平面机力分析.ppt

§4－2 构件惯性力的确定 1. 一般力学方法 2. 质量代换法 * 第四章 平面机构力分析 §4－1机构力分析的任务、目的和方法 §4－4不考虑摩擦的平面机构力分析 §4－3运动副中的摩擦 §4－2构件惯性力的确定 Dynamics Analysis of Planar Mechanisms §4－1机构力分析的任务、目的和方法 一、作用在机械上的力 θ1 力 外力 内力 驱动力（矩） 阻力 重力 惯性力 —驱动功Wd 阻力功 有效阻力（工作阻力） 有害阻力（非工作阻力） 有效功wr （输出功） 损失功WC —运动副中的反力（构件间的互相作用力） Md Fr G Ff F12 F32 2 3 Fg 注意！摩擦力并非总是阻力，有些机构中摩擦力是驱动力。 1 二、机构力分析的任务和目的 θ1 Md Fr G Ff F12 F32 2 3 Fg 作用在机械上的力不仅影响机械的运动和动力性能，而且是进行机械设计决定结构和尺寸的重要依据，无论分析现有机还是设计新机械，都必须进行力分析。 任务 确定运动副中的反力 —计算零件强度、研究摩擦及效率和机械振动 确定为使机构按给定运动规律运动时加在机构上的平衡力（平衡力偶） 与作用在机械上的已知外力以及当该机械按给定运动规律运动时各构件的惯性力相平衡的未知外力。 三、机构力分析的方法 方法 静力分析 动态静力分析 对于低速机械，因为惯性力的影响不大，可忽略不计算。 V an F 用动静法分析作圆周运动的小球 FI+F=0 FI=- m · an 质点的达郎伯原理—当非自由质点运动时，作用于质点的所有力和惯性力在形式上形成一平衡力系。 ∑Fn-n=0 FI 这种在形式上用静力学的方法分析动力学问题的方法称为动态静力分析方法，简称动静法。 动态静力分析方法 一个刚体（构件）是一个质点系，对应的惯性力形成一个惯性力系。 对于作平面复合运动而且具有平行于运动平面的对称面的刚体，其惯性力系可简化为一个加在质心S上的惯性力和一个惯性力偶。 平面机构力分析的动静法：对构件进行力分析时，把惯性力系作为外力加在构件上，用静力平衡条件求解。 动静法只是一种处理动力学问题的方法。实际上质点并没有受到惯性力作用，因此质点的这种平衡是虚拟的。我们只是把惯性力虚加在质点上来把质点的动力学问题转化为静力学问题来处理。 力的平移定理 可以把作用在刚体上点A的力F平行移到任一点B，但必须同时附加一个力偶，这个附加力偶的矩等于原来的力F对新作用点B的矩. 如图机构中的连杆2，作用在质点系质心S上的惯性力和惯性力偶分别为： 一个刚体（构件）是一个质点系，对应的惯性力形成一个惯性力系。对于作平面复合运动而且具有平行于运动平面的对称面的刚体，其惯性力系可简化为一个作用在质心S上的惯性力和一个惯性力偶。 θ1 MI2= - JS2α2 FI2= -m2 aS2 将PI2和MI2合成一个不作用在质心的总惯性力F’I2 ，其作用线离质心S距离为： h=MI2 / FI2 ，矩与α2相反。 1. 一般力学方法 因各构件的运动形式不同，惯性力系的简化有以下三种情况： (1) 作平面复合运动的构件 2 3 1 S2 aS2 α2 FI2 MI2 F’I2 h 如图机构中的滑块3，作用在质心S上的惯性力为： 对于作平面移动的构件，由于没有角加速度，其惯性力系可简化为一个作用在质心S上的惯性力。 θ1 FI3=-m3 aS3 （2） 作平面移动的构件 2 3 1 S3 aS3 FI3 ①绕不通过质心的定轴转动的构件（如凸轮等），惯性力系为一作用在质心的惯性力和惯性力偶矩： ②绕通过质心的定轴转动的构件（飞轮等），因其质心加速度为零，因此惯性力系仅有惯性力偶矩： 对于作定轴转动的构件（如图机构中的曲柄杆1 ），其惯性力系的简化有以下两种情况： MI1=-JS1α1 FI1=-m1 aS1 将PI1和MI1合成一个不作用在质心的总惯性力F’I1 ，其作用线离质心S距离为：h=MI1 / FI1 ，矩与α1相反。 （3）作定轴转动的构件 2 3 1 S1 aS1 α1 FI1 MI1 F’I1 h MI1=-JS1α1 质量代换法：用集中在某些选定点的假想质量的惯性力来代替原构件的惯性力系，这种按一定条件将构件的分布质量用集中在若干选定点的假想质量来代换的方法称为质量代换法。 该假想的质量称为代换质量。代换质量所集中的点称为代换点。 代换的条件： 前后质量不变 质心位置不变 对质心轴的转动惯量不变。 满足前两个条件的称为静代换，此时惯性力不变。三个条件同时满