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    《机械设计手册》第一、第二节.ppt

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    《机械设计手册》第一、第二节.ppt

    第四章 平面机构力分析,结束,一、作用在机械上的力,1)驱动力:F V 为锐角,作正功,原动力由原动机提供,它是驱动力,那么驱动力只来自原动力吗?,2)阻抗力:F V 为钝角,作负功,常提到的力:原动力、摩擦力、运动副反力、重力、惯性力,一提到摩擦力,多会认为是有害阻力。对搅拌机、带传动、自行车呢?,运动副反力(法向、切向)是内力还是外力?它作功吗?,什么时候应考虑重力?作功如何?,惯性力是一种什么性质的力,大小如何求?它作正功还是负吗?什么时候会用到它?可以忽略吗?,机构力分析的任务、目的和方法,结束,二、机构力分析的任务和目的,1)确定运动副中的反力 用于计算强度、机械效率、摩擦磨损、决定轴承结构等2)确定机械上的平衡力(或平衡力偶)根据作用在机构上的已知外力(或力偶),确定要维持 给定运动规律时所需的未知外力(或力偶),三、机构力分析的方法,1)静力学方法 不考虑惯性力因素(低速机械)2)动态静力学方法 将惯性力视为外力,加于相应构件上,按静力方法分析 图解法、解析法,结束,4-1 构件惯性力的确定,确定惯性力:设已知构件的质量、转动惯量及运动学参数。实际上:在设计新机械时,力分析还未进行时,根本不能作强度计算,构件的质量、转动惯量是未知的。,常用方法:类比和经验公式,或按纯静力学方法对机构在某一特定位置时大体估算出构件的尺寸、材料。粗略地得到质量、转动惯量,将它作为初值代入进行力分析。待第一次力分析完成后,作强度计算,对其进行修正。这个过程反复循环进行。直至满足要求为止。,结束,一、一般力学方法,1)作平面复合运动的构件,把 FI 按图示平移 lh,将两者合二为一。,2)作平面移动的构件,3)绕定轴转动的构件,惯性力 F I=-m as,惯性力矩 M I=-Js,结束,二、质量代换法,确定惯性力和惯性力矩 a、复杂将构件的质量等效简化成几个集中质量只有惯性力方便 质量代换法,1、动代换问题,三个方程,四个未知量(b、k、mB、mK),如确定b,结束,二、质量代换法,确定惯性力和惯性力矩 a、复杂将构件的质量等效简化成几个集中质量只有惯性力方便 质量代换法,2、静代换问题(两点代换),同时选定b、c,只满足条件1、2,结束,二、质量代换法,确定惯性力和惯性力矩 a、复杂将构件的质量等效简化成几个集中质量只有惯性力方便 质量代换法,2、静代换问题(两点代换),同时选定b、c,只满足条件1、2,结论:1)两代换点连线必然通过质心。2)静代换简单方便,代换点 B、C 可随意选定。对于一般要求机构,采 用静代换较多。3)动代换满足了质量代换的全部条件。其代换点只能随意选定一点,而 另外一个代换点则由代换条件确定。4)使用静代换,其惯性力偶矩将产生误差,结束,4-2 运动副中摩擦力的确定,一、移动副中摩擦力的确定,摩擦力F21:Ff21=f FN21,在外载荷一定时,法向反力FN21的其大小与运动副表面的几何形状有关。,1)平面:FN21=G Ff21=f G,2)槽面:FN21=G/sin Ff21=f FN21=f G/sin,令当量摩擦系数:fv=f/sin,Ff21=f vG,结束,一、移动副中摩擦力的确定,摩擦力F21:Ff21=f FN21,在外载荷一定时,法向反力FN21的其大小与运动副表面的几何形状有关。,3)半圆柱面 FN21=k G Ff21=f FN21=f k G,若圆柱面为点、线接触:k 1若为均匀圆柱面接触:k=/2 其余则介于两者之间。,令当量摩擦系数:fv=f k,Ff21=f vG,结束,二、移动副中总反力的确定,1、平面移动,FR21=FN21+Ff 21,Ff21=FN21tan,摩擦角=arctan f,总反力方向的确定:(1)与法向反力偏斜一摩擦角(2)偏斜方向与相对速度方向相反,结束,2、斜面移动,(1)滑块沿斜面上升,力平衡条件:F+G+FR21=0,由力多边形得:F=G tan(+),(2)滑块沿斜面下降(驱动力为 G),同理:F+G+F R21=0 F=G tan(-),注意:1)当 时,F0,滑块在载荷G 作用下自行下滑,若使滑快静止或匀速下滑,需借助外部阻力。2)当 时,F0,滑块在载荷G 作用下,不能自行下滑,需借助外部推动力才能滑下。自锁(),结束,3、螺旋副中的摩擦,(1)矩形螺纹,施加扳手力矩 M 旋紧螺母:类似于用螺旋千斤顶克服载荷 G,将重物升起。施加扳手力矩 M 放松螺母:若 M 0(即):表明螺纹本身在载荷G 作用下能够自行松脱,需借助外力矩才能使螺母匀速松脱。自锁,结束,3、螺旋副中的摩擦,(2)三角形螺纹(相当于曹面摩擦),在矩形螺纹公式将 用v代替即可。,三角螺纹的牙型半角则槽形半角=90-,当量摩擦系数:fv=f/sin=f/cos,当量摩擦角:v=arctan fv,结束,三、转动副中摩擦力的确定,1、轴径的摩擦,轴径在轴承中转动摩擦力阻止其转动,结束,摩擦圆半径:=fv r,半圆柱面摩擦:Ff21=f vG f v=(1/2)f,运动副总反力:FR21=FN21+Ff21=G,摩擦阻力矩:Mf=Ff21 r=G fv r=FR21,1)匀速转动时,轴承总反力 FR21 恒切于摩擦圆。2)匀速转动时,Mf=FR21=G,类似平面摩擦系数。其大小 fv 和 r 有关。,3)将Md与G合成为G,=Md/G,1、轴径的摩擦,结束,2、总反力的确定,1)根据平衡条件总反力方向。2)考虑摩擦,总反力与摩擦圆相切。3)摩擦力矩方向总是与转向相反(阻止)如:总反力FR21 对轴心之矩的方向必 与其相对转向 12的方向相反。,结束,例4-1 曲柄1为主动件,求各构件受力方向。(不计重力、惯性力),结束,3、轴端的摩擦,取微环,其上压强 p 为常量面积 ds=2 d 正压力 dFN=p ds摩擦力 dFf=f dFN=f p ds摩擦力矩 dMf=dFf=f p ds,讨论,结束,3、轴端的摩擦,2)跑合轴端:p=常数,p=常数 轴心处压力极大,容易将轴压溃轴端常作成空心状。,结束,四、平面高副中摩擦力的确定,平面高副 滚动+滑动 滚动摩擦 滑动摩擦 机构力分析时 滑动摩擦力,结束,

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