用解析法作機構的運動分析
應用上述圖解法作平麵機構的運動分析,形象直觀、簡單方便,並能滿足—般機械的設計要求。但圖解誤差較大,對於準確度要求很高的機構,則宜采用解析法。解折法有矢量分析法、矢量複數法和矩陣法等多種。本節僅以鉸鏈四杆機構為例簡要介紹矢量分析法。
鉸鏈四杆機構,設已知各構件的長度。試用解折法確定構件2和構件3的角位移,角速度和角加速度。
如圖所示,以〇為原點建立直角坐標係,且形成一個封閉的矢量四邊形,各構件的角位移均以水平線為起始線,逆時針力向為正,反之為負。
式中,根號內數值小於零表示機構相應的位置無法實現。
顯然,由式可得到構件2的角位移。
平麵機構的力分析
機械在運轉過程中,每個構件都要受到各種力的作用。按照力對運動的影響,作用在機械上的力可分為驅動力和阻力兩大類。
凡是促使構件運動的力統稱為驅動力。驅動力與受力點速度的方向相同或成銳角,所作之功為正值。原動機推動機構運動的力屬於驅動力;構件質心位置下降時的重力、減速運動時的慣性力等均屬於驅動力。
凡是阻礙構件運動的力統稱為阻力。阻力與受力點速度的方向相反或成鈍角,所作之功為負值。金屬切削機床的切削力,織機打緯機的打緯力等,都是機器為了工作而直接引起的阻力,稱為工作阻力。伴隨機器運動而附帶產生的摩擦力,則是一種有害阻力。與驅動力相反,構件質心位置上升時的重力,加速運動時的慣性力等則均屬於阻力。
在高速機械中,由於運動構件的慣性力很大,有時可能遠遠超過其它靜載荷,所以在作機構的力分析時,必須考慮慣性力的影響。此時可采用理論力學中的“動態靜力分析”方法,即:將機構運動時所產生的慣性力視為外力,加在相應的構件上,甩靜力學的方法進行分析。
一、構件慣性力的確定
角加速度的正、負號可表明角速度的變化趨勢,角加速度與角速改同號時,農示加速,反之為減速。
作平麵複雜運動的構件具有質量對稱平麵的構件作平麵複雜運動時,其全部慣性力可簡化為通過質心的力,和一力偶矩。
慣性力和慣性力偶矩可以合成為一個總的慣性力。其大小、方向均相同,方向一致.
繞質心軸轉動的構件若構件繞質心軸轉動,若構件勻速轉動,那麼為零。
繞非質心軸轉動的構件當構件繞不通過質心軸的點轉動時,運動可以看作隨質心的移動與繞該質心轉動的合成。
二、平麵機構的動態靜力分析
當各構件的慣性力確定後,連同機構上的其它外力,就可以進行動態靜力分析了。下麵以曲抦滑塊機構為例,說明用圖解法作平麵機構動態靜力分析的方法和步驟。
曲抦滑塊機構的運動簡圖,已知各構件的質量,其質心位置及轉動慣量,並知曲抦以等角速度,順時針方向轉動,滑塊上受到的工作阻力為P。設不計各構件的重力與運動副中的摩擦阻力,試確定圖示位置各運動副的約束反力及曲柄1上需加的驅動力矩。