机械原理,孙恒,西北工业大学版第4章平面机构的力分析.ppt

1、第四章 平面机构的力分析4-1 作用在机械上的力和力分析的方法,1、作用在机械上的力： 驱动力-驱动机械运动的力 阻抗力-阻止机械运动的力 有效阻力（工作阻力）-有效功，（输出功） 有害阻力（摩擦力、介质阻力），-损失功 2、分析的目的和方法 目的：确定运动副中的反力（大小和性质） 确定机械上的平衡力（或平衡力偶），（即确定驱动力） 步骤：求出各构件的惯性力和力偶，视为外加的力 根据静定条件将机构分解为若干构件组和平衡力系 （从最远的构件组，即外力全部已知的构件组开始） 逐步推算到平衡力作用的构件,3、什么是静力分析和动态静力分析： 静力分析-不计惯性力对机械进行力分析 动态静力分析-计入惯性

2、力，利用达朗伯 原理（动静法）作力分析 方法： 图解法 解析法：矢量方程式法 直角坐标法（矩阵法） 复数法,4-2 构件惯性力的确定,FIi-i构件质心上的惯心力 FIi- i构件偏离质心某一点上的惯心力 mi -各构件的质量 Jsi-绕过质心轴的转动惯量 asi-质心Si的加速度 i-角加速度,1、一般力学方法（基本概念）,（1）作平面复合运动的构件(如连杆2 ), 质心S2 ，其惯性力及惯性力偶为： 可简化为作用于偏离质心S2 ，距离为lh2 的一个惯性力： 偏距 注意：对质心S2 之矩方向应与2 方向相反。,（2）作平面移动的构件-滑块3 ，质心S3 惯性力： （3）绕定轴转动的构件-如

3、曲柄1 变速转动，质心 S1 ，其惯性力系： 或简化为一个总惯性力： 如果回转轴线通过构件质心，则只有惯性力偶矩：,2 质量代换法,代换原则：使代换前后，构件惯性力和 惯性力偶矩保持不变。 须满足三个条件： 代换前后的质量不变； 质心位置不变； 构件对质心轴的转动惯量不变。,*动代换-满足三个代换条件 如图（ b）:对连杆2 ，用B、K两点集中质量mB ，mK 代换：,上式中，三个方程，四个未知量，有一个未知量可选。在工程上一般先选定代换点B的位置，其余三个未知量便可求了。,* 静代换-为了便于计算，工程上常采用只满足前两个代换条件的静代换。 如图（c），此时四个未知量，二个方程。则两个代换点

4、位置可任选（b和c）,则：,注意：静代换是一种近似的代换方法，但因仅满足前两项条件，故mb 、 mc对质心轴的转动惯量与原构件对该轴的转动惯量JS有误差，对一般不需精确的工程计算是允许的。,4-3 运动副中摩擦力的确定三种情况：移动副、转动副、平面高副,一、移动副中摩擦力确定,1、平 面摩擦（图4-2（a） 设FR21为法向反力FN21和摩擦力Ff21的合力，称为总反力，其与法向反力FN21之间的夹角，称为摩擦角。由图可知，故 ：,2槽面摩擦，图4-2（b）,当量摩擦系数,对图4-2（c）所示 半圆槽面情况，有：,线接触时 fv = f 面接触时 （对非跑合面） （对跑合面）,因此可统一写成：

5、,3、应用举例（斜面）：,需水平驱动力F ： F=G tan ( + ),需水平驱动力F，：F，=G tan ( - ),当 , F，0, 滑块下滑的阻抗力； 当 , F，0, 方向与图示方向相反， 滑块下滑的驱动力；,图4-5-矩形螺纹：,等速拧紧螺母所需力矩： 等速放松螺母所需力矩：, 图4-6-三角形螺纹 当量摩擦系数：,拧紧时所需力矩： 拧松时所需力矩：,二、转动副中摩擦力确定,摩擦力矩：,从另一角度来分析，因总反力FR21为法向反力FN21与摩擦力Ff21的合力。则有：G= - FR21,其中： 称为摩擦圆半径,摩擦圆的概念： 1）以轴颈中心O 为圆心，以为半径的圆。 2）在转动副中

6、，只要发生相对转动，总反力就总是切于摩擦圆，即轴承对轴颈的总反力FR21始终相切于摩擦圆。 3）FR21对铰联中心所形成的摩擦力矩的方向总是与相对角速度的方向相反。的确切方向须从该构件的其它力平衡条件中得到。,思考题1： 移动副中总反力R21的方向与相对运动速度v21的方向之间的夹角总为。在下图中画出了四种情况（其它力未画出），请判断哪种是正确的？哪种是错误的？,思考题2：转动副（轴颈）中总反力R21总是切于摩擦圆，在下图中画出了三种情况（Q为主动力，虚线为摩擦圆），请判断哪种是正确的？哪种是错误的？若有错误请予改正，并说明轴颈1在各图中的运动状态（自锁、等角速转动还是加速转动）。,（2） 轴端摩擦轴端-轴用以承受轴向力的部分,两种情况： 新轴端，p = 常数， 则： 跑合轴端：p= 常数 ， 则：,例1 图例13-1所示为一凸轮-杠杆机构，原动件凸轮1逆