机械动力学-1课件VIP

第一章,平面机构的动态静力分析,根据达朗贝尔原理，将惯性力计入静力平衡方程，来求出为平衡静载荷和动载荷而需要在原驱动构件上施加的力或力矩，以及各运动副中的反作用力，这种分析方法，称为动态静力分析。,(1)确定运动副中的反力。对于设计机构各个零件和校核其强度、测算机构中的摩擦力和机械效率等，都必须已知机构的运动副反力。(2)确定机构需加的平衡力或平衡力矩。对于确定机器工作时所需的驱动功率或能承受的最大负荷等都是必需的数据。,动态静力分析,目的,平面机构中作一般平面运动的构件会产生一个惯性力（inertiaforce）和一个惯性力矩（inertiamoment），其中、分别为构件的质量和对质心的转动惯量，和分别为构件的角加速度和其质心的加速度。负号表示惯性力的方向与质心加速度方向相反，惯性力矩的方向与构件角加速度方向相反。特殊情况：1、对做往复直线运动的构件，惯性力矩为零；2、对绕质心回转的构件，惯性力为零。,1.1平面连杆机构的动态静力分析,一、构件的惯性力和惯性力矩,（1）对机构进行运动分析，求出有关速度、加速度和角速度、角加速度等运动参数值，确定各构件的惯性力和惯性力矩。（2）将机构按主动件和杆组进行分解。（3）从远离主动件的杆组开始，逐个对各杆组进行动态静力分析，求出各运动副的反力。（4）对主动件进行动态静力分析，求出应作用在主动件上的平衡力或力矩。（5）为应用方便，可将有关杆组及单杆的力分析编成若干子程序，在对有关机构进行力分析时，可直接调用相关的子程序进行求解。,机构动态静力分析的步骤：,二、平面连杆机构的动态静力分析,如图1.1.3所示，在铰链i处，构件I所受约束反力为FRi；在铰链i-1处，构件I所约束反力为-FRi-1。构件I的矢量形式的力和力矩平衡方程为：,根据式（1.1.1），可写出图1.1.2中各构件的力和力矩的平衡方程：,式(1.1.3)改写成标量式：,Md（平衡力矩）：为维持原动件按照假定的理想运动规律运动（等速回转）所需施加于原动构件上的驱动力距。驱动力距所算出的平衡力矩,三个构件的力和力矩的平衡条件得到9个方程，组成9元的线性方程组：,要求得在构件的一个运动周期中平衡力矩和运动副反力的变化情况，则需将机构的运动周期离散化，得到m个离散的机构位置，按图1.1.4的框图，对m个离散位置个进行一次运动分析和动态静力分析。,自由度：f=3n-2PL-Ph不计摩擦，增加一个高副：增加1个未知约束反力增加一个低副：增加2个未知约束反力增加一个自由度：增加1个平衡力矩增加一个构件：增加3个平衡方程（2力1距）带求的未知约束反力总数：2PL+Ph带求的平衡力矩总数：f动态静力未知总量：f+2PL+Ph=3nn个运动构件可提供的方程总数也为3n在不存在多余约束和附加自由度的机构：动态静力分析是一个静定问题。,三、机构的摆动力和摆动力矩：,1、摆动力为机构所有运动构件惯性力之合力（与基点选取无关）；2、摆动力矩为机构所有运动构件惯性载荷的合力矩（与基点选取有关）。,例：求单缸内燃机曲柄滑块机构的摆动力和摆动力矩，它是不考虑机构所受外力时，运动构件与机座相连的运动副中在惯性力和惯性力矩作用下产生的约束反力，是引起振动的主要激励。,例题：,如图所示，为一对心曲柄滑块机构。曲柄以转速w1=100rad/s做等速回转运动。曲柄长度r=50.8mm，质心与其回转中心A重合，连杆长度l=203mm，连杆质心到铰链B的距离BS2=50.8mm，连杆质量m2=1.36kg，对其质心的转动惯量J2=0.0102kg.m2,滑块质量m3=0.907kg,其质心与铰链C重合。绘出摆动力、对A点的摆动力距及Md随变化的情况。,G:工作载荷（已知量）K:弹簧刚度系数Fp0：初压力（对应于下停歇位置时的锁紧力）：惯性力M2，FR2x：移动副作用于位置H处的力偶与法向反力：移动副中的摩擦力,1.2平面凸轮机构的动态静力分析,。,式中为表征摩擦力方向的量，与从动件速度方向有关：当时，；当时，。,1.2平面凸轮机构的动态静力分析,构件的力平衡方程可列出如下：对从动件2：,对凸轮1：,。,由以上6个方程组成一个线性方程组，可求解此问题中的6个未知量，其中：,将式（1.2.5）代入式（1.2.4），得到,若忽略摩擦，由上式可导出动态力矩的表达式为：,对高速凸轮，若需要降低输入轴上的动态力矩，选择从动件运动规律时应注意速度和加速度的乘积。,摆式飞剪机构简图,1.3工程实例飞剪的动态静力分析,飞剪各构件受力