上海市中考满分作文-2012-四章.ppt

第四章平面机构力分析 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 本讲重点 运动副中摩擦力的确定含惯性力的动态静力分析 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 第四章平面机构力分析 4 1机构力分析的目的和方法 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 2 按作功的正负分 1 驱动力 驱使机械产生运动的力 其特征是该力与其作用点速度的方向相同或成锐角 所作的功为正功 称驱动功或输入功 2 阻抗力 阻止机械产生运动的力 其特征是该力与其作用点速度的方向相反或成钝角 所作的功为负值 一 作用在机械上的力 续 阻抗力又可分为有效阻力和有害阻力 1 有效阻力 是指为了完成有益工作必须克服的生产阻力 称有效阻力 2 有害阻力 是指机械在运转过程中所受到的非生产无用阻力 如有害摩擦力 介质阻力等 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 输出功 克服有害阻力所作的功 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 本章重点 惯性力和摩擦力的确定 4 2构件惯性力的确定 自学p51 一 一般力学方法 1 作平面复合运动的构件 构件BC上的惯性力系可简化为 加在质心S上的惯性力Pi 和惯性力偶MI 可以用总惯性力PI 来代替PI和MI PI PI 作用线由质心S偏移 2 作平面移动的构件 变速运动 等速运动 PI 0 MI 0 一 一般力学方法 续 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 PI 0 MI 0 变速运动 只有惯性力偶 等速转动 产生离心惯性力 变速转动 可以用总惯性力PI 来代替PI和MI PI PI 作用线由质心S偏移lh 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 将质心上的质量分解到铰链点上 可免求惯性力偶矩 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 4 3运动副中的摩擦 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 一 研究摩擦的目的 续 有不少机器 是利用摩擦来工作的 如带传动 摩擦离合器和制动器等 二 移动副中的摩擦 1 移动副中摩擦力的确定 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 Q F21 fN21 fQ 2 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 3 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 v 当量摩擦系数 4 标准式 不论两运动副元素的几何形状如何 两元素间产生的滑动摩擦力均可用通式 来计算 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 v 二 移动副中的摩擦 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 R21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的方向相反自锁条件 是驱动力与法向夹角 条件自锁 静止 无条件自锁 二 移动副中的摩擦 3 斜面滑块驱动力的确定 1 求使滑块1沿斜面2等速上行时所需的水平驱动力P 正行程 2 求保持滑块1沿斜面2等速下滑所需的水平力P 反行程 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 自锁条件 注意 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 将螺纹沿中径d2圆柱面展开 其螺纹将展成为一个斜面 该斜面的升角a等于螺旋在其中径d2上的螺纹升角 三 螺旋副中的摩擦 1 矩形螺纹螺旋副中的摩擦 1 矩形螺纹螺旋副的简化 螺旋副可以化为斜面机构进行力分析 1 轴颈摩擦 四 转动副中的摩擦 重点 用总反力R21来表示N21及F21 四 转动副中的摩擦 续 1 摩擦力矩和摩擦圆 摩擦力F21对轴颈形成的摩擦力矩 摩擦圆 为O为圆心 以 为半径所作的圆 由 由力平衡条件 为确定总反力方向 人为定的一个圆 四 转动副中的摩擦 续 2 转动副中总反力R21的确定 1 根据力平衡条件 R21 Q 2 总反力R21必切于摩擦圆 3 总反力R21对轴颈轴心O之矩的方向必与轴颈1相对于轴承2的角速度w12的方向相反 注意 R21是构件2作用到构件1上的力 是构件1所受的力 w12是构件1相对于构件2的角速度 构件1作用到构件2上的作用力R12对转动副中心之矩 与构件2相对于构件1的角速度w12方向相反 四 转动副中的摩擦 续 2 转动副中总反力R21的确定 将Md与Q合成为一个合力Q Q 的移距为h Md Q当h Q 在摩擦园外 Md Mf21 加速运动 当h Q 切于摩擦园 Md Mf21 匀速或静止 当h Q 割于摩擦园 Md Mf21 减速或静止 自锁条件 h 例1 例2 四 转动副中的摩擦 续 2 止推轴承 轴端 的摩擦 ds 2 d dF fdN fpds dN pds 非跑合止推轴承摩擦 不经常旋转的轴端 如 圆盘摩擦离合器 螺母与被联接件端面之间的摩擦 跑合止推轴承摩擦 经常有相对转动的轴端 如止推轴颈和轴承之间的摩擦属于此类 四 转动副中的摩擦 续 2 跑合的止推轴承 轴端各处压强p不相等 pr 常数跑合后有磨损 压强不等 轴心压强最大 易压溃 做成空心 1 非跑合的止推轴承 轴端各处压强p相等新轴端不常运动 接触紧密 轴端压强均布 假设已对机构作过运动分析 得出了惯性力 因为运动副中的反力对整个机构是内力 因此必须把机构拆成若干杆组分析 所拆得的杆组必须是静定的才可解 4 4不考虑摩擦的平面机构力分析 一 构件组的静定条件 对构件列出的独立的平衡方程数目 所有力的未知要素数目 构件组的静定特性与构件的数目 运动副的类型和数目有关 力分析的目的 求反力 了解各杆受力情况 以便求解杆的截面尺寸 求平衡力 了解驱动能力 或工作阻力 转动副 反力大小和方向未知 作用点已知 两个未知数 移动副 反力作用点和大小未知 方向已知 两个未知数 平面高副 反力作用点及方向已知 大小未知 一个未知数 运动副 总结以上分析的情况 转动副反力 两个未知量 移动副反力 两个未知量 低副反力 两个未知量 平面高副反力 一个未知量 假设一个由n个活动构件组成的杆组中有PL个低副 有Ph个高副 那么总的未知量数目为 2PL Ph n个活动构件可列出3n个平衡方程 构件组静定的条件为 3n 2PL Ph3n 2PL Ph 0 杆组 基本杆组 结论 基本杆组是静定杆组 二 机构静态动力分析的步骤 进行运动分析 求出加速度和惯性力 把惯性力作为外力加在构件上 根据静定条件把机构分成若干基本杆组 从离平衡力作用构件 原动件 最远的构件 或者未知力最少的构件开始 依次列静平衡方程分析 举例 如图曲柄滑块机构 已知各构件的尺寸 连杆1的转动惯量JS1 滑块3的重量Q3 其质心S3在C处 而其它构件的重量和转动惯量都忽略不计 又设原动件以等角速度 1回转 作用在滑块3上的生产阻力为Pr 求 在图示位置时 各运动副中的反力 以及为了维持机构按已知运动规律运转时加在原动件1上G点处沿x x方向的平衡力Pb 已知 Pr求 Pb A B C 1 3 4 Q5 Pr W1 S5 x x 1 对机构进行运动分析 用选定的长度比例尺Ul 速度比例尺UV和加速度比例尺Ua 作出机构的速度多边形和加速度多边形 P b c A B C 1 3 4 Q5 Pr W1 S5 x x 2 确定各构件的惯性力和惯性力偶矩 作用在连杆1上的惯性力偶矩为 作用在滑块3上的惯性力为 方向与aS5方向相反 PI3 在质心上添加 A B C 1 3 4 Q5 Pr W1 S5 x x 3 把惯性力加在构件上并拆分基本杆组进行分析 1 6 级机构 级基本杆组 把机构分成机架 原动件和若干基本杆组 对基本杆组进行力分析 R12 R32 Q3 Pr F13 R23 R43 观察此基本杆组 构件2是二力构件 R23 R32 平面内的一个刚体只受两个力作用时 这两个力必然大小相等方向相反 且作用在同一条直线上 研究滑块3的力平衡 取力比例尺并作图求解 Q3 Pr FI3 R43 R23 a b c d e 可得 对原动件进行力分析 得到平衡力 分析原动件 只受三个力作用 Pb R21和R41和是典型的三力构件 研究原动件的力平衡 R21 可得Pb R61 一个刚体只受平面内三个力作用时 这三个力必然相汇交于一点 Pb R41 R21 Pb R41 第五章机械的效率与自锁 解决问题 1 什么是机械效率 效率有几种表达方式 2 什么是机械损失系数 3 如何求解串联 并联和混联时的机械效率 4 什么是机械自锁 如何确定自锁条件 要求掌握 作业中的概念题 选择 填空 对错 小问题 一 机械效率的表达式1 效率以功或功率的形式表达功之比表示机构效率输入功 Ad输出功 Ar 克服工作阻力功 有害功 Af 摩擦阻力功 Ad Ar Af机械效率 Af 0 故 功率之比表示机构效率 2 效率以力或力矩的形式表达作匀速运动的机械 机械效率可用力之比或力矩之比表示 P 驱动力 Q 工作阻力 Vp r1 P VQ r2 Q 机械效率 理想机械 无摩擦阻力等有害阻力 Nf 0 0 1设Po为对应与Q的理想驱动力或Qo为对应与P的理想工作阻力 则 理想机械 2 效率以力或力矩的形式表达作匀速运动的机械 机械效率可用力之比或力矩之比表示 机械效率 有