平面机构的力分析.pptxVIP

平面机构的力分析第1页/共32页 §4－1机构力分析的目的和方法一、作用在机械上的力θ1力外力内力驱动力（矩）阻力重力惯性力—驱动功Wd阻力功有效阻力（工作阻力）有害阻力（非工作阻力）有效功wr （输出功）损失功WC—运动副中的反力（构件间的互相作用力）MdFrGFfF12F3223Fg注意！摩擦力并非总是阻力，有些机构中摩擦力是有益阻力。第2页/共32页 二、机构力分析的目的θ1MdFrGFfF12F3223Fg 作用在机械上的力不仅影响机械的运动和动力性能，而且是进行机械设计决定结构和尺寸的重要依据，无论分析现有机还是设计新机械，都必须进行力分析。目的确定运动副中的反力—计算零件强度、研究摩擦及效率和机械振动确定为使机构按给定运动规律运动时加在机构上的平衡力（平衡力偶）与作用在机械上的已知外力以及当该机械按给定运动规律运动时各构件的惯性力相平衡的未知外力。第3页/共32页 三、机构力分析的方法方法静力分析动态静力分析简化分析假设分析 对于低速机械，因为惯性力的影响不大，可忽略不计算。设计新机械时，机构的尺寸、质量和转动惯量等都没有确定，因此可在静力分析的基础上假定未知因素进行动态静力分析、最后再修正，直至机构合理。进行力分析时，可假定原动件按理论运动规律运动，根据实际情况忽略摩擦力或者重力进行分析，使得问题简化。一般分析考虑各种影响因素进行力分析第4页/共32页 动态静力分析方法一、惯性系与非惯性系满足牛顿三定理的系惯性定理作用力反作用力定理ac=∑F/m惯性系中的力，用静力分析方法—静力平衡。非惯性系：不满足牛顿三定理中的任一条的系，不能用静力分析方法分析。第5页/共32页 VanF用动静法分析作圆周运动的小球 FI+F=0 FI=- m · an达郎伯原理和动态静力分析方法：质点的达郎伯原理—当非自由质点运动时，作用于质点的所有力和惯性力在形式上形成一平衡力系。∑Fn-n=0 FI 这种在形式上用静力学的方法分析动力学问题的方法称为动态静力分析方法，简称动静法。 一个刚体（构件）是一个质点系，对应的惯性力形成一个惯性力系。对于作平面复合运动而且具有平行于运动平面的对称面的刚体，其惯性力系可简化为一个加在质心S上的惯性力和一个惯性力偶。平面机构力分析的动静法：对构件进行力分析时，把惯性力系作为外力加在构件上，用静力平衡条件求解。第6页/共32页 如图机构中的连杆2，作用在质点系质心S上的惯性力和惯性力偶分别为： 一个刚体（构件）是一个质点系，对应的惯性力形成一个惯性力系。对于作平面复合运动而且具有平行于运动平面的对称面的刚体，其惯性力系可简化为一个作用在质心S上的惯性力和一个惯性力偶。θ1MI2=-JS2ε2PI2=-m2 aS2 将PI2和MI2合成一个不作用在质心的总惯性力P’I2 ，其作用线离质心S距离为： h=MI2 / PI2 ，矩与ε2相反。§4－2构件惯性力的确定 因各构件的运动形式不同，惯性力系的简化有以下三种情况：1、作平面复合运动的构件231S2aS2ε2PI2MI2P’I2h第7页/共32页 如图机构中的滑块3，作用在质心S上的惯性力为： 对于作平面移动的构件，由于没有角加速度，其惯性力系可简化为一个作用在质心S上的惯性力。θ1PI3=-m3 aS32、作平面移动的构件231S3aS3PI3第8页/共32页 ①绕不通过质心的定轴转动的构件（如凸轮等），惯性力系为一作用在质心的惯性力和惯性力偶矩：②绕通过质心的定轴转动的构件（飞轮等），因其质心加速度为零，因此惯性力系仅有惯性力偶矩： 对于作定轴转动的构件（如图机构中的曲柄杆1 ），其惯性力系的简化有以下两种情况：MI1=-JS1ε1PI1=-m1 aS1 将PI1和MI1合成一个不作用在质心的总惯性力P’I1 ，其作用线离质心S距离为：h=MI1 / PI1 ，矩与ε1相反。3、作定轴转动的构件231S1aS1ε1PI1MI1P’I1hMI1=-JS1ε1第9页/共32页 假设已对机构作过运动分析，得出了惯性力，因为运动副中的反力对整个机构是内力，因此必须把机构拆成若干杆组分析，所拆得的杆组必须是静定的才可解。§4－1不考虑摩擦的平面机构力分析一、构件组的静定条件W、Mdv123456Fr对构件列出的独立的平衡方程数目等于所有力的未知要素数目。显然构件组的静定特性与构件的数目、运动副的类型和数目有关。第10页/共32页 ①转动副：反力大小和方向未知，作用点已知，两个未知数R （不计摩擦）R（不计摩擦）nCOR（不计摩擦）②移动副：反力作用点和大小未知，方向已知，两个未知数③平面高副：反力租用点及方向已知，大小