机构的动态静力分析.ppt

第一章机构的动态静力分析,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：,即构件i作用于构件j上的反力，且规定,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;,从动件质量m产生的惯性力,；,移