擦时机构的受力分析 目 录 第4章 平面机构的力分析 了解作用在机构上的力及机构力分析的目的和方法； 掌握构件惯性力的确定方法和机构动态静力分析的方法； 能对几种最常见的运动副中的摩擦力进行分析和计算。 本章教学目的 机构力分析的目的和方法 构件惯性力的确定 运动副中的摩擦 不考虑摩擦和考虑摩擦时机构的受力分析 本章教学内容 本章重点： 构件惯性力的确定及质量代换法 图解法作平面机构动态静力分析 考虑摩擦时平面机构的力分析 本章难点： 机构的平衡力（或平衡力矩）及构件的质量代换两个概念。 第4章 平面机构的力分析 一、作用在机械上的力 1. 按作用在机械系统的内外分： 1） 外力：如原动力、生产阻力、介质阻力和重力； 2） 内力：运动副中的反力（也包括运动副中的摩擦力和惯性力引起的附加动压力 ） 2、按作功的正负分： 1） 驱动力：驱使机械产生运动的力。 2） 阻抗力：阻止机械产生运动的力。 §4-1 机构力分析的目的和方法 阻抗力又可分为有益阻力和有害阻力。 （1）有益阻力——生产阻力（工作阻力），如切削力。 （2）有害阻力——非生产阻力，如摩擦力、介质阻力。 注意 摩擦力和重力既可作为作正功的驱动力，也可成为作负功的阻力。 有效功（输出功）：克服有效阻力所作的功。 损耗功：克服有害阻力所作的功。 §4-1 机构力分析的目的和方法 1. 机构力分析的目的 1）确定运动副中的反力及各构件的受力； 2） 确定为了使机构原动件按给定规律运动时需加于机械上的平衡力。 ——设计构件的尺寸、形状、强度及整机效率等。 二、机构力分析的目的和方法 §4-1 机构力分析的目的和方法 2. 机构力分析的方法 具体方法：利用达朗伯原理。有图解法和解析法。 §4-1 机构力分析的目的和方法 §4-2 构件惯性力的确定 一、一般力学方法 1. 作平面复合运动的构件 作平面复合运动的构件上的惯性力系可简化为：加于构件质心S上的惯性力FI和一个惯性力偶MI。 2. 作平面移动的构件 变速运动： 等速运动： §4-2 构件惯性力的确定 1）绕通过质心的定轴转动的构件 3. 绕定轴转动的构件 2）绕不通过质心的定轴转动 等速转动： 等速转动：产生离心惯性力 变速转动： 可以用总惯性力FI’来代替FI和MI ，FI’ = FI，作用线由质心S 偏移 lh 变速转动：只有惯性力偶 §4-2 构件惯性力的确定 二、质量代换法 1. 质量代换法 按一定条件，把构件的质量假想地用集中于某几个选定的点上的集中质量来代替的方法。 2. 代换点和代换质量 代换点：上述的选定点。 代换质量：集中于代换点上的假想质量。 在确定构件惯性力时，如用一般的力学方法，就需先求出构件质心的加速度和角加速度，如对一系列位置分析非常繁琐，为简化，可采用质量代换法。 §4-2 构件惯性力的确定 2）代换前后构件的质心位置不变； 3）代换前后构件对质心的转动惯量不变。 以原构件的质心为坐标原点时，应满足： 3. 质量代换条件 1）代换前后构件的质量不变； §4-2 构件惯性力的确定 动代换： 用集中在通过构件质心S 的直线上的B、K 两点的代换质量mB 和 mK 来代换作平面运动的构件的质量。 依据上述原则，有 优点：代换精确。 缺点：当其中一个代换点确定之后，另一个代换点亦随之确定，不能任意选取。工程计算不便。 §4-2 构件惯性力的确定 代换后惯性力： §4-2 构件惯性力的确定 静代换： 在一般工程计算中，为方便计算而进行的仅满足前两个代换条件的质量代换方法。取通过构件质心 S 的直线上的两已知点B、C为代换点，有： 动代换 §4-2 构件惯性力的确定 优点：B及C可同时任意选择，为工程计算提供了方便和条件； 缺点：代换前后转动惯量 Js有误差，将产生惯性力偶矩的误差。 这个误差的影响，对于一般不是很精确的计算的情况是可以允许的，所以静代换方法得到了较动代换更为广泛的应用。 §4-2 构件惯性力的确定 §4–3 运动副中摩擦力的确定 一、研究摩擦的目的 1. 摩擦对机器的不利影响 1）造成机器运转时的动力浪费 机械效率 2）使运动副元素受到磨损零件的强度、机器的精度和工作可靠性 机器的使用寿命 3）使运动副元素发热膨胀 导致运动副咬紧卡死机器运转不灵活； 4）使机器的润滑情况恶化机器的磨损机器毁坏。 2. 摩擦的有用的方面： 有不少机器，是利用摩擦来工作的。如带传动、摩擦离合器和制