【正文】 第六章機械動力學 第一節(jié) 概述 一 、 機械動力學的研究內(nèi)容及意義 機構在傳遞和轉換運動的同時必然伴隨著力的傳遞和轉換 。 機械在工作過程中受到不同性質(zhì)的力的作用 ， 這些力影響著機械的運動狀態(tài) 。 同時 ， 機械的運動也影響著機械的受力 。 機械系統(tǒng)中力和運動的相互作用決定了機械的工作狀態(tài) 。 機械動力學 (dynamics of machinery)研究機械在運動中的力以及在各種力作用下的機械運動 ， 分析和評價機械的動力學性能 ， 研究提高機械動力學性能的措施 。 這是機械系統(tǒng)分析與設計的一個十分重要的內(nèi)容 。 第七章 機械動力學 第六章機械動力學 機械在運動中始終存在摩擦 ， 其運動副中的摩擦力是一種有害阻力 ， 它不僅造成動力的浪費 ， 降低機械效率 ， 而且使運動副元素受到磨損 ， 削弱零件的強度 ， 導致機械運動精度和工作可靠性降低 ， 縮短機械的壽命 。 研究機械中的摩擦及其對機械運行和效率的影響 ， 通過合理設計 ， 改善機械運轉性能 ， 提高機械效率 ， 是機械動力學分析的重要內(nèi)容 。 第六章機械動力學 機械系統(tǒng)通常由原動機 、 傳動系統(tǒng) 、 執(zhí)行系統(tǒng)等組成 。一般來說 ， 原動件的運動不是勻速的 ， 其運動規(guī)律取決于各運動構件的質(zhì)量 、 轉動慣量以及作用在機械上的各種外力 。 假定原動件勻速運動進行分析的局限性 分析結果與真實情況有差異 。 這種假定對于低速 、 輕載的機械是允許的 。 對于高速 、 重載 、 大質(zhì)量的機械 ， 這種分析誤差可能直接影響到設計的安全性和可靠性 。 實際工況 機械運轉時 ， 絕大多數(shù)機械系統(tǒng) 主軸 (main shaft)的速度都是波動變化的 。 過大的速度波動會影響機器的正常工作 ， 增大運動副中的動負荷 ， 加劇運動副的磨損 ， 降低機器的工作精度和傳動效率 ， 縮短機器的使用壽命 ， 激發(fā)機器振動 ， 產(chǎn)生噪音等 。 考慮構件慣性力的重要性 本章討論的問題 ● 機構的 摩擦 (friction)與 效率 (efficiency) ● 機械的平衡 (balancing of machinery) ● 機械的 真實運動 (actual motion)規(guī)律分析與 速度波動調(diào) 節(jié) (speed fluctuation regulation) 考慮構件慣性力的重要性 二、機械中作用的力 按力對機械的影響分類 驅動力 (driving force)— 驅使機械運動，力作用線與構件運動速度方向夾角為銳角。與構件角速度方向一致的力矩稱為 驅動力矩 (driving moment)。 驅動力類型舉例 常數(shù) 重力 Fd?C 位移的函數(shù) 彈簧力 Fd?Fd(s)、內(nèi)燃機驅動力矩 Md?Md(s) 速度的函數(shù) 電動機驅動力矩 Md? Md(?) 考慮構件慣性力的重要性 阻力 (resistance force)— 力作用線與構件運動速度方向夾角為鈍角 。 與構件角速度方向相反的力矩稱為 阻力矩(resistance moment)。 工作阻力類型舉例 常數(shù) 起重機 、 車床的工作阻力 執(zhí)行構件位置的函數(shù) 曲柄壓力機 、 活塞式壓縮機的工作阻力 執(zhí)行構件速度的函數(shù) 鼓風機、離心泵的工作阻力 時間的函數(shù) 揉面機、球磨機的工作阻力 考慮構件慣性力的重要性 作用在運動副中的力 約束反力 (constrained force)— 作用在運動副元素上的力。對機構而言，約束反力是 內(nèi)力 (internal force)；對構件而言，約束反力是 外力 (external force)。 附加動壓力 (additional kiic pressure)— 僅由慣性力(矩 )引起的約束反力。 約束反力類型 法向力 (normal ponent force)— 垂直于運動副元素表面的不作功的約束反力。 切向力 (tangential ponent force)— 切于運動副元素表面的摩擦力。 總反力 (total reaction force)— 計入摩擦力的約束反力。 考慮構件慣性力的重要性 第二節(jié) 機械中的摩擦與效率 一、機構中的摩擦 在構成運動副的兩個構件中，摩擦力阻止兩構件的相對運動。摩擦力是運動副反力的組成部分。 考慮構件慣性力的重要性 (一 )移動副中的摩擦 1 ? 2 n n 考慮構件慣性力的重要性 (一 )移動副中的摩擦 v12 Ｑ P N21 F21 R21 ? 斜面摩擦 1. 滑塊等速上升 總反力 R21 Q ? R21 ? P ? 0 水平驅動力 P ? Qtan(???) Q R21 P ??? 1 ? 2 Ｑ 考慮構件慣性力的重要性 (一 )移動副中的摩擦 v?12 F?21 R?21 ? Q R?21 P? n n P? ??? 2. 滑塊等速下降 總反力 R?21 Q ? R?21 ? P ?? 0 水平阻力 P ?? Qtan(???) 斜面摩擦 考慮構件慣性力的重要性 (二 )螺旋副中的摩擦 螺旋副為一種空間運動副，其接觸面為螺旋面。當螺桿和螺母的螺紋之間作用有軸向載荷 Q時，擰動螺桿或螺母，螺旋面之間將產(chǎn)生摩擦力。 可以將螺旋副的摩擦分析簡化為斜面摩擦來分析。 2 1 考慮構件慣性力的重要性 1. 矩形螺紋螺旋副中的摩擦 Q/2 Q/2 d d2 ? d1 v21 2 P ?d ? R12 l 1 ? Q n n tan??l/?d?zp/?d 擰緊螺母時應在螺旋中徑處施加的圓周力為 P?Qtan(???)。擰緊螺母所需的驅動力矩為 Md?P?d/2?Qtan(???)?d/2 考慮構件慣性力的重要性 2 1 Q/2 Q/2 d d2 ? d1 v21 2 P ?d ? R12 l 1 ? Q n n 當螺母順著力 Q的方向等速向下運動時 ， 即放松螺母 ，則應在螺旋中徑處施加的維持螺母等速下滑的圓周力為P??Qtan(???)。 松開螺母時的維持力矩為 M?d?P??d/2?Qtan(???)?d/2 考慮構件慣性力的重要性 2 1 Q/2 Q/2 d d2 ? d1 v21 2 P ?d ? R12 l 1 ? Q n n 當 ??時 ， M?d為負值 ， 意味著要想使滑塊下滑 ， 必須施加一個反向力矩 M?d， 此時的 M?d稱為擰松力矩 。 考慮構件慣性力的重要性 2. 三角形螺紋螺旋副中的摩擦 研究三角形螺紋的摩擦時 ， 可把螺母在螺桿上的運動近似地認為是楔形滑塊沿斜槽面的運動 ， 斜槽面的夾角為2?(??90???， ?稱為牙型半角 )。 當量摩擦系數(shù) fv?f/sin(90???)?f/cos? 當量摩擦角 ??arctanfv?arctan(f/cos?) ? ? ? ? Q N? N? 考慮構件慣性力的重要性 擰緊力矩 Md?P?d/2?Qtan(???v)?d/2 擰松力矩 M?d?P?d/2?Qtan(???v)?d/2 由于 ?v?，故三角形螺紋的摩擦力矩較矩形螺紋的大，宜用于連接緊固，而矩形螺紋摩擦力矩較小，效率較高，宜用于傳遞動力的場合。 ? ? ? ? Q N?