《机械原理》课件 第4章.ppt

1、了解作用在机构上的力以及机构力分析的目的和方法；掌握部件惯性力的测定方法和机构的动静态分析方法；它可以分析和计算几种常见运动副的摩擦力；本章教学目的，第4章平面机构的受力分析，机构受力分析的任务、目的和方法，构件惯性力的测定，不考虑摩擦时运动副摩擦力的测定，考虑摩擦时机构受力分析，本章教学内容，本章重点：构件惯性力的测定，考虑摩擦时平面动静分析机构受力分析的质量代换图解法，4-1任务， 机构力分析的目的和方法，即作用在机械上的力，1其特征在于力的方向与其作用点的速度相同或成锐角，所做的功是正功，称为驱动功或输入功。 2.阻力：阻止机器移动的力。其特征在于力的方向与其作用点的速度相反或形成钝角，

2、所做的功为负。作用在机器上的力(续)，阻力可分为有效阻力和有害阻力。(1)有效阻力：指为了完成有益的工作而必须克服的生产阻力，因此也称为工作阻力。(2)有害阻力：指机械在运行过程中受到的非生产性阻力，如有害摩擦和介质阻力。应该注意的是，摩擦力和重力既可以作为正功的驱动力，也可以作为负功的阻力。有效功(输出功):克服有效阻力的功。失去的工作：克服有害阻力的工作。机构受力分析的任务、目的和方法。机构力分析的任务和目的，1)确定运动副中的反作用力(运动副中两个元件之间的相互作用力)；2)确定需要添加到机器上的平衡力(或平衡力偶)，以使机构的原始部件按照给定的规律运动。2.机构受力分析方法：1)低速机

3、械：采用静态分析法；2)对于高速、重型机械，一般采用动静分析法。4-2部件惯性力的测定，1。一般机械方法，1。组件在平面内移动，2。在平面内运动的组件，恒速：=0，MI=0，1。一般机械方法(续)，1)绕穿过质心的固定轴旋转的部件，3。绕固定轴旋转的部件，2)不通过质心的部件变速运动：仅惯性力偶，恒速旋转：产生离心惯性力，变速旋转：PI和MI可由总惯性力PI代替，PI=PI，作用线由质心s偏移LH；2.质量替代法，1。质量替代法，在一定条件下，假定部件的质量被集中在某些选定点上的集中质量所替代。替代点和替代质量，替代点：上述选择点。替代质量：专注于替代点的想象质量。第二，质量代换法(续)，2)

4、代换前后构件质心位置不变；3)更换前后部件对质心的转动惯量不变。当原始构件的质心作为坐标原点时，应满足以下三个条件：(1)更换前后构件质量不变；2.质量替换法(续)，使用集中在穿过部件质心S的直线上的两点B和K上的替换质量mB和mK来替换平面运动中部件的质量。4。两种替代性质的替代方法。静态替代和动态替代，1)动态替代：一种需要同时满足三个替代条件的替代方法。2.质量替代法(续)；2)静态替代：在一般工程计算中，为便于计算，只满足前两个替代条件的一种质量替代方法。通过构件质心s的直线上的b点和c点作为替代点，可以同时任意选取，为工程计算提供了方便和条件；更换前后的转动惯量Js存在误差，这将导致

5、转动惯量的误差：(4)运动副摩擦力的确定；(1)研究摩擦的目的，(1)摩擦对机器的不利影响，(1)机器运行过程中的动力浪费和机械效率，(2)运动副的组成受磨损零件的强度、机器的精度和工作可靠性以及机器的使用寿命的影响；3)运动副的元件被加热和膨胀，导致运动副紧密咬合并锁定机器运行。4)使机器的润滑恶化，磨损机器并将其损坏。摩擦的有用方面：1。研究摩擦力的目的(续)有许多机器靠摩擦力工作。如皮带传动、摩擦离合器和制动器。1.移动副摩擦力的测定，F21=f N21。当外部载荷恒定时，移动对的两个元件之间的法向反作用力与移动对的两个元件的几何形状相关：1)两个元件沿着单个平面接触，N21=-q，f2

6、1=fn21=fq，以及2)两个元件沿着凹槽角度为2q的凹槽表面接触， n21sinq整个接触面法向反作用力的垂直分力之和等于外载荷q，取n21=kq (k11.57)，v-等效摩擦系数，和4)标准公式计算。1。移动副中的摩擦(续)，5)槽面接触效应，当移动副的两个元件与槽面或圆柱面接触时，在沿槽面或圆柱面接触的移动副的两个元件之间存在滑动摩擦，在其它条件相同的情况下，在彼此平面接触的移动副的两个元件之间存在摩擦。2.移动副中总反作用力的确定，1)总反作用力和摩擦角，总反作用力R21:法向反作用力N21和摩擦力F21的合力。摩擦角：总反作用力和法向反作用力之间的角度。2)总反作用力的方向，1。

7、移动对中的摩擦(续)，R21和移动对的两个元件之间的接触表面的公共法线偏离摩擦角；R21和公共法线之间的偏离方向与分量1相对于分量2的相对速度v12的方向相反。3.斜坡上滑块驱动力的确定。1)求出滑块1沿斜坡2匀速向上移动所需的水平驱动力。根据力的平衡条件，(正行程)，如果P为负，它将成为驱动力的一部分，这将促使滑块1沿斜坡匀速下滑。1.移动副中的摩擦(续)；2)找出保持滑块1以恒定速度沿斜面2向下滑动所需的水平力p。根据力的平衡条件，应当注意，当滑块1向下滑动时，q是驱动力，p是阻力，并且其功能是防止滑块1以加速速度向下滑动。(反向行程)，将螺纹沿中间直径d2的圆柱面展开，其螺纹将展开成一个

8、斜面。斜面的倾斜角等于螺钉在中间直径d2上的螺纹上升角。第二，螺旋副中的摩擦力，l-导程，z-螺纹数，p-螺距，1。矩形螺纹副中的摩擦，1)矩形螺纹副的简化，它可以简化为用于力分析的斜面机构。2.螺旋副中的摩擦(续)；2)拧紧和松开螺母。拧紧：在扭矩m的作用下，螺母克服Q力以恒定速度向上移动，这相当于给滑块2增加一个水平力P，使滑块2以恒定速度沿斜面向上滑动。释放：螺母沿Q力方向以相同速度向下移动，相当于滑块2沿斜面以相同速度向下滑动。矩形螺纹：三角形螺纹：2。螺旋副摩擦(续)，2。三角螺纹螺旋副中的摩擦，1)三角螺纹和矩形螺纹的异同，不同几何形状的运动副元件在相同轴向载荷条件下，法向反作用力

9、之间的摩擦1.轴颈摩擦3。旋转副N21和F21中的摩擦力用总反作用力R21 3表示。旋转副中的摩擦(续)1)摩擦力矩和摩擦圆，摩擦圆：半径为的圆。力平衡条件、3。旋转副中的摩擦力(续)，2)旋转副中总反作用力R21的确定，(1)根据力平衡条件，R21Q，(2)总反作用力R21必须与摩擦圆相切。(3)总反作用力R21对轴颈轴线O的力矩方向必须与轴颈1相对于轴承2的角速度w12的方向相反。注意，R21是由构件2施加在构件1上的力，并且是由构件1施加的力。W12是构件1相对于构件2的角速度。由构件1施加在构件2上的力R12到旋转对中心的力矩与构件2相对于构件1的角速度w21相反。(4)平面高副摩擦力

10、的确定；(4)不考虑摩擦的机构受力分析。当不考虑摩擦力时，机构动静态分析的步骤如下：(1)计算各部件的惯性力，并将其作为外力施加到产生惯性力的部件上；(2)根据静态条件，在平衡力的作用下，机构分解成若干个部件组和部件；3)从离平衡力最远的构件组开始，对每个构件组进行受力分析；4)对平衡力作用下的部件进行受力分析。在图中所示的成形器机构中，我们知道每个部件的尺寸、原动机的角速度w1、刨削头的重量Q5、当机构处于图中所示的位置时刨削头的惯性力PI5以及此时刀具的切削阻力(即生产阻力)Pr。试着找出：机构的每个运动副中的反作用力和需要施加到原动子1上的平衡耦合力矩(忽略其他部件的重力和惯性力)。1.

11、该机构被分解成由构件5和4、构件3和2以及具有平衡力的构件1组成的两个静定杆组。2.按照上述顺序进行分析。取点e的力矩R65的作用线位置，例2(续)，1)构件组5和4的应力分析，尺寸：方向：2)构件组3和2的受力分析，以构件3为研究对象，R23的大小和方向：2是作用于点C并垂直于导杆3的两个力分量R23=R32=R12 R23，构件3取点B的力矩，可通过图解法得到，例2(续)，大小：方向：3)原动机1的力分析，取点A的力矩，根据构件1的力平衡条件，框架对构件的反作用力：例2(续)，R21=R12=R32，4-5速度多边形杠杆法-朱可夫斯基杠杆法，1。虚位移原理，点J在dsj力Fj作用下的微小真

12、实位移。Vj是力Fj作用点J的线速度，以及从点P到力Fj作用线hj:的垂直距离。结论：作用在机构构件上的所有外力(包括惯性力和平衡力)对转向速度多边形极点的力矩之和等于零，因此转向速度多边形被认为是绕着极点P旋转的刚性杠杆，速度多边形杠杆法：当用速度多边形杠杆法计算平衡力Fb时，速度多边形不能旋转90。找到平衡力Fb后，将它反转90度，得到它的真实方向。注：4-5考虑摩擦的机构受力分析，考虑摩擦的机构受力分析步骤如下：1)计算摩擦角和摩擦圆半径，画出摩擦圆；2)从二力杆的分析出发，根据杆的拉伸或压缩以及杆相对于另一杆的旋转方向，得到作用在构件上的二力方向；3)对已知力的构件进行应力分析；4)对

13、所需力所在的部件进行应力分析。如图所示，示例1:是一个四杆机构。曲柄1是驱动部件，它在力矩M1的作用下沿w1方向转动，并试图在转动副B和C中找到作用力方向线的位置.(图中的虚线圆是摩擦圆。解决问题时不考虑组件的自重和惯性力。)，solut分析：在旋转副B处：构件2和构件1之间的夹角G逐渐减小，w21为顺时针方向，构件2处于拉伸状态，作用力R12切至摩擦圆上方。在旋转副c处，构件2和3之间的夹角b逐渐增大，w23为顺时针方向。R32在摩擦圆下方切割。在R12和R32的作用下，部件2平衡R32和R12共线。R32和R12的作用线在B处的摩擦圆之上和C处的摩擦圆之下被切断，实例1(续)，w14是逆时

14、针的，实例23360。在上述实例中研究的四杆机构中，如果驱动扭矩M1的值是已知的，则尝试找出每个运动副中的作用力和在图中所示位置处构件3能够承受的阻力扭矩(即平衡扭矩)M3。(解决问题时仍不考虑部件的重量和惯性力)，解决方法是：1)将曲柄1作为一个独立体，在R21、R41和力矩M1的作用下，曲柄1与R41=-R21、R21、R41、R21=-R12平衡，R41和R21相互平行，在A处切至摩擦圆以下.M1=R21L，例2(续)，2)将部件3作为一个独立体。根据力平衡条件，R23=-R43，R23=-R32，w34(即w3)为逆时针方向，R43在d处切过摩擦圆，部件3能承受的阻力矩M3为例3，如图所示，为曲柄滑块机构，假设每个部件的尺寸(包括转动副的半径)已知，每个运动副的摩擦系数为F， 作用在滑块上的水平阻力为q。试着分析图中所示位置处机构的力(假设忽略每个构件的重力和惯性力)，并确定施加在垂直于曲柄AB的点B上的平衡力Pb的大小。解：1)根据已知的条件，在每个转动副处做摩擦圆(如图中虚线圆所示)。2)以二力连杆3为研究对象，构件3分别在两个运动副B和