广工大机械原理课件04平面机构的力分析

4-1机构力分类及研究方法4-2

构件惯性力的确定4-3运动副中摩擦力的确定4-4

不考虑摩擦时机构的力分析4-5考虑摩擦时机构的力分析基本要求:熟练分析和计算移动副的摩擦问题掌握螺旋副及转动副中摩擦问题的分析和计算方法第4章平面机构的力分析作用力：原动力、生产阻力、重力、摩擦力、惯性力、运动副反力等按力对机械运动影响不同分类：驱动力：驱使机械运动的力阻抗力：阻止机械运动的力有效阻力有害阻力§4-1机构力分类及研究方法一、机构力分类确定运动副的反力确定机械上的平衡力（或平衡力偶）二、机构力分析的目的静力分析Staticalanalysis：对低速机械，因惯性力小，常忽略不计静力学平衡动态静力分析Kinetostaticalanalysis：对高速及重型机械，因惯性力很大，必须计及惯性力（即将惯性力视为一般外力加于相应构件上，再按静力分析的方法进行分析）先进行静力分析、静强度计算确定各构件尺寸进行动态静力分析及强度计算图解法、解析法三、机构力分析的方法动态静力法——动静法达朗伯原理假想地在运动的构件上加上惯性力，则构件在主动力、约束力及惯性力作用下处于平衡动态静力分析——动静法：根据达朗伯原理将构件运动时产生的惯性力作为已知外力加在相应的构件上，将动态受力系统转化为瞬时静力平衡系统，用静力学的方法对机构进行受力分析，即动态静力分析。

动静法将动力学问题转化为静力学问题，因而可运用全部静力学知识与解题技巧求解。机构的动态静力分析从本质上讲，仍然是一种在假定条件下的受力分析，但它的分析结果较静力分析更接近机构的真实受力情况。这种受力分析方法是中、高速机械受力分析主要采用的方法。一、一般力学方法二、质量代换法自学内容§4-2构件惯性力的确定惯性力Inertiaforce：任何物体都将给予企图改变它运动状态的其它物体以阻力当物体受到力的作用，其运动状态发生变化时，由于物体的惯性，对外界产生反作用，抵抗运动的变化。这种抵抗力称为惯性力惯性力的大小等于质量乘加速度，方向与加速度相反，作用在使此物体产生加速度的其它物体上构件惯性力的确定：作平面移动构件绕定轴转动构件作平面复合运动构件一、一般力学方法设想把构件的质量按照一定条件集中于构件上某机构选定点的假象集中质量来代替，即只需求各集中质量的惯性力。这种惯性力简化方法称为质量代换法。二、质量代换法代换条件（动代换）代换前后构件的质量不变；代换前后构件的质心不变；代换前后构件对质心轴的转动惯量不变；

静代换一、摩擦概述二、移动副中的摩擦三、螺旋副中的摩擦四、转动副中的摩擦五、摩擦在机械中的应用§4-3运动副中摩擦力的确定全世界约有1/3~1/2的能源以各种形式损耗在摩擦上摩擦导致的磨损是机械设备失效的主要原因，约80%的零件损坏由各种形式的磨损引起摩擦是通过运动副对整个机器工作性能发生影响的摩擦是复杂的物理化学现象——有害、也有利控制摩擦、减少磨损、改善滑润性能，成为节约能源、提高机械效率、缩短机械维修时间、提高机械产品质量的主要措施措施：滚动代替滑动、选用优质润滑油、选用耐磨材料…《摩擦学》是研究有关摩擦、磨损与润滑的一门新兴交叉学科一、摩擦概述移动副中的摩擦是运动副中摩擦的一种简单的形式，广泛存在于机械运动中。分三种情况介绍：1平面摩擦2斜面摩擦3槽面摩擦21

12二、移动副中的摩擦21F1平面摩擦力分析：摩擦力：总反力：摩擦角总反力R21与相对移动速度v21之间的夹角为钝角(90O+j)平衡条件：自锁条件：当bj

时，滑块自锁v12FR21Ff21GFN21FRb2斜面摩擦分析使滑块等速运动所需要的水平力等速上升：平衡条件：驱动力：等速下滑：平衡条件：维持力：自锁条件：当αj时，F’

0，原工作阻力F’反向作用，作为驱动力时，滑块才能移动结论：当αj

时，滑块自锁ααFGR21α+VGFFNFfvF’Gα–FR21’FR21’GF’FN’Ff’

FR21

3槽面摩擦力分析：摩擦力：当量摩擦角：12G2jvG

思考:

与平面摩擦比较？结论：槽面的摩擦力大于平面的摩擦力1111PV121FR21FN21Ff11G螺旋副作为一种空间运动副，其接触面为螺旋面。螺杆和螺母之间受到轴向力Q时，拧动螺杆或螺母，螺旋面间将产生摩擦力1矩形螺纹2三角形螺纹三、螺旋副中的摩擦1矩形螺纹螺旋副（螺母与螺杆）的相对运动

滑块沿斜面运动假设：1)载荷分布在中线上;2)单面产生摩擦力螺旋升角Gd2dd1αs=zpv12

FR21nnFGα拧紧力拧紧力矩防松力防松力矩自锁条件α

效率2三角形螺纹反力摩擦力当量摩擦角GFN/2FN/2GFN’FN’

900-900-

3三角形螺纹拧紧力拧紧力矩自锁条件α

j

v效率防松力防松力矩GFN/2FN/2GFN’FN’

900-900-

转动副按载荷作用情况的不同，可分为两种：1轴颈的摩擦——径向轴颈与轴承2轴端的摩擦——止推轴颈与轴承21四、转动副中的摩擦1轴颈的摩擦当量摩擦系数摩擦力矩12MdrGFR21轴承轴颈轴FN21Ff21总反力力平衡力矩平衡即对于具体的轴颈，r为定值，是摩擦圆半径摩擦圆12FFR21FFR21w1221FFR21w1221转动副总反力方位线的确定1）FR21与载荷F大小相等，方向相反；2）FR21的作用线必切于摩擦圆；3）FR21产生的摩擦力矩与

12转动方向相反。轴颈的摩擦小结总反力FR21与载荷G大小相等，方向相反FR21产生的摩擦力矩与轴转动角速度

12的方向相反FR21的作用线必切于摩擦圆若将驱动力矩Md用载荷G表示(即G’等效代替G、Md)当e>

时，Md>Mf,则轴颈将加速运动当e=

时，Md=Mf,则轴颈保持平衡当e<

时，Md<Mf,则轴颈将减速直至停止自锁条件：当e

时，不论Q多大，也无法使轴转动12MdrGFR21FN21Ff21G’e例题1：一四杆机构如图，曲柄1为主动件，在力矩M1的作用下沿

1方向转动。试求各转动副中作用力的方向线。图中虚线小圆为摩擦圆。解题时不考虑构件的自重及惯性力。解：各杆均视为二力杆；2杆为拉杆；摩擦力矩的作用与驱动力矩相反

4AD123

1M1BCM3R32R12R41R23R21R43例题2：曲柄滑块机构如图。设各运动副摩擦系数f和转动副的半径r为已知。作用在滑块上的水平阻力Q为已知。不计各构件和重力及惯性力。试对该机构在图示位置进行力分析，并确定加于B点与AB垂直平衡力Pb的大小。解：1.摩擦圆半径

=fr；

2.3为受压二力杆，总反力对相对转动中心的摩擦力矩与驱动力的作用相反；

3.4构件为三力构件：B2

14CQPb3AR23R43R43三力汇交于一点F。j=arctgfFjR14QR14R434.同理，2构件为三力构件；R32R12R12PbR32三力汇交。2轴端的摩擦——止推轴承摩擦力矩的计算设压强为p微环上正压力dFN=pds摩擦力

dFf=fpds摩擦力矩dMf=

dFf =

fpds21G2r2RMd

Rr总摩擦力矩212r2R？为什么止推轴承一般采用空心轴端新轴端:P=常数=G/(R2-r2)跑合轴端：

p=常数2轴端的摩擦——止推轴承机械中的摩擦在某些情况下也有其有利的一面，工程实际中有不少机械是利用摩擦来工作的有利应用：皮带传动、摩擦轮传动、摩擦离合器、制动器、夹具…1、摩擦传动2、摩擦离合器3、摩擦制动4、摩擦联接5、摩擦锁紧四、摩擦在机械中的应用1摩擦传动12圆柱平摩擦传动圆柱槽摩擦传动r22222a滚轮圆盘式摩擦传动1带传动2摩擦离合器``FaRf3摩擦制动带式制动器FF1F2

制动轮制动带钢圈刹车片片式制动器4摩擦联接普通螺纹联接锥与锥孔的联接FQFQF5摩擦锁紧偏心夹具斜面压榨机空击夹具体1工件2偏心圆盘3FR23PFFQ

一、构件组的静定条件二、图解法进行机构的动态静力分析三、解析法进行机构的动态静力分析