第一章-机构的动态静力分析..ppt

单击以编辑,母版标题样式,单击以编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第一章机构的动态静力分析,根据达朗贝尔原理，将惯性力计入静力平衡方程，来求出为平衡静载荷和动载荷而需要在原驱动构件上施加的力或力矩，以及各运动副中的反作用力，这种分析方法，,称为动态静力分析,。,(1),确定运动副中的反力。,对于设计机构各个零件和校核其强度、测算机构中的摩擦力和机械效率等，都必须已知机构的运动副反力。,(2),确定机构需加的平衡力或平衡力矩。,对于确定机器工作时所需的驱动功率或能承受的最大负荷等都是必需的数据。,动态静力分析,目 的,平面机构,中作一般平面运动的构件会产生一个惯性力（inertia force,）和一个惯性力矩（,inertia moment,），其中 、分别为构件 的质量和对质心的转动惯量，和 分别为构件 的角加速度和其质心的加速度。负号表示惯性力的方向与质心加速度方向相反，惯性力矩的方向与构件角加速度方向相反。,特殊情况：,1,、对,做往复直线运动的构件,，惯性力矩为零；,2,、对,绕质心回转的构件,，惯性力为零。,1.1,平面连杆机构的动态静力分析,一、构件的惯性力和惯性力矩,二、平面连杆机构的动态静力分析,如图,1.1.3,所示，在铰链,i,处，构件,I,所约束反力为,F,Ri,；在铰链,i-1,处，构件,I-1,所约束反力为,F,Ri-1,，那么，在铰链,i-1,处，构件,I,所约束反力为,-F,Ri-1,。构件,I,的矢量形式的力和力矩平衡方程为：,根据式（,1.1.1,），可写出图,1.1.2,中各构件的力和力矩的平衡方程：,式,(1.1.3),改写成标量式：,三个构件的力和力矩的平衡条件得到,9,个方程，组成,9,元的线性方程组：,要求得在构件的一个运动周期中平衡力矩和运动副反力的变化情况，则需将机构的运动周期离散化，得到,m,个离散的机构位置，按图,1.1.4,的框图，对,m,个离散位置个进行一次运动分析和动态静力分析。,三、机构的摆动力和摆动力矩：,1,、,摆动力,为机构所有运动构件惯性力之合力（与基点选取无关）；,2,、摆动力矩,为机构所有运动构件惯性载荷的合力矩（与基点选取有关）。,例：求单缸内燃机曲柄滑块机构的摆动力和摆动力矩，它是不考虑机构所受外力时，运动构件与机座相连的运动副中在惯性力和惯性力矩作用下产生的约束反力，是引起振动的主要激励。,例题：,1,M,d,2,3,1,A,B,C,S,2,如图所示，为一对心曲柄滑块机构。曲柄以转速,w,1,=100rad/s,做等速回转运动。,曲柄长度,r=50.8mm,，质心与其回转中心,A,重合，连杆长度,l=203mm,，连杆质心,到铰链,B,的距离,B S,2,=50.8mm,，连杆质量,m,2,=1.36kg,，对其质心的转动惯量,J,2,=0.0102kg.m,2,滑块质量,m,3,=0.907kg,其质心与铰链,C,重合。求各运动副中反力及,平衡力矩。,（板书讲解）,1.2,平面凸轮机构的动态静力分析,一、凸轮机构的应用与分类,1,、凸轮机构的应用,广泛应用在各种机械、特别是自动机和自动控制装置中。,凸轮：,是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件。,凸轮通常为主动件作等速转动,也有作往复摆动或移动的；,被凸轮直接推动的构件称为,推杆,，又称,从动杆,。,若凸轮为从动件，则称之为反凸轮机构。,勃朗宁重机枪就用到了,反凸轮机构，它在节套,后坐时，使枪机加速后,坐，以利弹壳及时退出,。,2,、凸轮机构的分类,按凸轮的,形状分：,这种凸轮是一个具有变化的向径 的盘形构件绕固定轴线回转。,盘形凸轮：,圆柱凸轮：,这种凸轮是一个在圆柱面上开有曲线凹槽，或是在圆柱端面上作出曲线轮廓的构件。,2,、凸轮机构的分类,按推杆的,形状分：,这种推杆易磨损,只适用于作用力,不大和速度较低的场合,如仪表等。,尖端推杆：,滚子推杆：,磨损小,可用来传递较大的动力，,滚子常采用特制结构的球轴承,或滚子轴承。,平底推杆：,优点是凸轮与平底的接触面间易形成油膜，润滑较好，常用于高速传动中。,处算起）为凸轮转角,（从最低位置,基园半径,二、凸轮机构的动态静力分析,图为一对心直动从动件圆盘凸轮机构，假定凸轮作等速,回转运动，忽略凸轮轴可能存在的速度波动。求作用于,凸轮上维持其等速回转的平衡力矩,从动件在凸轮廓线驱动下作上升,-,停歇,-,下降,-,停歇的周期性运动，,其位移为,s,，即,的函数，,是一个已知量。,凸轮和从动件的受力图,从动件所受的工作载荷为,G,，是,随凸轮转角而变化的一个已知量,封闭弹簧的刚度系数为,k;,初压力为,（对应于下歇位置,时的锁紧力）,从动件质量,m,产生的惯性力,机座作用于从动件上的法向反力,和一个力偶,；,移动副中的摩擦力,机座通过回转副作用于凸轮上的,约束反力为：,、,凸轮作用于从动件的法向推力为,和从动件导路间的夹角,即为凸轮的压力角。,机构的力平衡方程可列出如下：,对从动件,2,：,对凸轮,1,：,未知量：,平衡力矩,、约束反力,得到凸轮作用于从动件的法向推力：,作用于凸轮上的平衡力矩：,摆式飞剪机构简图,1.3,工程实例,飞剪的动态静力分析,飞剪各构件受力图,对每个构件可写出其力和力矩的平衡方程如下：,对构件,1,：,对构件,2,：,对构件,3,：,对构件,4,：,对构件,5,：,对构件,6,：,将以上,18,个方程组成一个线性方程组，可写为矩阵形式,式中列阵,X,为待求的力列阵,也可用加连杆机构的方法来部分平衡机构的惯性力。,3,、加平衡机构法,用加齿轮机构的方法平衡惯性力时，平衡效果好，但,采用平衡机构将使结构复杂、机构尺寸加大，这是此,方法的缺点。,本章结束！,