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标题: 力的合成与分解，怎么作图？ [打印本页]

作者: ktangwu 时间: 2017-9-11 21:06
标题: 力的合成与分解，怎么作图？
最近设计中有一个连杆结构，如图中所示，电机带动短臂顺时针旋转，短臂再带动长臂运动。已知该位置需要对长臂施加的力的大小和方向，求解电机在短臂和长臂连接处需要施加的力的大小?其实最终我是要求解电机的所需扭矩。

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附件是SW的简图。

作者: craftsmaner 时间: 2017-9-11 21:27
T=FR 乘以个函数？

作者: ktangwu 时间: 2017-9-11 21:29

craftsmaner 发表于 2017-9-11 21:27
T=FR 乘以个函数？

F=?

作者: 只有快乐 时间: 2017-9-11 21:35
做个受力分析

作者: 水水5 时间: 2017-9-11 22:07
在任意位置整出一个直角坐标系来，已知力和未知力在坐标系两个轴上的投影代数和为零。
平面汇交力系，very easy。
为了方便呢，坐标系的原点就选在力的作用点位置了。坐标系的一个轴，就选未知力的方向。
其实选已知力的方向也是一样的

作者: 水水5 时间: 2017-9-11 22:15
本帖最后由水水5 于 2017-9-11 22:18 编辑

[attach]433121[/attach]
这年头，连最基本的最基本的都忘记了，还谈啥中国梦？哎。
我知道不是你不会，是因为时间久了。那你有没有经常拿出书来翻翻？不会的时候翻翻，是不是能加深理解？
正所谓温故而知新，工作之后用到了，再看到它，理解又不一样了。是不是有种相见恨晚恍若隔世似曾相识的感觉。

作者: 1179819870 时间: 2017-9-11 22:56
三维直接分析啊，干嘛还要手算？

作者: ktangwu 时间: 2017-9-11 23:09
本帖最后由 ktangwu 于 2017-9-11 23:11 编辑

水水5 发表于 2017-9-11 22:15
这年头，连最基本的最基本的都忘记了，还谈啥中国梦？哎。
我知道不是你不会，是因为时间久了。那你有没 ...

多谢指点，惭愧惭愧。还是看了书的，用平行四边形法则直接作图解决了不少其余部位的计算，这个部位感觉大概是用直角三角形作图，只是不太确定，又涉及到电机减速机的确定，作用力臂很长，怕搞错了，差之毫厘失之千里。
这下明白了，对这种投影到坐标系的方法理解完全了，蛮简单的，感谢！

作者: ktangwu 时间: 2017-9-11 23:15

1179819870 发表于 2017-9-11 22:56
三维直接分析啊，干嘛还要手算？

是直接作图分析的，只是这个部位没有另外一个分力的方向，用平行四边形没法确定，结合投影法，已经明白了，工作这么多年，第一次用到力的合成分解，真的是忘光了，哈哈😄

作者: cyydesign 时间: 2017-9-12 13:53
FR

作者: 蓝色格 时间: 2017-9-12 14:25
这个简单，F×力臂就是力矩，你不用算用多少力，直接算力矩还简单。

作者: ktangwu 时间: 2017-9-12 14:59

蓝色格发表于 2017-9-12 14:25
这个简单，F×力臂就是力矩，你不用算用多少力，直接算力矩还简单。

怎么算，不知道力的大小，如何计算力矩？

作者: 蓝色格 时间: 2017-9-12 16:52

ktangwu 发表于 2017-9-12 14:59
怎么算，不知道力的大小，如何计算力矩？

已知所需300N的力，对吧？过电机轴心做跟300N力方向的垂直距离，求300N×垂直距离，这就是输出力矩。就怎么简单的。

作者: daveil 时间: 2017-9-12 18:46
都丢掉了要捡起来

作者: CJH、 时间: 2017-9-13 10:16
300N*0.1/2=15N/M

作者: sai佐为 时间: 2017-9-13 12:52
学校刚交，想不到工程力学这么牛

作者: jxzj 时间: 2017-9-13 15:45
理论力学和机械原理能找到答案吧，虽然我已忘得差不多了

作者: ktangwu 时间: 2017-9-13 17:19
机械设计吧，刚参加工作没有觉得学校学的能用上多少，都说要工作中积累经验，做到后面越来越发现学校学的那些东西的重要性，有时候甚至觉得本科学的东西都不够用。
有点后悔有些科目当时学的半懂不懂的，现在真用起来还要去钻研，可是已经没有老师了，有时候学的是对是错也没个验证。

作者: ktangwu 时间: 2017-9-13 17:33

蓝色格发表于 2017-9-12 16:52
已知所需300N的力，对吧？过电机轴心做跟300N力方向的垂直距离，求300N×垂直距离，这就是输出力矩。就怎 ...

整个旋转过程中，电机所需最小扭矩为300N*50mm，在短臂和长臂垂直的位置，其余位置电机所需扭矩必然大于300N*50mm。
按你的方法计算电机扭矩必然小于300N*50mm，哪里出了问题？

作者: 蓝色格 时间: 2017-9-13 18:59

ktangwu 发表于 2017-9-13 17:33
整个旋转过程中，电机所需最小扭矩为300N*50mm，在短臂和长臂垂直的位置，其余位置电机所需扭矩必然大于3 ...

你仔细想想，到底电机扭矩必然小于300N*50mm还是必然大于300N*50mm？如果90°的时候如果需要的扭矩最小，那么所需最大扭矩是多少？180°的扭矩是多少？这个思路不能乱，不然全反了。

作者: 水水5 时间: 2017-9-13 20:53
假设将楼主的题抽象成一个理论力学的题：
一个轮子带动一个连杆转动，如楼主的图。连杆的另一端连接有一个绕定轴转动的弹簧。
在某时刻对轮子施加一扭矩使轮子和连杆处于静态平衡（即没有运动）。弹簧的力显示为300牛。问扭矩多大？
我画了两个图：
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左图为A，右图为B。蓝色的代表轮子。白色的代表力和连杆。红色中心线代表一个直角坐标系。
图中角度为a 为连杆和切线的夹角。
你们认为是A图正确，还是B图正确。轮子受到的切向力到底是多少呢？

杆肯定是二力杆。轮子也肯定产生一个切向力一个向心方向的力。或者说向心方向的力是约束力。所以我认为B图对。
切向力为300*cos a
其实A图也没有错。但是向心力的分力加上切向力的分力之和等于300.但是向心力未知。所以不好求解。
楼主最终是怎么求的？
@面壁深功

作者: ktangwu 时间: 2017-9-13 21:12

蓝色格发表于 2017-9-13 18:59
你仔细想想，到底电机扭矩必然小于300N*50mm还是必然大于300N*50mm？如果90°的时候如果需要的扭矩 ...

这么理解的话，我想的全反了，90°扭力刚好300，而180°只要有扭力就能动起来，这是什么道理？我一直以为180°是死点位置。

作者: ktangwu 时间: 2017-9-13 21:14

水水5 发表于 2017-9-13 20:53
假设将楼主的题抽象成一个理论力学的题：
一个轮子带动一个连杆转动，如楼主的图。连杆的另一端连接有一个 ...

我最后是按你图a里，切向力在300方向的分力能抵消300计算，按楼上的朋友说，和你的思路，貌似我完全想反了。

作者: 水水5 时间: 2017-9-13 21:20

ktangwu 发表于 2017-9-13 21:14
我最后是按你图a里，切向力在300方向的分力能抵消300计算，按楼上的朋友说，和你的思路，貌似我完全想反 ...

如果轮子是主动的话，这个是前提
事实就是这样的啊：当a=90时，轮子只要很小的力就能驱动连杆。当a=0度时，切向力等于300
轮子是主动不存在死点。连杆是主动才存在死点。

作者: ktangwu 时间: 2017-9-13 21:41
本帖最后由 ktangwu 于 2017-9-13 21:55 编辑

(, 下载次数: 9)
(, 下载次数: 5)
这个是整体机构，圈圈位置是固定转动点，M是电机。电机转动，通过X型结构，最终推动整个平台上升下降，本来是用气缸推动的，类似于

现在为了好控制，改为电机控制。
下图是我最新作的受力分析，承重加运动部分自重140KG。
(, 下载次数: 5) 最后电机部分应该没有问题，其他部分再请大家帮忙看看，这一通谈论下来，严重怀疑自己读过大学

作者: ktangwu 时间: 2017-9-13 21:51
我电机选大了不少，明天还要回去从新计算一遍。
我直接按提升140KG一定高度直接计算功率，和用这个受力分析计算出的电机功率差别很大，还好上来问了一下，感谢大家了

作者: 水水5 时间: 2017-9-13 21:55
我是受不了这样的一连串的受力分析的。对不对天知道。
提供两个方案：一、必威体育网址里面有个美国的机械设计教材，机构的受力分析是采用矩阵式，列矩阵，用软件解矩阵。
二、如果机构只有一个自由度，用虚位移原理，简单，可靠。
虚位移原理，可以翻翻理论力学教材，再结合必威体育网址力早些年的帖子。你会明白的。

作者: 水水5 时间: 2017-9-13 21:59
//www.szfco.com/forum.php?mod ... hlight=%D0%E9%B9%A6
很可惜，处士大侠的帖子没有图了。
自己悟吧。

作者: 蓝色格 时间: 2017-9-14 08:42

ktangwu 发表于 2017-9-13 21:51
我电机选大了不少，明天还要回去从新计算一遍。
我直接按提升140KG一定高度直接计算功率，和用这个受力分 ...

你这个有问题啊。

作者: 蓝色格 时间: 2017-9-14 08:45

ktangwu 发表于 2017-9-13 21:51
我电机选大了不少，明天还要回去从新计算一遍。
我直接按提升140KG一定高度直接计算功率，和用这个受力分 ...

你不会直接用电机带动吧？没有减速机？还有把那个几个放到方案里，长臂的力其实就不一样了。

作者: jiangsuwanhua 时间: 2017-9-14 09:18
这个做个受力分析应该差不多可以了

作者: ktangwu 时间: 2017-9-14 09:23
(, 下载次数: 10) (, 下载次数: 9) (, 下载次数: 12)
嗯，在运行过程中，力臂在变化，越上升，所需力在变小，所以不一定在直角位所需力矩为电机最大力矩，我用sw运算了一下，高度从305运行到515，以10为增加单位，得出240公斤为最大扭力。这样计算出来的电机扭矩比之前选的小了4倍，内心还是忐忑的。
按1.5秒提升这个高度算，所需功率为180W，可是按240公斤扭力使用180减速比电机换算所需功率仅为111W。
上班的电脑不能上网，等下班我把详细过程上传。

作者: lingpeng654123 时间: 2017-9-14 09:43
建议楼主：用力矩平衡方程就行了。没必要那么麻烦。T=fr F就是你的连杆的力，r，你过电机中心向你的连杆的力做垂线！，然后两者的乘积就是你的电机需要的扭矩。

作者: 月光狼人 时间: 2017-9-14 09:43

1179819870 发表于 2017-9-11 22:56
三维直接分析啊，干嘛还要手算？

三维怎么分析，用什么软件啊啊

作者: 1179819870 时间: 2017-9-14 10:32

月光狼人发表于 2017-9-14 09:43
三维怎么分析，用什么软件啊啊

没明白你的简图哪个是长臂哪个是短臂

作者: 蓝色格 时间: 2017-9-14 11:14
240公斤扭力是什么意思？

作者: 蓝色格 时间: 2017-9-14 11:22

ktangwu 发表于 2017-9-14 09:23
嗯，在运行过程中，力臂在变化，越上升，所需力在变小，所以不一定在直角位所需力矩为电机最大力矩，我用 ...

180减速比能不能达到1.5s的速度？没有匹配好，功率可能不一样。

作者: 蓝色格 时间: 2017-9-14 11:34

ktangwu 发表于 2017-9-14 09:23
嗯，在运行过程中，力臂在变化，越上升，所需力在变小，所以不一定在直角位所需力矩为电机最大力矩，我用 ...

还有你这个连杆带动，其实提升全过程都是变速的过程，这个可以分析一下。考虑一下加速度。启动时系统的惯量。适当加大功率。

作者: ktangwu 时间: 2017-9-14 12:03

蓝色格发表于 2017-9-14 11:14
240公斤扭力是什么意思？

第一张图里面，升高到365高度时，短臂与长臂连接处电机扭力所需240公斤。

作者: ktangwu 时间: 2017-9-14 12:08

蓝色格发表于 2017-9-14 11:34
还有你这个连杆带动，其实提升全过程都是变速的过程，这个可以分析一下。考虑一下加速度。启动时系统的惯 ...

也只是考虑静力状态计算功率，要是考虑惯量和加速度，太复杂了，而且这个系统对加速度没有要求，我把不考虑系统损耗的计算功率乘以2选的电机减速机。
等忙完这一阵，好好学习一下这方面的知识，再把详细内容贴上来。

作者: ktangwu 时间: 2017-9-14 12:15
感觉机构也是有一种和谐之美的，我图中那个电机减速机相对机构来说太大了，不和谐

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