机械原理第四章平面机构的力分析

1、机械原理课件第四章平面机构的力分析第1页，共20页，2022年，5月20日，2点45分，星期四w 作用在机械构件上的力常见的有：驱动力(矩)、生产阻力(矩)、重力、惯性力(矩)、摩擦力、介质阻力和运动副中的反力。PrGF惯NF摩 或成锐角作正功驱动功、输入功。G 4-1 机构力分析的目的和方法一、作用在机械上的力包括：原动力、重力（重心下降）、惯性力（减速）等。Mdav驱动力矩生产阻力 从做功的角度可分为： 驱动力：驱使机构产生运动的力。 特点：与作用点的速度方向相同、第2页，共20页，2022年，5月20日，2点45分，星期四特点：与作用点的速度方向相反、或成钝角作负功阻抗功。包括：生产阻力

2、、摩擦力、重力(重心上升)、惯性力(加速)等。可分为两种： 有害阻力：机械运动过程中的无用阻力。克服此阻力所做的功称为损耗功。MdPrGF惯NF摩G G 阻抗力：阻碍机构产生运动的力。 有效阻力(生产阻力)：执行构件面对的、机械的目的实现。克服此阻力所做的功称为有效功或输出功。vv第3页，共20页，2022年，5月20日，2点45分，星期四1. 确定运动副中的反力 特点：对整个机械来说是内力；对构件来说则是外力。 目的：计算构件的强度、运动副中的摩擦、磨损；确定机械的效率；研究机械的动力性能。MdPrGF惯NF摩G 二、任务与目的第4页，共20页，2022年，5月20日，2点45分，星期四 定

3、义：指与作用在机械上的已知外力，以及当该机械按给定的运动规律运动时其构件的惯性力相平衡的未知外力(或外力矩)。 目的：减小机械运动中构件惯性力对机械性能的影响。三、方法 静力分析和动态静力分析。 图解法和解析法。 2. 确定机械上的平衡力(或平衡力偶)第5页，共20页，2022年，5月20日，2点45分，星期四MisPi Mi = - Jse Pi = -mas 而这惯性力Pi和Mi又可用一个大小等于Pi的总惯性力Pi 代替；其偏离距离为h= Mi/ Pi 。hPi Mi = 0 Pi = -mas (as=0或as0 ) 一、一般力学方法 由理论力学知：惯性力可以最终简化为一个加于构件质心S

4、处的惯性力Pi和一个惯性力矩Mi；即1. 作平面移动的构件4-2 构件惯性力的确定第6页，共20页，2022年，5月20日，2点45分，星期四a. 回转轴线通过构件质心b. 回转轴线不通过质心S Mi = -Js e ( e = 0 或 e 0 ) Pi = 0 3. 作平面复合运动的构件eMiSPihPi Mi = - Jse Pi = -mas 其中：h=Mi/Pi Mi = - Jse Pi = -mas 其中：h=Mi/PiMihsPiPi 2. 绕定轴转动的构件第7页，共20页，2022年，5月20日，2点45分，星期四h1AB2 1S13M2P2 P1 P1 P2 aS2aS1h2

5、aS3P3 曲柄滑块机构的一般力学受力分析第8页，共20页，2022年，5月20日，2点45分，星期四a. 代换前后构件的质量不变；mi= m i=1 nmi xi = 0 i=1 nmi yi = 0 i=1 nmi ( x2i + y2i ) = Ji=1 n1. 基本概念 设想把构件的质量，按一定条件，用集中于构件上某几个选定点的假想集中质量来代替。b. 代换前后构件的质心位置不变； c. 代换前后构件对质心轴的转动惯量不变。 二、质量代换法 假想的集中质量称为代换质量，代换质量所在的位置称为代换点。 2. 质量代换的等效条件m2m1s第9页，共20页，2022年，5月20日，2点45分

6、，星期四 3. 质量代换法 a. 动代换。同时满足上述三个代换条件的质量代换。对连杆有： mB+mK = m2 mBb = mKk mBb2+mKk2 = Js2 第10页，共20页，2022年，5月20日，2点45分，星期四b. 静代换。只满足上述前两个代换条件的质量代换。(忽略惯性力矩的影响) mB=m2c/(b+c) mC=m2b/(b+c) mB+mC = m2 mBb = mCcbc第11页，共20页，2022年，5月20日，2点45分，星期四4-3 运动副中摩擦力分析 于是有：tga = Px / Py Px有效分力 Py有害分力 而： N = -Py F = f N1. 平面摩擦

7、12PFNR21j一、运动副中的摩擦 PxPyav R总支反力，正压力与摩擦力的矢量和；R与N之间夹角用j表示，称作摩擦角。 结论： (1) 摩擦角与摩擦系数一一对应， j = arctgf； (2) 总支反力永远与运动方向成90+ j 角。=Ntgj第12页，共20页，2022年，5月20日，2点45分，星期四2. 楔形面摩擦因为：Q=2Nsinq，即N=Q/2sinq所以：F =2F= 2f N= Qf/sinq令：fv = f / sinq 有F = Qfv fv当量摩擦系数讨论： (1) 概念的引入，将楔形摩擦转换成平面摩擦； (2) fvf；作锁止用。FNjR21QPQ12NN 以滑

8、块作为受力体，有 F= f N 所以 ，总摩擦力 F =2F= 2f N QNN2 90 - 90 - 第13页，共20页，2022年，5月20日，2点45分，星期四3. 斜面摩擦a. 等速上升FNjR21QPR21a+j物体平衡： P + Q + R = 0所以有： P = Q tg (a+j) nnab. 等速下降FNjR21QPR21a-j物体平衡： P + Q + R = 0所以有： P = Q tg (a-j) nnPQ12vaa1PQ2va第14页，共20页，2022年，5月20日，2点45分，星期四 螺母1在铅垂载荷G和力矩M的共同作用下等速轴向运动。 拧紧螺母时： M=Fd2/

9、2=Gd2tan(a+j)/2 放松螺母时： M=Gd2tan(a-j)/24. 螺旋副摩擦第15页，共20页，2022年，5月20日，2点45分，星期四2Q12Mdr10 2. 回转副中摩擦 (1) 轴颈摩擦 N1NiF1Fi 设r为轴颈半径，Q为铅垂径向载荷，Md为驱动力矩。 于是：N =Ni (标量) F =Fi = fNi= f N=fNi 因为：Q = Niy然而： Niy Ni所以：N (=Ni) Q (= Niy)令：N=KQ K 11.57于是：M = F r = fv r QQN摩擦阻力矩所以： F = f N = K f Q = fv Q fv当量摩擦系数第16页，共20页

10、，2022年，5月20日，2点45分，星期四 = fv r Q r = fv r 摩擦圆半径结论： A. 总反力始终切于摩擦圆； B. 总支反力方向与作用点速度方向相反。2Q12Mdr10N1NiF1Fi(2) 轴端的摩擦 轴用以承受轴向力的部分称为轴端。R21NF显然： R21 = -Q，Mf = R21r Md=MfQr = R21rQ第17页，共20页，2022年，5月20日，2点45分，星期四解题步骤：(1) 判定连杆是受拉或受压； (2) 判定构件间的相对转向；(3) 判定作用力在摩擦圆上切点位置；(4) 依据力平衡条件求解。例：如图所示为一曲柄滑块机构。已知w1转向，Q为作用于滑块上的阻力，驱动力F作用点位置、方向已知。不计各构件质量、惯性力。求各支反力及F的大小。F4123wQvR32R12第18页，共20页，2022年，5月20日，2点45分，星期四(3) 判定作用力在摩擦圆上切点位置FR324123wQvR12(2) 判定构件间的相对