安农大机械原理课件09平面机构的力分析

第九章平面机构的力分析2026/6/12§9-1研究机构力分析的目的和方法§9-1研究机构力分析的目的和方法2026/6/12§9-1研究机构力分析的目的和方法作用于机构中力的分类驱动力驱使机构产生运动的力作正功例如推动内燃机活塞的燃气压力加在各种工作机主轴上的原动机提供的外力矩2026/6/12§9-1研究机构力分析的目的和方法作用于机构中力的分类阻力阻止机构运动的力作负功可分为有效阻力和有害阻力。有效阻力又称工作阻力例如机床的切削阻力起重机的荷重有害阻力是阻力中除有效阻力外的无效部分例如齿轮机构中的摩擦力2026/6/12§9-1研究机构力分析的目的和方法作用于机构中力的分类运动副反力当机构运转时，在运动副中产生的反作用力。可分解为沿运动副两元素接触处的法向和切向两个分力。法向反力称正压力不作功切向反力即运动副中的摩擦力2026/6/12§9-1研究机构力分析的目的和方法作用于机构中力的分类重力作用在构件质心上因地球吸引产生在一个运动循环中重力所作的功的和为零重力在很多情况下(尤其在高速机械的计算中)可以忽略不计2026/6/12§9-1研究机构力分析的目的和方法作用于机构中力的分类惯性力虚拟力Fi=-mas在一个运动循环中所作功的和为零2026/6/12§9-1研究机构力分析的目的和方法作用于机构中力的分类内力与外力对整个机构而言运动副反力是内力对于一个构件而言运动副反力是外力其余各力均是外力待定未知外力称为平衡力或平衡力矩2026/6/12§9-1研究机构力分析的目的和方法研究机构力分析的目的确定机构运动副反力可用于零件设计和强度校核测算机构中的摩擦力和机械效率等确定机构需加的平衡力或平衡力矩可用于确定机器工作时所需的驱动功率确定能承受的最大负荷等2026/6/12§9-1研究机构力分析的目的和方法研究机构力分析的方法静力计算不计动载荷而仅考虑静载荷的计算低速机械动力计算同时计及静载荷和动载荷的计算高速机械使用动态静力法2026/6/12§9-1研究机构力分析的目的和方法研究机构力分析的方法动态静力法根据达朗贝尔原理，假想地将惯性力加在产生该力的构件上，则在惯性力和所有的其他外力作用下，该机构或其中构件都可以认为是处于平衡状态，因此可以用静力学的方法进行计算。虚拟加惯性力→类似静力平衡状态→使用静力学的方法2026/6/12§9-1研究机构力分析的目的和方法研究机构力分析的方法模型简化低速机械可以不计惯性力略去重力2026/6/12§9-1研究机构力分析的目的和方法研究机构力分析的方法图解法解析法2026/6/12§9-1研究机构力分析的目的和方法§9-2构件惯性力的确定2026/6/12§9-1研究机构力分析的目的和方法构件惯性力的计算作平面复杂运动的构件FiMi平面移动

-mas0平面一般运动

-mas-Jsα轴线通过质心

匀速

00变速

0-Jsα轴线不通过质心

匀速

-mas0变速

-mas-Jsα2026/6/12§9-1研究机构力分析的目的和方法构件惯性力的计算总惯性力将构件同时具有的惯性力Fi和惯性力偶矩Mi合成总惯性力Fi’2026/6/12§9-1研究机构力分析的目的和方法质量代换法按一定条件将构件的分布质量用集中在若干选定点的假想质量来代换的方法称为质量代换法。该假想的集中质量称为代换质量代换质量所集中的点称为代换点。2026/6/12§9-1研究机构力分析的目的和方法质量代换法代换条件集中在各代换点的质量总和应等于原构件的质量，即代换前后构件的质量不变；集中在各代换点的质量的总质心应与原构件的质心相重合，即代换前后构件的质心位置不变；集中在各代换点的质量对质心轴的转动惯量总和应等于原构件对该轴的转动惯量，即代换前后对质心轴的转动惯量不变。2026/6/12§9-1研究机构力分析的目的和方法质量代换法静代换凡满足前两个代换条件的代换，其惯性力不变，这种代换的原构件和代换系统的静力效应完全相同动代换凡满足上述所有三个代换条件的代换，其惯性力和惯性力偶矩都不变，这种代换的原构件和代换系统的动力效应完全相同2026/6/12§9-1研究机构力分析的目的和方法质量代换法2026/6/12§9-1研究机构力分析的目的和方法质量代换法动代换2026/6/12§9-1研究机构力分析的目的和方法质量代换法静代换2026/6/12§9-1研究机构力分析的目的和方法§9-3运动副中摩擦力的确定2026/6/12§9-1研究机构力分析的目的和方法一、移动副中的反力

1、平面移动副反力

根据滑块A的平衡，

Ff与VAB相反，大小根据滑动摩擦定律

ψ——摩擦角

f——摩擦系数（材料、光滑度、润滑）

2026/6/12§9-1研究机构力分析的目的和方法确定RBA

（力的三要素：点、方向、大小）

①方向：RBA与VAB成90+ψ

②大小

（1）

A加速运动

（2）

A减速直至静止，若A原来不动，自锁

（3）

A匀速或静止

2026/6/12§9-1研究机构力分析的目的和方法F作用线作用在接触面之外，确定RBA如果材料很硬，可近似认为两反力集中在b、c两点

2026/6/12§9-1研究机构力分析的目的和方法2、楔形面移动副反力

xoy面

yoz面

fΔ——当量摩擦系数ψΔ——当量摩擦角2026/6/12§9-1研究机构力分析的目的和方法与平滑块相同，楔形滑块所受的运动副总反力RBA与VAB成90+ψΔ角

RBA：大小由平衡方程求得。

2026/6/12§9-1研究机构力分析的目的和方法二、转动副中的运动副反力

1、径向轴颈，止推轴颈

2、径向轴颈的反力

由实验测量得：

f○——径向轴颈的当量摩擦系数

（与材料、粗糙度、润滑条件有关）

确定RBA：

RBA与y方向成α角2026/6/12§9-1研究机构力分析的目的和方法其中：

（f为滑动摩擦系数）

（该式当A、B间存在间隙时成立）

若A、B间没有间隙：

对于A、B间没有摩损或磨损极少的非跑合者，

f○=1.57f对于接触面经过一段时间的运转，其表面被磨成平滑，接触更加完善的跑合者，

f○=1.27f

2026/6/12§9-1研究机构力分析的目的和方法由式知：

ρ只与f0，r有关，P变向时，RBA变向，但相对轴心O始终偏移一个距离ρ，

即RAB与以O为圆心，以为半径的圆相切，与摩擦角作用相同，此圆决定了总反力作用线的位置，称摩擦圆

由于摩擦力矩阻止相对运动，∴RBA相对轴心O的力矩为ωAB相反。

RBA：大小

RBA=Q

方向

与Q相反

作用线

与摩擦圆相切，对O的矩与ωAB相反

2026/6/12§9-1研究机构力分析的目的和方法根据力偶等效定律，M和Q合并成——合力Q’

（1）

A作减速至静止，原来静止，自锁

（2）

（3）

A匀速转动，或保持静止

A加速运动

2026/6/12§9-1研究机构力分析的目的和方法3、止推轴颈的摩擦力

r’——当量摩擦半径

非跑合：

跑合：

2026/6/12§9-1研究机构力分析的目的和方法例：已知各转动副半径r，fo，F求，R41，R21，R23，R45，M3的方向，R14，R12，R32，R34（不计各构件的重力和惯性力）

2026/6/12§9-1研究机构力分析的目的和方法§9-4不考虑摩擦力的机构力分析2026/6/12§9-1研究机构力分析的目的和方法ReadingHints运动量用线图表示，能迅速了解其时间上或局部的变化概貌。2026/6/12§9-1研究机构力分析的目的和方法运动线图主要表示形式位移-时间线图（s-t线图）速度-时间线图（v-t线图）加速度-时间线图（a-t线图）速度-位移线图（v-s线图）2026/6/12§9-1研究机构力分析的目的和方法§9-5速度多边形杠杆法2026/6/12§9-