第4章平面机构的力分析.ppt

第四章平面机构的力分析
§4-1机构力分析的任务、目的与方法
§4-2构件惯性力的确定
§4-3运动副中摩擦力的确定
§4-4机构力分析实例
湖南理工学院专用作者: 潘存云教授
§4-1机构力分析的任务、目的与方法
▲作用在机械上的力是影响机械运动和动力性能
的主要因素;
▲是决定构件尺寸和结构形状的重要依据。
力分析的必要性:

力的类型
原动力
生产阻力
重力
摩擦力
介质阻力
惯性力
运动副反力
湖南理工学院专用作者: 潘存云教授
按作用分为
阻抗力
驱动力
有效阻力
有害阻力
驱动力----驱使机械运动,其方向与力的作用点速
度之间的夹角为锐角,所作功为正功。
阻抗力----阻碍机械运动,其方向与力的作用点速
度之间的夹角为钝角,所作功为负功。
有效(工作)阻力----机械在生产过程中为了改变工作物的外形、位置或状态所受到的阻力,克服了阻力就完成了有效的工作。如车削阻力、起重力等。
有害(工作)阻力----机械运转过程受到的非生产阻力,克服了这类阻力所作的功纯粹是浪费能量。如摩擦力、介质阻力等。
湖南理工学院专用作者: 潘存云教授
▲确定运动副中的反力----为进一步研究构件强度、运动副中的摩擦、磨损、机械效率、机械动力性能等作准备。

▲确定机械平衡力(或力偶)---目的是已知生产负荷确定原动机的最小功率;或由原动机的功率来确定所能克服的最大生产阻力。
反力----运动副元素接触处的正压力与摩擦力的合力
平衡力----机械在已知外力作用下,为了使机械按给定的运动规律运动所必需添加的未知外力。

图解法
解析法
湖南理工学院专用作者: 潘存云教授
机械力分析的理论依据:
静力分析----适用于低速机械,惯性力可忽略不计;
动态静力分析----适用于高速重型机械,惯性力往往比外力要大,不能忽略。
一般情况下,需要对机械做动态静力分析时,可忽略重力和摩擦力,通常可满足工程要求。
湖南理工学院专用作者: 潘存云教授
作者:潘存云教授
§4-2 构件惯性力的确定

惯性力: FI=FI (mi , Jsi,asi, αi )
惯性力偶: MI=MI (mi , Jsi,asi, αi )
其中:mi ----构件质量;
Jsi ----绕质心的转动惯量;
asi ----质心的加速度;
αi ----构件的角加速度。
作者:潘存云教授
C
B
A
3
2
1
S3
S1
S2
as2
as1
as3
α2
α1
湖南理工学院专用作者: 潘存云教授
作者:潘存云教授
C
B
A
3
2
1
S3
S1
S2
as2
as1
as3
α2
α1
构件运动形式不同,惯性力的表达形式不一样。
1) 作平面运动的构件:
FI2 =-m2 as2
MI2 =- Js2α2
2) 作平移运动的构件
FI =-mi asi
3) 作平定轴转动的构件
合力:F’I 2=FI 2
lh 2= MI2 / FI 2
一般情况: FI1 =-m1 as1
MI1 =- Js1α1
合力:F’I 1=FI 1 , lh 1= MI1 / FI 1
FI 2
MI 2
lh 2
lh 1
F’I 2
F’I 1
FI 3
FI 1
MI 1
若质心位于回转中心: MI1 =- Js1α1
湖南理工学院专用作者: 潘存云教授
作者:潘存云教授
C
B
A
3
2
1
S3
S1
S2
as2
as1
as3

一般力学方法的缺陷:
▲质心位置难以精确测定;
质量代换法的思路:
将各构件的质量,按一定条件用集中于某些特定点的假象质量来替代,
只需求集中质量的惯性力,而无需求惯性力偶矩。从而将问题简化。
质量代换的条件:
1)代换前后各构件质量不变;
2)质心位置不变;
3)对质心轴的转动惯量不便。
▲求解各构件质心加速度较繁琐。
B
C
mB
mC
S2
湖南理工学院专用作者: 潘存云教授
作者:潘存云教授
C
B
A
3
2
1
m2
S3
S1
S2
代换质量的计算:
若替换质量集中在B、K两点,则由三个条件分别得:
mB + mk =m2
只有三个方程,故
四个未知量:
(b, k, mB , mk )
可以先选定一个。例如选定 b,则解得:
b
k
mB b = mk k
mB b2+ mk k2 =JS2
k = JS2 /(m2 b)
mB