河北工业大学机械原理力分析ppt课件.ppt

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1、第一节概述1）确定各运动副中的约束反力对机构进行构件的强度设计；估算机械效率；研究运动副中的摩擦和润滑。2）确定需加于机构上的平衡力（平衡力矩）已知生产负荷确定原动机的最小功率；或由原动机的功率来确定所能克服的最大生产阻力。平衡力(矩)的概念：是与作用在机械上的已知外力（包括外力矩）以及（当该机械按给定运动规律运动时）各构件的惯性力（包括惯性力矩）相平衡的力或力矩。举例牛头刨床：用于平衡切削阻力、重力、构件惯性力（矩）时，在原动件上所需施加的驱动力矩。举例内燃机：已知驱动力、各构件的重力、惯性力，

2、确定所能克服的生产阻力。一、机构力分析的任务约束反力、平衡力二、机构力分析的原理和方法1、机构的动态静力分析：根据达朗伯原理、将惯性力（矩）看作外力加在相应的构件上，将动态运动的机构看作处于静力平衡状态，从而用静力学的方法进行分析计算。1)动态静力分析:一般适用高速重型机械，惯性力往往比外力要大，不能忽略。一般情况下可忽略重力和摩擦力，通常可满足工程要求。2)静力分析：一般情况下，适用于低速机械，惯性力可忽略不计。3)为求出各构件的惯性力（矩），需首先对机构进行运动分析。2、机械力分析的方法：图解

3、法：形象直观，精度低解析法：精度高，可进行运动循环的力分析举例：偏心轮惯性力（矩）给定力外加力（矩）法向反力约束反力切向反力(即摩擦力)驱动力——在平面运动构件上，凡是力的作用方向与构件的运动速度方向相同或成锐角的力（与构件角速度方向一致的力矩称为驱动力矩）。驱动力（矩）所作功为输入功，用于驱动机械运动。阻力——在平面运动构件上，凡是力的作用方向与构件的运动速度方向相反或成钝角的力（与构件角速度方向相反的力矩称为阻力矩）。第二节作用在机械上的力一、作用在机械上的力机械运动时作用在构件上的力可分为两

4、类:包括：驱动力、工作阻力（阻抗力）、重力按作用分为阻力驱动力工作阻力有害阻力工作阻力（矩）机械在生产过程中为了改变工作物的外形、位置或状态所受到的阻力，克服了阻力就完成了有效的工作。如车削阻力、起重力等：称为输出功或有益功工作阻力（矩）所作功为输出功（或有益功）。有害阻力（矩）机械运转过程受到的非生产阻力，克服了这类阻力所作的功纯粹是浪费能量。如摩擦力、空气介质阻力等。约束反力：对机构而言是内力，对构件而言是外力。附加动压力：单独由惯性力（矩）引起的约束反力。1）一般平面运动构件构件2（连杆）作

5、一般平面运动;S2：质心as2：质心加速度Js2：转动惯量α2：角加速度二、构件惯性力和惯性力偶的确定构件运动形式不同，惯性力的表达形式不一样。其惯性力系可简化为一个通过质心的惯性力FI2和一个惯性力偶MI2负号表示FI2的方向与as2的方向相反；MI2的方向与α2的方向相反。通常可将FI2和MI2合成一个总惯性力h2为与FI2间的距离.2）平面移动构件FI3=-m3a33)作定轴转动的构件一般情况：FI1=-m1as1MI1=-Js1α1质心位于回转中心：MI1=-Js1α1第三节不考虑摩擦

6、时平面机构的动态静力分析一、解析法作机构动态静力分析的步骤1）将所有的外力、外力矩（包括惯性力和惯性力矩以及待求的平衡力和平衡力矩）加到机构的相应构件上；2）将各构件逐一从机构中分离并写出一系列平衡方程式；3）联立求解这些平衡方程式，求出各运动副中的约束反力和需加于机构上的平衡力或平衡力矩。（分析机构）所受外力、分离构件、列平衡方程一般情况下，可把这些平衡方程式归纳为解线性方程组的问题。可用相应的数值计算方法利用电子计算机解这些方程组算出所求的各力和力矩。二、解析法作机构动态静力分析时的注意事项因

7、它们大小相等而方向相反1）运动副中的约束反力:常用：Fik表示构件i对构件k的作用力；则：Fki表示构件k对构件i的作用力；常将：Fki表示为-Fik；（为了减少未知量的数目）一般可先将Fik设为正，如求出的力为负，则表示实际力的方向与所设方向相反；反之，若为正，则表示二者的方向相同。2)力矩：一般设：逆时针方向为正，顺时针方向为负。已知力矩的方向为逆时针方向时，用正值代入；否则，用负值代入。3）力：若已知力或其分量的方向与所设坐标轴的正向相反，则用负值代入；否则，用正值代入。三、铰链四杆机构的动

8、态静力分析例：已知图示铰链四杆机构,工作阻力求：解各运动副中的约束反力；应加在原动件1上的平衡力矩Mb分析受力分离构件平衡方程质心位置S1、S2、S3求：解各运动副中的约束反力；应加在原动件1上的平衡力矩Mb为了后面计算方便，先求出构件3上的β角。设则（5-4）（5-5）例：已知图示铰链四杆机构(5-8)(5-9)(5-10)这里从而得1）构件1设存在惯性力质心注：图中约束反力与矩，以及平衡力矩均为未知量，设其均为正方向（不要根据图中力的方向列方程）如重力符号表明与F41方向相反而