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西工大课件-4平面机构的力分析.ppt

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西工大课件-4平面机构的力分析.ppt
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第四章 平面机构的力分析,,,§4—1机构力分析的任务、目的和方法,§4—2 构件惯性力的确定,§4—3 机构力分析的任务、目的和方法,§4—4 不考虑摩擦时机构的力分析,,,§4—1机构力分析的任务、目的和方法,机构力分析的任务,1)确定运动副中的反力,运动副反力指运动副处作用的正压力和摩擦力的合力,2)确定机械中的平衡力,平衡力是指机械在已知外力的作用下,为了使该机械能按给定运动规律运动,还须加于机械上的未知外力,,,,平衡力,,生产阻力―根据机构的驱动力大小选择适当的阻力来平衡,驱动力―根据机构的阻力大小选择适当的驱动力来平衡,机构力分析的目的,1) 为现有机械工作性能的评价、鉴定提供参数;,2) 为新机械的强度计算、结构设计提供重要依据。,机构力分析的方法,,图解法,解析法,,,,,作用在机械上的力,,驱动力,阻抗力,,有效阻力,有害阻力,驱动力―驱使机械运动的力。驱动力与其作用点的速度方向相同或成锐角,其所作的功为正功。,阻抗力―阻止机械运动的力。阻抗力与其作用点的速度方向相反或成钝角,其所作的功为负功。,驱动力,阻抗力,,,,,,,有效阻力―即工作阻力,它是机械在生产过程中为了改变工件的外形、位置或状态时所受到的阻力,克服这些阻力就完成了工作。如机床中作用在刀具上的切削阻力,起重机提升重物的重力等都是有效阻力。,有害阻力―为非工作阻力,克服这些阻力所做的功纯粹是一种浪费,故称为损失功。摩擦力、介质阻力等一般为有害阻力。,,,,阻抗力又可分为,§4—2 构件惯性力的确定,1 构件惯性力的确定,1) 直线移动构件惯性力的确定,,匀速直线移动构件的惯性力:,加速直线移动构件的惯性力:,,,―质心的加速度,,,,,,2) 定轴转动构件惯性力的确定,,匀角速度ω转动,角加速度ε转动,,,,,,,,构件的质心不在转轴,,匀角速度ω转动,角加速度ε转动,,,,,,,,3) 作平面运动构件惯性力的确定,,也可将上述 合成为距质心S为距离h的总 惯性力。,,,,,,,,,例 1 在图示的凸轮机构中,已知凸轮的半径R=200mm,LOA=100mm,从动件的质量为m2=20kg,凸轮的角速度ω1=20rad/s。当OA线在水平的位置时,求从动件2的惯性力。,解:1. 高副低代,,2.运动分析(过程略),,3.受力分析,,,,,,,,例2 在图示的摆动导杆机构中,已知LAC=200mm, LAB=100mm,φ=90°,导杆的重心在C点,导杆对重心C的转动惯量J3=0.2kg·m2曲柄的等角速度ω1=20rad/s。求导杆3的惯性力矩。,解:1 运动分析(过程略),2.受力分析,,,,,,,,例3 在图示发动机曲柄滑块机构中,已知曲柄长度连杆长度 连杆重心 至曲柄销轴B的距离连杆的质量 , 活塞及其附件的质量连杆对其重心的转动惯量 ,曲柄转 速 , 求图示位置时活塞3的的惯性力和 连杆2的总惯性力。,,,,,,,,,,,求惯性力和惯性力矩,(1)活塞 3 的惯性力,(2)连杆 2 上的惯性力和惯性力矩,,,,,,,,,,,,,,(3)连杆 2 的总惯性力和作用线的位置:,,,,,,,,2 质量代换法,质量代换法的实质是为了简化构件惯性力的计算。 用一般力学方法须同时求得构件的惯性力FI和惯性力矩MI 。而采用质量代换法可省去惯性力矩MI的计算,使问题得到简化。,质量代换法的方法,把构件的质量用集中作用在构件的几个选定点的假想集中质量来代替。,质量代换法的目的,,,,,,质量代换法的方法,把构件的质量用集中作用在构件的几个选定点的假想集中质量来代替,这些假想的集中质量被称作代换质量。,,,B、K为所选定的代换点,mB 、 mk为代换质量,课后作业:4-8,,,应用质量代换法应满足的条件,2) 代换前后构件的质心位置不变;,1) 代换前后构件的质量不变;,3) 代换前后构件对质心轴的转动惯量不变;,,,,,上式中有四个未知量:,选定b后求出其余的三个量:,,,只满足上述前两个条件的代换被称作静代换。,静代换的具体做法为:,任选两个代换点的位置(下图选在B、C两铰链点处)将假想集中质量分别作用在B、C点。,则有:,,,,2) 代换前后构件的质心位置不变,1) 代换前后构件的质量不变;,,课后作业:4-8,4-9,,,小结:,1 动质量代换须同时满足三个条件。,1) 代换前后构件的质量不变;,2) 代换前后构件的质心位置不变;,3) 代换前后构件对质心轴的转动惯量不变;,即,,2 静质量代换只须满足前两个条件,结论:,用动质量代换法计算机构的惯性力与采用一般力学方法计算机构惯性力完全等效,而静质量代换则只部分等效。,,,,
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