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时间:2019-06-28
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1、第九章平面机构的力分析§9-1机构力分析的目的和方法一、作用在机构上的力1.驱动力(驱动力矩)2.生产阻力4.重力5.惯性力~加在变速运动构件上的假想力。3.运动副反力~产生摩擦力二、机构力分析的目的和方法1.机构力分析的任务1)确定运动副中的反力(运动副两元素接触处彼此的作用力);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。2.机构力分析的方法1)对于低速度机械:采用静力分析方法;2)对于高速及重型机械:一般采用动态静力分析法。§9-2构件惯性力的确定一、一般力学方法1.作平面移动的构件:a、等速移动Fi=0Mi=0b、变速移动Fi=-masMi=02.绕通过质心轴
2、转动的构件→飞轮、曲柄a、等速转动Fi=0Mi=0b、变速转动Fi=0Mi=-Jsα一、一般力学方法(续)3.绕不通过质心的定轴转动的构件惯性力和惯性力矩合成为Fi′移动的距离h=Mi/Fia、等速转动Fi=-mansMi=0b、变速转动Fi=-masMi=-Jsα4.作平面复杂运动的构件→连杆Fi=-masMi=-Jsα二者可合成为Fi′h=Mi/FiFi′与Fi大小相等,方向相同,指向一致。Fi′对Fi作用点产生的矩与Mi相同。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
3、:集中于代换点上的假想质量。二、质量代换法(续)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.质量代换时必须满足的三个条件:1)代换前后构件的质量不变;二、质量代换法(续)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的代换法。4.两个代换质量的代换法5.静代换和动代换1)动代换:要求同时满足三个代换条件的代换方法。二、质量代换法(续)2)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的直线上的两点B、C为代换点,有:B及C可同时
4、任意选择,为工程计算提供了方便和条件;代换前后转动惯量Js有误差,将产生惯性力偶矩的误差:§9–3运动副中的摩擦一.移动副中摩擦力F21=fN21当外载一定时,运动副两元素间法向反力的大小与运动副两元素的几何形状有关:1)两构件沿单一平面接触N21=-QF21=fN21=fQ2)两构件沿一槽形角为2q的槽面接触N21sinq=-Q二、移动副中的摩擦(续)-23)两构件沿圆柱面接触N21是沿整个接触面各处反力的总和。整个接触面各处法向反力在铅垂方向的分力的总和等于外载荷Q。取N21=kQ(k≈1~1.57)ƒv------当量擦系数4)标准式不论两运动副元素的几何形状如何,两元素间产生的
5、滑动摩擦力均可用通式:来计算。二、移动副中的摩擦(续)-25)槽面接触效应当运动副两元素为槽面或圆柱面接触时,均有ƒv>ƒ其它条件相同的情况下,沿槽面或圆柱面接触的运动副两元素之间所产生的滑动摩擦力>平面接触运动副元素之间所产生的摩擦力。2.移动副中总反力的确定1)总反力和摩擦角总反力R21:法向反力N21和摩擦力F21的合力。摩擦角:总反力和法向反力之间的夹角。2)总反力的方向二、移动副中的摩擦(续)-2R21与移动副两元素接触面的公法线偏斜一摩擦角;R21与公法线偏斜的方向与构件1相对于构件2的相对速度方向v12的方向相反3.斜面滑块驱动力的确定1)求使滑块1沿斜面2等速上行
6、时所需的水平驱动力P根据力的平衡条件(正行程)如果,P’为负值,成为驱动力的一部分,作用为促使滑块1沿斜面等速下滑。二、移动副中的摩擦(续)2)求保持滑块1沿斜面2等速下滑所需的水平力P’根据力的平衡条件当滑块1下滑时,Q为驱动力,P’为阻抗力,其作用为阻止滑块1加速下滑。(反行程)§9-4不考虑摩擦力的机构力分析一、运动副的反力的特点(忽略摩擦)2.移动副的反力方向垂直于运动导路,但大小,作用点未知1.转动副的反力通过转动副的中心,大小方向未知3.平面高副的反力通过接触点的公法线方向,但大小未知二、机构及杆组进行力分析的条件1.机构力分析的条件(1)力的三要素为大小、方向、作用
7、点(3)设机构有n个活动构件,每个构件可列3个力的平衡方程。(2)低副的反力未知要素为2,高副反力未知要素为1设机构未知的外力数为F,则整个机构的未知的力的要素为F+2PL+PH要使问题可解,须使平衡方程数与力的未知数相等。[结论]机构力分析时能得出确切解答的条件是机构的自由度数等于机构所受外力的未知要素的个数。3n=F+2PL+PHF=3n-2PL-PH2.杆组的静定条件对于不受未知力的杆组来说,它只有2PL+PH个未知副反力。而平衡方程数为
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