机械原理课件

第二章平面机构的结构分析平面机构：空间机构：各构件的相对运动平面互相平行（常用的机构大多数为平面机构）。至少有两个构件能在三维空间中相对运动。§2-0机构结构分析的目的1、探讨机构具有确定运动的条件2、机构的分类3、画机构的运动简图§2-1机构的组成xyxy机构是由构件组成的。一、运动副：构件间的可动联接。（既保持直接接触，又能产生一定的相对运动）高副：点、线接触xyxyyxxyAA'O低副：面接触自由度：约束：对独立运动的限制低副：2个约束，1个自由度高副：1个约束，2个自由度低副：①转动副：②移动副：两个构件间只能作相对旋转运动的运动副；两个构件间只能作相对移动运动的运动副。高副：①齿轮副；②凸轮副。运动副元素构件含有独立运动的数目二、运动链、机构1、运动链：两个以上构件通过运动副联接而成的系统闭链开链①平面运动链；②空间运动链2、机构（从运动链角度）：（1）对一个运动链（2）选一构件为机架（3）确定原动件（一个或数个）（4）原动件运动时，从动件有确定的运动。122121122121212121212§2-2平面机构运动简图一、定义：二、绘制：1、运动副的符号转动副：移动副：用规定的符号和线条按一定的比例表示构件和运动副的相对位置，并能完全反映机构特征的简图。2112齿轮副：凸轮副：2、构件（杆）：)(mmml图上尺寸实际尺寸3、机构运动简图的绘制（模型，鄂式破碎机）1）分析机构，观察相对运动，数清所有构件的数目；2）确定所有运动副的类型和数目；3）选择合理的位置（即能充分反映机构的特性）；4）确定比例尺；5）用规定的符号和线条绘制成简图。（从原动件开始画)）§2-3机构自由度的计算及其具有确定运动的条件HLPPnF23二、机构具有确定运动的条件23411104233F（原动件数F，机构破坏）原动件数=机构自由度机构的自由度：机构中各构件相对于机架所能有的独立运动的数目。一、计算机构自由度（设n个活动构件，PL个低副，PH个高副）铰链五杆机构：205243F12345AEBCC'DD'14原动件数机构自由度数，机构运动不确定（任意乱动）006243F构件间没有相对运动机构→刚性桁架105233F（多一个约束）超静定桁架F≤0，构件间无相对运动，不成为机构。F0,原动件数=F，运动确定原动件数F，运动不确定原动件数F，机构破坏（3）虚约束：在特殊的几何条件下，有些约束所起的限制作用是重复的，这种不起独立限制作用的约束称为虚约束。AMB2314NO3O1104233FAMBN1O3O006243F23142''2'平面机构的虚约束常出现于下列情况：（1）不同构件上两点间的距离保持恒定……（2）两构件构成多个移动副且导路互相平行（3）两构件构成多个转动副且轴线互相重合……（4）在输入件与输出件之间用多组完全相同的运动链来传递运动例：计算自由度（先看有无注意事项，复合铰链……，再看有几个构件）齿轮A243C5D16B第三章平面机构的运动分析和力分析§3-0研究机构运动分析的目的和方法一、目的：二、方法：图解法：解析法：实验法：形象直观，精度不高，速度瞬心法，相对运动图解法较高的精度，工作量大在设计新的机械或分析现有机械的工作性能时，都必须首先计算其机构的运动参数。§3-1速度瞬心法及其在机构速度分析上的应用二、机构中瞬心的数目：2)1(kkNk——构件数目一、速度瞬心：两构件上相对速度为零的重合点：瞬时绝对速度相同的重合点。相对速度瞬心：两构件都是运动的绝对速度瞬心：两构件之一是静止的i,j→Pij三心定理：作平面运动的三个构件共有3个瞬心，它们位于同一直线上。例：找出下面机构所有的速度瞬心23411三、瞬心位置的确定1、若已知两构件的相对运动，用定义确定……2、形成运动副的两构件（用定义）3、不形成运动副的两构件（三心定理）四、利用瞬心对机构进行运动分析例1：图示机构中，已知lAB,lBCφ，构件1以ω逆时针方向转动。求：①机构的全部瞬心位置；②从动件3的速度。P13P34(P)14A12B(P)1423C(P)231例2：凸轮以匀速逆时针转动，求该位置时从动件2的速度V2。123BA注意：1.速度瞬心法只能对机构进行速度分析，不能加速度分析。2.构件数目较少时用。相对运动图解法：用相对运动原理列出构件上点与点之间的相对运动矢量方程，然后作图求解矢量方程。2）点的速度合成定理：动点在某瞬时的绝对速度等于它在该瞬时的牵连速度与相对速度的矢量和。[重合点法]☆☆§3—2用相对运动图解法求机构的速度和加速度复习：相对运动原理1）刚体（构件）的平面运动分解为随基点的平动加上绕基点的转动。[基点法]一、在同一构件上点间的速度和加速度的求法（基点法）已知机构各构件的长度，求：11,3322,,,,,,,ECECaaVV321CEDA4B112233(a)c'e''c''b'e'b''c'''pceb速度影像的用处、注意点速度多边形二、组成移动副两构件的重合点间的速度和加速度的求法（重合点法）已知机构位置，尺寸，等角速求：133,2BC341A1(a)pb3b1(b)23b'3b''b'12(b')k'例：已知：机械各构件的长度，（等角速度）求：滑块E:，导杆4:，2EVEa44ABDCExx123645§3-3用解析法求机构的位置、速度和加速度（简介）先复习：矢量的复数表示法：yxiiaaiaaea)sin(cos已知各杆长分别为求：114321,,llll323232,,,,,yxADCB3214231复数矢量法：是将机构看成一封闭矢量多边形，并用复数形式表示该机构的封闭矢量方程式，再将矢量方程式分别对所建立的直角坐标系取投影。解：1、位置分析，建立坐标系4321,,,llllyxADCB3214231封闭矢量方程式：3421llll以复数形式表示：3213421iiiellelel（a）欧拉展开：)sin(cos)sin(cos)sin(cos3334222111illilil3342211332211coscoscossinsinsinlllllll整理后得：解方程组得：2、速度分析：将式（a）对时间t求导得：)()(1312ff3213421iiiellelel321332211iiieileileil（b)消去，两边乘得：22ie)(33)(22)(11232221iiiielieliel按欧拉公式展开，取实部相等，得：)sin()sin(23321113ll同理求得：)sin()sin(32231112ll角速度为正表示逆时针方向，角速度为负表示顺时针方向。3、加速度分析：对（b）对时间求导。321332211iiieileileil解析法在曲柄滑块机构和导杆机构中的应用，自己看书。§3-4平面机构的力分析目的1、确定运动副反力2、确定机械的平衡力（力矩）（为保证机构按给定的运动规律运动，必须施加驱动力（力矩）与已知外力相平衡，这种未知力（力矩）称为平衡力）算法静力计算：动力计算：（低速）不考虑惯性力，看成平衡系统（高速）考虑惯性力，看成平衡系统1）驱动力——正功（输入功）2）阻力：有效阻力有害阻力——有效功（输出功）3）重力——重心下降作正功重心上升作负功4）运动副反力：正压力摩擦力——不作功——负功5）惯性力（虚拟力）：加速运动——阻力减速运动——驱动力一、作用在构件上的力作平面复杂运动的构件simaFsiJMFiMi平面移动-mas0平面一般运动-mas-Jsε定轴转动轴线通过质心匀速00变速0-Jsε轴线不通过质心匀速-mas0变速-mas-Jsε二、构件惯性力的确定三、计算理论：动态静力法（根据达朗贝尔原理，假想地将惯性力加在产生该力的构件上，构件在惯性力和其他外力的作用下，认为是处于平衡状态，因此可以用静力计算的方法进行计算）四、分析步骤1、运动分析（假设原动件匀速运动）2、计算惯性力3、考虑反力、惯性力、重力、驱动力、生产阻力的平衡4、解方程（图解法，力多边形）例：鄂式破碎机中，已知各构件的尺寸、重力及其对本身质心轴的转动惯量，以及矿石加于活动鄂板2上的压力Ft。设构件1以等角速度ω1转动，其重力可以忽略不计，求作用在其上E点沿已知方向x-x的平衡力以及各运动副中的反力。FtCG3G2DS3xS2ABEx第四章机械中的摩擦和机械效率§4-1移动副中的摩擦一、移动副中的反力1、平面移动副反力AaBABFajNbABxoPyβψRBAFFyFxNFfVABxytgFFyx根据滑快A的平衡，yFNFf与VAB相反，大小根据滑动摩擦定律fNFftgfNFfarctgfψ——摩擦角f——摩擦系数（材料、光滑度、润滑）AaBABFajNbABxoPyβψRBAFFyFxNFfVABxy确定RBA（力的三要素：点、方向、大小）①方向：RBA与VAB成90+ψ②大小0YcoscoscoscoscoscosBABABARFFRFRsincoscossinsinsinBABABARRFRX)(costgtgRXBA（1）0,XA加速运动（2）0,XA减速直至静止，若A原来不动，自锁（3）0,XA匀速或静止F作用线作用在接触面之外，确定RBAabdcDBaPN1F1R1F2N2R2如果材料很硬，可近似认为两反力集中在b、c两点2、楔形面移动副反力q(b)NNQPfqvARψΔRBAB(a)QBFF1F2QABVABNQθθN1N2xyzy2121FFNNRBAxoy面021QNNsin221QNN11fNF122fNfNF12FFyoz面QffNFFFsin221tgfffQFsinsin令sinfarctgfΔ——当量摩擦系数ψΔ——当量摩擦角ffq(b)NNQPfqvARψΔRBAB(a)QBFF1F2QABVABNQθθN1N2xyzy与平滑块相同，楔形滑块所受的运动副总反力RBA与VAB成90+ψΔ角RBA：大小由平衡方程求得。研究螺旋传动时，假定螺杆螺母之间的正压力是作用在平均半径为r0的螺旋线上。如果忽略各圆柱面上螺旋线升角的差异，当将螺旋的螺纹展开后，得连续斜面1.方螺纹r0MRFABQ§4-2螺旋副中的摩擦FQRABvA2r0p02rParctg螺母A沿轴线移动方向与Q相反（拧紧螺母）螺旋传动相当于滑块上升)(QtgF)(tgtg)(00tgQrFrM相反：当螺母A沿轴线移动方向与Q相同时（拧松螺母），螺旋传动相当于滑块下降)(QtgFtgtg)()(00tgQrrFM,02、三角螺纹相当于楔形滑块与楔形槽的作用。Ψ△代替ψ)(tgtg)(0tgQrMtgtg)()(0tgQrM°°AB90γ——三角螺纹的半顶角cos)90sin(sinffff)cos(farctg三角螺纹摩擦大，效率低，应用于联接的螺旋方螺纹应用于传递运动和动力的螺旋§4-3转动副中的摩擦1、径向轴颈，止推轴颈轴承轴颈轴2、径向轴颈的反力rBABMQRBAOA由实验测量得：rQfrFMff0f0——径向轴颈的当量摩擦系数（与材料、粗糙度、润滑条件有关）确定RBA：0cos0BARXQRYBAsin0R