大学课件之机械原理平面机构的力分析.ppt
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1、 第四章第四章 平面机构的力分析平面机构的力分析一、基本要求一、基本要求二、基本概念和基础知识二、基本概念和基础知识三、学习重点及难点三、学习重点及难点四、例题精选四、例题精选五、试题自测及答案五、试题自测及答案 一、基本要求一、基本要求 1 . 了解机构中作用的各种力的分类及机构力分析了解机构中作用的各种力的分类及机构力分析的目的及方法。的目的及方法。4 . 能对能对级机构进行动态静力分析。级机构进行动态静力分析。2 . 会对常见的运动副中的摩擦力进行分析和计算。会对常见的运动副中的摩擦力进行分析和计算。3 . 会计算机械的效率及判断机械自锁的条件。会计算机械的效率及判断机械自锁的条件。二、
2、基本概念和基础知识二、基本概念和基础知识 1.作用在机械上的力作用在机械上的力2.惯性力及其确定惯性力及其确定F螺旋副螺旋副F移动副移动副3.运动副中的摩擦和总反力运动副中的摩擦和总反力F转动副转动副4.机械效率与自锁机械效率与自锁作用在机械上的力作用在机械上的力 惯性力及其确定惯性力及其确定构件作平面复合运动且具有平行于运动平面的对称面的构件作平面复合运动且具有平行于运动平面的对称面的构件作平面复合运动且具有平行于运动平面的对称面的构件作平面复合运动且具有平行于运动平面的对称面的刚体,它的全部惯性力可简化为一个加于质心刚体,它的全部惯性力可简化为一个加于质心刚体,它的全部惯性力可简化为一个加
3、于质心刚体,它的全部惯性力可简化为一个加于质心S S 的惯性的惯性的惯性的惯性力力力力 和一个惯性力矩和一个惯性力矩和一个惯性力矩和一个惯性力矩mm: :构构构构件的质量件的质量件的质量件的质量a as s : :构件重心的加速度构件重心的加速度构件重心的加速度构件重心的加速度 : :构件重心的角加速度构件重心的角加速度构件重心的角加速度构件重心的角加速度J Js s : :构件绕重心轴的转动惯量构件绕重心轴的转动惯量构件绕重心轴的转动惯量构件绕重心轴的转动惯量“ “-”-”表示表示表示表示P P i i 、 MM i i 分别与分别与分别与分别与a as s 、 的方向相反的方向相反的方向相
4、反的方向相反作平面移动的构件,其全部惯性力可简化为一个加于作平面移动的构件,其全部惯性力可简化为一个加于作平面移动的构件,其全部惯性力可简化为一个加于作平面移动的构件,其全部惯性力可简化为一个加于 质心质心质心质心S S 的惯性力的惯性力的惯性力的惯性力 作定轴转动的构件作定轴转动的构件作定轴转动的构件作定轴转动的构件,若回转轴线通过质心 回转轴线不通过质心F移动副移动副水平面摩擦水平面摩擦1 12 2 Q Q:滑块上的滑块上的铅垂载荷铅垂载荷P P:滑块上的滑块上的驱动力驱动力N N2121:滑块受到的滑块受到的法向反力法向反力 F F2121:滑块受到的滑块受到的摩擦力摩擦力 大小大小大小
5、大小: F F2121=f N N21 21 方向方向:与相对运动 方向相反R R1212:总反力。总反力。摩擦力与法向反力的合力。摩擦力与法向反力的合力。 大小大小大小大小: 方向方向方向方向:与相对运动方向成与相对运动方向成 角角 为总反力为总反力 R R1212 与法向反力与法向反力N N2121之间之间的夹角,称为摩擦角,其大的夹角,称为摩擦角,其大小取决于摩擦系数。小取决于摩擦系数。 即即1 12 2自锁条件自锁条件外加驱动力的作用线在摩擦角之内时,该运动副处于自锁状态,即分析分析当当当当 时时时时, , , ,恒恒恒恒有有有有: 。即即即即无无无无论论论论P P力力力力多多多多大大
6、大大,有有有有效效效效驱驱驱驱动动动动力力力力都都都都小小小小于于于于最最最最大大大大静静静静摩摩摩摩擦擦擦擦力力力力,滑滑滑滑块块块块不不不不能能能能运运运运动动动动,称称称称这这这这种种种种现现现现象象象象为为为为自自自自锁锁锁锁。如如如如滑滑滑滑块块块块处处处处于于于于运运运运动动动动状状状状态态态态,则则则则滑块将减速运动到静止不动。滑块将减速运动到静止不动。滑块将减速运动到静止不动。滑块将减速运动到静止不动。 法向反力法向反力最大摩擦力最大摩擦力最大摩擦力最大摩擦力驱动力沿导路方向分量驱动力沿导路方向分量驱动力沿导路方向分量驱动力沿导路方向分量 斜平面摩擦斜平面摩擦1 12 2a平衡
7、方程平衡方程平衡方程平衡方程滑滑滑滑块块块块等等等等速速速速上上上上行行行行自锁条件自锁条件自锁条件自锁条件驱动滑驱动滑驱动滑驱动滑块等速上升的力块等速上升的力块等速上升的力块等速上升的力驱动力驱动力驱动力驱动力P P 引起的最大摩擦力引起的最大摩擦力引起的最大摩擦力引起的最大摩擦力如果如果如果如果自锁自锁自锁自锁分析分析分析分析斜平面摩擦斜平面摩擦1 12 2平衡方程平衡方程平衡方程平衡方程P P为驱动力为驱动力为驱动力为驱动力P P为阻力为阻力为阻力为阻力滑滑滑滑块块块块等等等等速速速速下下下下滑滑滑滑自锁条件自锁条件自锁条件自锁条件分析分析分析分析滑块等速下滑的有效驱动力为斜面给滑块的摩
8、擦阻力为若要求滑块在铅直载荷 作用下发生自锁 转换成摩擦系数为转换成摩擦系数为转换成摩擦系数为转换成摩擦系数为 的平面摩擦的平面摩擦的平面摩擦的平面摩擦槽面摩擦槽面摩擦 Q Q1 12 2结论:结论:摩擦力的计算通式为摩擦力的计算通式为 槽面摩擦槽面摩擦 平面摩擦平面摩擦 应用:应用: V V带传动、三角螺纹连接带传动、三角螺纹连接带传动、三角螺纹连接带传动、三角螺纹连接 槽面摩擦产生的摩擦力大于平面摩擦产生的摩擦力。槽面摩擦产生的摩擦力大于平面摩擦产生的摩擦力。F螺旋副螺旋副 Q Q矩形螺纹螺旋副矩形螺纹螺旋副转化为转化为转化为转化为为螺旋线导程为螺旋线导程为螺文中径为螺文中径斜面倾角,等于
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