第4章 平面机构的力分析

普通高等教育3D版机械类规划教材

机械原理（3D版）

徐楠

王秀叶

郭春洁何芹

陈清奎

编著机械工业出版社2019.7第四章平面机构的力分析§4-1力分析的基本知识§4-2构件惯性力的确定§4-3运动副中的摩擦及考虑摩擦时机构的受力分析§4-4不考虑摩擦时机构的动态静力分析§4-1力分析的基本知识一、作用在机构上的力驱动力——促使机构运动的力。特征：力与受力点速度方向相同或成锐角。阻抗力——阻止机构运动的力。特征：力与受力点速度方向相反或成钝角。二、力分析的目的和方法目的：确定运动副中反力，从而计算构件强度；确定机械功率、效率;

确定平衡力。方法：不计惯性力——静力分析（低速机械）计及惯性力——动态静力分析（高速机械）（图解法、解析法）§4-1力分析的基本知识三、机构力分析的方法动态静力分析步骤：1）由运动分析求出运动副和构件质心处的位置、速度、加速度以及各构件的的角速度和角加速度。2）已知或估算机构结构及各构件的尺寸、质量、转动惯量以及质心的位置，计算各构件的惯性力并加于构件的相应位置上。3）将机构从力分析起始件开始按杆组进行拆分。4）逐渐对各个杆组进行动态静力分析，求出各运动副的约束反力。5）由机构或构件的力平衡原理，在已知条件的基础上，求出机构的平衡力（或平衡力矩）。当平衡力（或平衡力矩）作用在原动件上就是驱动力（或驱动力矩），若作用在从动件上就是阻抗力（或阻抗力矩）。※以杆组为隔离体§4-2构件惯性力的确定一、作平面复合运动的构件质心处惯性力FI=-m

aS惯性力偶矩MI=-JS

合成为：FI’lh=MI/FI

二、做平面移动的构件FIABCaSs质心处的惯性力

FI=-maS图4-1构件的惯性力§4-2构件惯性力的确定三、做定轴转动的构件1.绕通过质心的定轴转动惯性力偶矩MI=-JS

2.绕不通过质心的定轴转动质心处惯性力FI=-maS惯性力偶矩MI=-JS

合成：FI’图4-2绕非质心轴转动的构件§4-3运动副中的摩擦及考虑摩擦时机构的受力分析一、移动副中的摩擦法向反力FN21=G摩擦力合成为总反力FR21

——摩擦角考虑摩擦时，移动副中总反力偏离法向一摩擦角。偏离方向与运动方向相反。1.平面摩擦图4-3平面移动副摩擦分析2.槽面摩擦法向反力

fv=f/sin

——当量摩擦系数tan

v=fv

v——当量摩擦角图4-4§4-3运动副中的摩擦及考虑摩擦时机构的受力分析§4-3运动副中的摩擦及考虑摩擦时机构的受力分析3.斜面摩擦4.螺旋副中的摩擦（1）上行时驱动力F=Gtan(+)（2）上行时

阻抗力F’=Gtan(

-

)图4-5滑块上行斜面摩擦分析图4-6滑块下行斜面摩擦分析螺母拧紧时F=Gtan(

+

)即正行程M=Fd2/2=Fd2tan(

+

)/2螺母放松时F’=Gtan(

-

)即反行程M’=F’d2/2=Gd2tan(

-

)/2螺母拧紧时F=Gtan(

+

v)即正行程M=Fd2/2=Gd2tan(

+

v)/2螺母放松时F’=Gtan(

-

v)即反行程M’=F’d2/2=Gd2tan(

-

v)/2矩形螺纹三角形螺纹

§4-3运动副中的摩擦及考虑摩擦时机构的受力分析二、转动副中的摩擦1.轴颈摩擦以

为半径的圆——摩擦圆摩擦力矩=fvr考虑摩擦时，转动副中总反力偏离转动中心一摩擦圆半径。，

图4-10径向轴颈摩擦分析

§4-3运动副中的摩擦及考虑摩擦时机构的受力分析2.轴端摩擦，

图4-11止推轴颈摩擦分析新轴端：p=常数Mf=2fG(R3-r3)/3(R2-r2)跑合轴端：p

=常数Mf=fG(R+r)/2转动副中总反力方向的判定1）不考虑摩擦，初定总反力方向；2）总反力应切于摩擦圆；3）总反力对轴颈中心的矩的方向与轴颈相对于轴承的角速度方向相反。

§4-3运动副中的摩擦及考虑摩擦时机构的受力分析例：曲柄滑块机构，已知作用在滑块3上的工作阻力P，移动副接触面之间的摩擦角

，转动副A、B和C处的摩擦圆如图所示。若不计各构件的重量和惯性力，试对图示位置的机构进行受力分析，确定出各运动副的总反力及图示位置需施加于曲柄1上的驱动力矩M1。图4-12曲柄滑块机构受力分析§4-4不考虑摩擦时机构的动态静力分析1）机构运动分析；3）拆杆组并逐一对基本杆组进行受力分析，写出矢量平衡方程，作矢量多边形，求解未知力。2）求各构件惯性力，作为外力和外力矩加在相应构件上；画出构件上的已知外力、惯性力、拆杆组后运动副之间的反力例：如图4-13所示的颚式破碎机中，已知各构件的尺寸、重量和对其质心轴的转动惯量，以及破碎石块时加于动颚2上的阻力Fr。设原动件曲柄1的角速度为ω1，若忽略其重力，试求作用在曲柄1上的点E并沿x-x方向的平衡力，并确定各运动副的反力。解：（1）机构运动分析图4-13机构的动态静力分析§4-4不考虑摩擦时机构的动态静力分析（2）求各构件惯性力，作为外力和外力矩加在相应构件上；构件2：构件3：§4-