平面機(jī)構(gòu)力學(xué)分析

1、平面機(jī)構(gòu)力學(xué)分析第1頁，共38頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)28分，星期三基本內(nèi)容機(jī)構(gòu)力分析的目的機(jī)構(gòu)力分析的方法構(gòu)件的慣性力、慣性力偶矩運(yùn)動副中的摩擦力、總反力構(gòu)件組的靜定條件平面機(jī)構(gòu)動態(tài)靜力分析第2頁，共38頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)28分，星期三基本要求掌握構(gòu)件中的慣性力、慣性力偶矩的確定的方法能夠確定運(yùn)動副中的摩擦力、總反力掌握并運(yùn)用構(gòu)件組的靜定條件進(jìn)行平面機(jī)構(gòu)動態(tài)靜力分析第3頁，共38頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)28分，星期三第四章 平面機(jī)構(gòu)的力分析4-1 機(jī)構(gòu)力分析的目的、任務(wù)和方法4-2 構(gòu)件慣性力的確定4-3 運(yùn)動副中摩擦力的確定4-4 不考慮摩擦?xí)r機(jī)構(gòu)的力分析4-

2、5 考慮摩擦?xí)r機(jī)構(gòu)的受力分析第4頁，共38頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)28分，星期三4-1 機(jī)構(gòu)力分析的目的、任務(wù)和方法一、機(jī)構(gòu)力分析的目的：確定運(yùn)動副中的反力：運(yùn)動副兩元素接觸處的作用力。運(yùn)動副反力的大小和變化規(guī)律，用于：計算機(jī)構(gòu)中各零件的強(qiáng)度決定運(yùn)動副中的摩擦、磨損確定機(jī)構(gòu)的效率及其運(yùn)轉(zhuǎn)時所需的功率第5頁，共38頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)28分，星期三一、機(jī)構(gòu)力分析的目的：確定機(jī)構(gòu)原動件按給定規(guī)律運(yùn)動時需加于機(jī)械上的平衡力(或平衡力矩)。平衡力(或平衡力矩):與作用在機(jī)械上的已知外力及按給定規(guī)律運(yùn)動時與各構(gòu)件的慣性力(慣性力矩)相平衡的未知外力(外力矩)。求得機(jī)械的平衡力(或平衡

3、力矩)，對于確定原動機(jī)的功率，或根據(jù)原動機(jī)的功率確定機(jī)械所能克服的最大工作載荷等是必不可少的。第6頁，共38頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)28分，星期三二、機(jī)構(gòu)力分析的方法低速機(jī)械，慣性力小，只作靜力分析；高速、重型機(jī)械，慣性力大：動態(tài)靜力分析：將慣性力視為一般外力施加于產(chǎn)生該慣性力的構(gòu)件上；用靜力學(xué)方法對其分析；方法：圖解法和解析法。第7頁，共38頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)28分，星期三三、作用在機(jī)械上的力驅(qū)動力：驅(qū)使機(jī)械運(yùn)動的力。與其作用點(diǎn)的速度方向相同或成銳角；所作的功為正功，稱為驅(qū)動功或輸入功。阻抗力：阻止機(jī)械運(yùn)動的力。阻抗力與其作用點(diǎn)的速度方向相反或成鈍角；所作的功為負(fù)功，稱

4、為阻抗功。有效阻力，即工作阻力。機(jī)械在生產(chǎn)過中為了改變工作物的外形、位置或狀態(tài)等所受到的阻力，克服有效阻力所完成的功稱有效功或輸出功。有害阻力，即非生產(chǎn)阻力?？朔@類阻力所作的功是一種純粹的浪費(fèi)，故稱為損失功。第8頁，共38頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)28分，星期三為使機(jī)構(gòu)按給定運(yùn)動規(guī)律運(yùn)動，需確定加在機(jī)構(gòu)上的平衡力（平衡力偶）：求與作用在機(jī)械上的已知外力以及當(dāng)該機(jī)械按給定運(yùn)動規(guī)律運(yùn)動時各構(gòu)件的慣性力相平衡的未知外力。求各構(gòu)件的慣性力；確定運(yùn)動副中的反力。4-2 構(gòu)件慣性力的確定第9頁，共38頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)28分，星期三ABC1234AB1S1m1JS1BC2S2m2JS

5、2C3S3m3第10頁，共38頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)28分，星期三一、一般力學(xué)方法1、作平面復(fù)合運(yùn)動的構(gòu)件慣性力系簡化為加在質(zhì)心s上的慣性力PI和慣性力偶矩MI BC2S2m2JS2PI2MI2lh2aS22PI2BC2S2m2JS2PI2MI2aS22第11頁，共38頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)28分，星期三2、作平面移動的構(gòu)件構(gòu)件作平面勻速移動，其慣性力和慣性力偶矩都為零。構(gòu)件作平面變速移動，只有一個加在構(gòu)件質(zhì)心s上的慣性力。ABC1234C3S3m3PI3aS3第12頁，共38頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)28分，星期三3、繞定軸轉(zhuǎn)動的構(gòu)件繞通過質(zhì)心的定軸轉(zhuǎn)動的構(gòu)件（如齒

6、輪、飛輪等）：質(zhì)心的加速度為零，慣性力為零。當(dāng)構(gòu)件變速轉(zhuǎn)動時，將產(chǎn)生一慣性力偶矩第13頁，共38頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)28分，星期三繞不通過質(zhì)心S的定軸轉(zhuǎn)動的構(gòu)件（如曲柄、凸輪等）：構(gòu)件勻速轉(zhuǎn)動，則僅有離心慣性力構(gòu)件變速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生慣性力及慣性力偶矩，用一個不過質(zhì)心的總慣性力代替。AB1aS1S11PI1MI1PI1第14頁，共38頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)28分，星期三二、質(zhì)量代換法質(zhì)量代換法：按一定條件將構(gòu)件的質(zhì)量假想地用集中于若干選定點(diǎn)上的集中質(zhì)量來代換的方法。進(jìn)行質(zhì)量代換時必須滿足的三個條件： 1）代換前后構(gòu)件的質(zhì)量不變，2）代換前后構(gòu)件的質(zhì)心位置不變，3）代換前后構(gòu)件對

7、質(zhì)心的轉(zhuǎn)動慣量不變，第15頁，共38頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)28分，星期三1、兩個代換質(zhì)量的動代換動代換：同時滿足三個代換條件；代換前后構(gòu)件慣性力、慣性力偶矩不變；選定B點(diǎn)后，K點(diǎn)不能隨便選取。第16頁，共38頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)28分，星期三2、兩個代換質(zhì)量的靜代換靜代換：同時滿足前兩個代換條件；代換前后構(gòu)件慣性力不變、慣性力偶矩有誤差；選定B點(diǎn)后，C點(diǎn)可以隨便選取。第17頁，共38頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)28分，星期三4-3 運(yùn)動副中摩擦力的確定一、移動副中的摩擦力1、平面接觸第18頁，共38頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)28分，星期三一、移動副中的摩擦力2、

8、槽面接觸GFN212FN212第19頁，共38頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)28分，星期三一、移動副中的摩擦力3、柱面接觸G第20頁，共38頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)28分，星期三一、移動副中的摩擦力4、一般情況摩擦錐引入當(dāng)量摩擦系數(shù)后,簡化不同接觸形狀的移動副中的摩擦力的大小比較。第21頁，共38頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)28分，星期三一、移動副中的摩擦力4、一般情況FR21與FN21間夾角為vFR21與v12間夾角為v90摩擦錐總反力FR21與摩擦錐相切第22頁，共38頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)28分，星期三求使滑塊沿斜面等速上行所需水平力F作圖根據(jù)平衡條件：G + F

9、R21 + F = 0 大?。?？ ？方向： 12GFR21FN21Ff21nnvFFG得： F=Gtg(+) +FR21例題第23頁，共38頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)28分，星期三求使滑塊沿斜面等速下滑所需水平力F作圖求解若，則F為阻力;12GF21nnvFGF-若斜面摩擦假定載荷集中在中徑d2 圓柱面內(nèi)，d1d3d2Qd2lGF展開成斜面，其升角為： tgvv=l /d2=zp /d2 例題第25頁，共38頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)28分，星期三引用斜面摩擦的結(jié)論：d1d3d2Qd2lGF螺紋的放松螺母在F和G的聯(lián)合作用下，順著G等速向下運(yùn)動。v螺紋的擰緊螺母在F和G的聯(lián)合作用

10、下，逆G等速向上運(yùn)動。vF=Gtg(+) 引用斜面摩擦的結(jié)論：F=Gtg(-)擰緊所需力矩M為放松所需力矩M為第26頁，共38頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)28分，星期三二、轉(zhuǎn)動副中的摩擦力1、軸頸摩擦軸頸軸承摩擦圓總反力FR21的確定：FR21與G大小相等、方向相反FR21與摩擦圓相切FR21對回轉(zhuǎn)中心的力矩與12反向第27頁，共38頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)28分，星期三二、轉(zhuǎn)動副中的摩擦力2、軸端摩擦第28頁，共38頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)28分，星期三二、轉(zhuǎn)動副中的摩擦力2、軸端摩擦第29頁，共38頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)28分，星期三三、平面高副中摩擦力的確定

11、高副兩元素間的相對運(yùn)動：滾動兼滑動；存在滾動摩擦力和滑動摩擦力，滾動摩擦力一般較小，通常只考慮滑動摩擦力；摩擦力和法向反力合成總反力。1）FR21的方向與法向反力偏斜一摩擦角；2）偏斜方向應(yīng)與構(gòu)件1相對構(gòu)件2的相對速度v12的方向相反。ttnnV1212MfFf21FN21FR21第30頁，共38頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)28分，星期三4-4 不考慮摩擦?xí)r機(jī)構(gòu)的力分析一、平面機(jī)構(gòu)中構(gòu)件組的靜定條件每個低副中的約束反力均含有兩個未知數(shù)。每個高副中的約束反力均含有一個未知數(shù)。nFR第31頁，共38頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)28分，星期三按構(gòu)件組進(jìn)行動態(tài)靜力計算：選用滿足約束反力靜定條件

12、的構(gòu)件組作為隔離示力體。構(gòu)件組含有n個構(gòu)件和PL個低副、 PH個高副：n個構(gòu)件可列出3n個獨(dú)立的平衡方程式；PL個低副的低副反力中的未知參數(shù)為2 PL ；PH個低副的低副反力中的未知參數(shù)為 PH ；構(gòu)件組靜定的條件為：所有基本桿組都是滿足靜定條件的運(yùn)動鏈。第32頁，共38頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)28分，星期三二、機(jī)構(gòu)動態(tài)靜力分析的圖解法一般平面機(jī)構(gòu)中，將基本桿組拆出后，只剩下與機(jī)架組成一個低副的主動件。主動件上有大小待定的平衡力(或力矩)作用；力的未知參數(shù)的個數(shù)仍與平衡方程式的個數(shù)相等；主動件滿足動態(tài)靜定條件。把作用大小待定平衡力(或力矩)的構(gòu)件統(tǒng)稱力分析起始件。第33頁，共38頁，2

13、022年，5月20日，7點(diǎn)28分，星期三平面連桿機(jī)構(gòu)的動態(tài)靜力分析步驟1、進(jìn)行運(yùn)動分析，求出有關(guān)速度、角速度、加速度及角加速度等運(yùn)動參數(shù)值；2、按力分析起始件及桿組進(jìn)行分解；3、從遠(yuǎn)離力分析起始件的桿組開始，逐個對各桿組進(jìn)行動態(tài)靜力分析，求出各運(yùn)動副中的反力；4、對力分析起始件進(jìn)行動態(tài)靜力分析，求出應(yīng)作用在主動件上的平衡力(或力矩)及有關(guān)的約束反力。第34頁，共38頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)28分，星期三考慮摩擦?xí)r機(jī)構(gòu)的受力分析機(jī)構(gòu)各構(gòu)件是通過運(yùn)動副進(jìn)行力的傳遞，機(jī)構(gòu)中的摩擦主要存在于各運(yùn)動副之中?？紤]摩擦?xí)r機(jī)構(gòu)的受力分析，首要的是研究并弄清楚各運(yùn)動副中總反力的大小和正確方位在確定運(yùn)動副中總反力的方向時，先從二力構(gòu)件作起的。第35頁，共38頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)28分，星期三cdFR23FR43FR41Fb14Fr21例 ：圖示機(jī)構(gòu)中，已知構(gòu)件尺寸、材料、運(yùn)動副半徑，水平阻力Fr，求平衡力Fb的大小。23213ABC4Fbv3490+FR21FR23FR21FR41EFR43FFR12FR32FR43 + FR23 +Fr = 0 大?。海?？ 方向： 解：1)根據(jù)已知條件求作摩