【文章內(nèi)容簡介】 動和動力分析 概述用矢量方程圖解法進(jìn)行機構(gòu)的速度和加速度的分析，矢量方程圖解法依據(jù)的基本原理是理論力學(xué)中的運動合成原理。對機構(gòu)進(jìn)行速度和加速度的分析時，首先要根據(jù)運動合成原理列出機構(gòu)運動的矢量方程，然后再根據(jù)該方程來作圖進(jìn)行解決。 用矢量方程圖解法作平面連桿機構(gòu)的速度和加速度分析根據(jù)構(gòu)件上已知的一點的速度和加速度能夠求出另外的點的速度和加速度(包括大小和方向)，所以在以圖解法作機構(gòu)的速度和加速度的分析的時候，應(yīng)該先從具備這個條件的構(gòu)件著手，再分析與該構(gòu)件依次相連的其他各構(gòu)件。在用圖解法作機構(gòu)的運動分析時，需要先繪出該機構(gòu)的運動簡圖，然后再根據(jù)運動簡圖進(jìn)行速度和加速度的分析，求解的步驟說明如下： 繪制機構(gòu)運動簡圖根據(jù)前面所描繪的方法和步驟，選取尺寸比例尺= (m/mm)，并按照比例尺準(zhǔn)確地繪制出機構(gòu)的運動簡圖如圖11所示。 作速度分析根據(jù)用矢量方程圖解法作平面連桿機構(gòu)的速度分析可知，速度求解的步驟應(yīng)依次求出相應(yīng)各點的速度和桿件的角速度[6]。圖3 速度分析圖 Velocity diagram1）求 式(2)方向垂直于AB，指向與的轉(zhuǎn)向一致。2）求因點C及點B都為同一構(gòu)件2上的點，故得 = + 方向 大小 √ 式中及的大小未知，所以用圖解法求解。如圖3所示，取點P作為速度多邊行的極點，并作代表，那么速度比例尺可以求得。再分別自點B，P作垂直于BC，CD的直線bc、pc，代表，的方向線，兩線交于點C，則矢量，分別代表和，于是得 式(3)3）求 由于E點和C點都在桿件3上，桿件3上的點的角速度都相同，所以4）求 = + 方向 √ 大小 √ 式(4)于是有 式(5) 式(6) 式(7) 作加速度分析加速度求解的步驟與速度分析相同，也是先依次求出，。然后再求解，1)求 因為曲柄作等速回轉(zhuǎn)，所以沒有切向加速度。 式(8)方向由B指向A. 2）求 根據(jù)點C分別對于點D和點B的相對運動關(guān)系可得 = + = + + 方向　　　　　　C→D　　　　⊥CD　　　B→A　　　 C→B ⊥CB 大小　　　　　　　　　　 　　　　√　　　　　　　　 式中和的大小未知，故可用作圖法求解。圖4 加速度分析圖 Acceleration analysis diagram如圖33 所示，取點作為加速度多邊形的極點，并作代表，則加速度比例尺可求得，然后再按上式作圖，可求得代表，其大小為 式(9)3）求 因為點E和點C都在桿上 式(10)4）求 利用點F和點E的相對運動關(guān)系可得　　　　　　　　?。健　　　　　?　　　　　+　　　　　　方向　　　 　　　　　　√　　　　　　　F→E ⊥FE 大小　　水平向右　　　　√　　　　　　　　　　　　　　 式中的方向和的大小未知，用作圖法求解。如圖所示。 式(11)5）求。根據(jù)上面求構(gòu)件角加速度的方法可得 逆時針 式(12) 順時針 式(13) 順時針 式(14) 用矢量方程圖解法作平面連桿機構(gòu)的動態(tài)靜力分析動態(tài)靜力分析是根據(jù)達(dá)朗貝爾原理將慣性力和外力加在機構(gòu)的相應(yīng)構(gòu)件上，用靜力平衡的條件求出各運動副中的反力和原動件上的平衡力的一種比較常用的工程方法。進(jìn)行動態(tài)靜力分析首先是求出個構(gòu)件的慣性力，并把它們當(dāng)作外力加于產(chǎn)生這些慣性力的構(gòu)件上面。然后再根據(jù)靜定條件將機構(gòu)分解為若干個平衡力和構(gòu)件組作用的構(gòu)件。而進(jìn)行力分析的順序一般是由離受平衡力作用的構(gòu)件的最遠(yuǎn)構(gòu)件組開始，逐步推算到平衡力作用的構(gòu)件上[7]。 對機構(gòu)進(jìn)行運動分析在之前的運動分析里，已經(jīng)用選定好的長度比例尺，速度比例尺，加速度比例尺，繪出了機構(gòu)簡圖及其速度多邊形和加速度多邊形。 確定各構(gòu)件的慣性力和慣性力偶矩在對機械進(jìn)行動態(tài)靜力分析時需要求出各構(gòu)件的慣性力，在新機械的設(shè)計中，機構(gòu)中各構(gòu)件的結(jié)構(gòu)尺寸，質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量等參數(shù)都尚未確定，根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗先給出各構(gòu)件的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量等參數(shù)，再進(jìn)行靜力分析，在這個基礎(chǔ)上進(jìn)行各構(gòu)件的強度驗算，再根據(jù)驗算的結(jié)果對構(gòu)件尺寸進(jìn)行修正，最后定出構(gòu)件的結(jié)構(gòu)尺寸。（1）計算各桿的質(zhì)量及轉(zhuǎn)動慣量因為各桿都是拉壓桿件，要求力學(xué)綜合性能較高，所以選45號鋼，各桿應(yīng)初選直徑。查表得密度。根據(jù)質(zhì)量，轉(zhuǎn)動慣量計算結(jié)果見表1 桿件間的聯(lián)結(jié)拉壓桿與其它構(gòu)件之間，或者一般構(gòu)件與構(gòu)件之間，常采用銷軸，耳片，螺栓等相聯(lián)接，本設(shè)計采用銷軸、耳片。連結(jié)件的受力與變形都比較復(fù)雜，在工程實際中，我們常常采用簡化分析的方法。他的要點是：對連接件的受力與應(yīng)力分布進(jìn)行簡化，然后計算出各部分的名義應(yīng)力。以下為計算軸和耳片[3]。 剪切強度計算考慮圖中所示的軸銷，它的受力情況如圖所示，可以看出，作用在軸銷上面的外力有以下幾個特點：外力垂直作用于軸銷的軸線，且作用線之間的距離很小（軸銷一般都是短而粗的）。根據(jù)受力情況可以看出，軸銷上主要受剪切力的作用。在工程力學(xué)計算中，通常都假設(shè)剪切面上的剪應(yīng)力是均勻分布的。剪切面上的剪應(yīng)力不得超過連接件上的許用剪應(yīng)力，即要求 也即 式(26)其中許用剪切應(yīng)力表示為連接件的剪切極限應(yīng)力除以安全系數(shù)。 式(27) 式(28) 擠壓強度計算在外力作用下，孔與銷軸直接接觸，接觸面上的應(yīng)力稱為擠壓應(yīng)力。當(dāng)擠壓應(yīng)力過大時，在孔和銷接觸的局部區(qū)域內(nèi)，將產(chǎn)生明顯的塑性變形，導(dǎo)致影響孔，銷間的正常配合。最大擠壓應(yīng)力發(fā)生在該表面的中部。擠壓應(yīng)力為，銷或孔的直徑為d ，耳片的厚度為t ，根據(jù)實驗分析結(jié)果得知: 式(29)Td表示受壓圓柱面在相應(yīng)徑向平面上的投影；表示最大擠壓應(yīng)力，數(shù)值上與徑向截面的平均壓應(yīng)力相等。由上述分析可知，為了防止擠壓造成破壞，最大擠壓應(yīng)力不得超過連接件的許用壓應(yīng)力,即要求 式(30) 表示連接件的擠壓極限應(yīng)力除以安全系數(shù)。因此，從擠壓強度考慮，接頭的許用載荷是 式(31) 穩(wěn)定性的校核當(dāng)作用在細(xì)長桿上的軸向力達(dá)到或超過一定限度的時候，桿件可能會突然產(chǎn)生彎曲，即失穩(wěn)現(xiàn)象。因此，對于軸向受壓桿件，除了應(yīng)考慮它的強度和剛度問題外，還應(yīng)考慮它的穩(wěn)定問題。圖12 軸銷受力示意圖 the anxial force diagram1）臨界載荷的計算該連桿為兩端鉸支細(xì)長壓桿，根據(jù)材料力學(xué)中公式可知，它的臨界載荷為： 式(32)2）校核鋼的屈服應(yīng)力，所以，連桿壓縮屈服所需的軸向壓力為 式(33)由以上的分析可以得知，為了保證壓桿在軸向壓力的作用下不被導(dǎo)致失穩(wěn),必須滿足下面的穩(wěn)定條件： 式(34)式中：代表穩(wěn)定安全系數(shù)； 代表穩(wěn)定許用壓力。工況為一般的中度沖擊條件，所以取4 式(35)上述計算表明，細(xì)長桿的承壓能力是由穩(wěn)定性的要求確定的。5 減速器的設(shè)計減速器是原動機和工作機之間的獨立的閉式傳動裝置，用來降低轉(zhuǎn)速和增大轉(zhuǎn)矩，以滿足工作需要，在某些場合也用來增速，稱為增速器。選用減速器時應(yīng)根據(jù)工作機的選用條件、技術(shù)參數(shù)、動力機的性能、經(jīng)濟性等因素比較不同類型、品種減速器的外廓尺寸、傳動效率、承載能力、質(zhì)量、價格等，選擇最適合的減速器。減速器是一種相對精密的機械，使用它的目的是降低轉(zhuǎn)速，增加轉(zhuǎn)矩[10]。 電動機的選擇 選擇電動機類型和機構(gòu)形式電動機是常用的原動機，并且是標(biāo)準(zhǔn)化和系列化的產(chǎn)品。機械設(shè)計中要根據(jù)工作機的工作情況和運動，動力參數(shù)等，選擇合適的電動機類型、結(jié)構(gòu)形式、傳遞的功率和轉(zhuǎn)速，再根據(jù)這些確定電動機的型號。電動機有交流電動機和直流電動機之分，工業(yè)上常采用交流電動機。交流電動機有異步電動機和同步電動機兩類，異步電動機又分為籠型和繞線型兩種，其中普通籠型異步電動機在平時應(yīng)用最廣泛。在一般的設(shè)計中，優(yōu)先選用Y系列籠型三相異步電動機，因為它具有高效、噪音小、振動小、節(jié)能、安全可靠的特點，而且安裝尺寸和功率等級符合國際標(biāo)準(zhǔn)，適用于那些無特殊要求的各種機械設(shè)備。根據(jù)所給條件中工作場地的要求：每天二班制工作，載荷中有中度沖擊，工作環(huán)境清潔，室內(nèi)，三相交流電源。所以選擇電動機為Y系列380V三相籠型異步電動機。 功率的計算電動機在功率方面的選擇是否合適將直接影響到電動機在工作性能和經(jīng)濟性能方面的體現(xiàn)。如果選用的電動機額定功率小于工作機所要求的功率，那么工作機就不能正常工作，而且容易是電動機因為長期過載而導(dǎo)致過早損壞，如果選用的電動機額定功率大于工作機所要求的，那么相比于電動機的價格，沒有得到充分的應(yīng)用，而導(dǎo)致浪費。在設(shè)計過程中，由于工件傳輸機一般為長期連續(xù)運轉(zhuǎn)，載荷不變或很少變化的機械,并且傳遞功率較小，故只需使電動機的額定功率等于或梢大于電動機的實際輸出功率 ,即。這樣電動機在工作時就不會過熱，一般不需要對電動機進(jìn)行熱平衡計算和校核啟動力矩。 電動機功率計算電動機所需工作功率為式中：工作機所需工作功率，指工作機主動端運輸帶所需功率。由電動機至工作機主運動端運輸帶的總效率。工作機所需工作功率,應(yīng)由機器工作阻力和運動參數(shù)計算求得.