机械原理课件：第4章-平面机构的力分析

第四章平面机构的力分析一、考虑摩擦的力分析的目的和内容目的：分析运动副中摩擦对机构的影响，减少不利因素，发挥有利作用。内容：1、介绍几种运动副中的摩擦；2、考虑摩擦的受力分析；3、机械效率和机械自锁。

(Forcesanalysisofmechanisms)第四章平面机构的力分析一、考虑摩擦的力分析的目的和内容目1§4-1机构力分析的任务、目的和方法一、作用于机构中力的分类按作功的正负分1）驱动力：驱使机械产生运动的力。该力与其作用点速度的方向相同或成锐角。所作的功为正功，常称为驱动功或输入功。2）阻抗力：阻止机械产生运动的力。该力与其作用点速度的方向相反或成钝角，所作的功为负功，常称为阻抗功。阻抗力又可分为有益阻力（如生产阻力）和有害阻力。（1）有益阻力即生产阻力。克服有效阻力所完成的功称为有效功或输出功。（2）有害阻力即机械在运转过程中所受到的非生产阻力。机械为了克服这类阻力所作的功称为损失功，是一种纯粹的浪费。按作用在机械系统的内外分：1）外力：如原动力、生产阻力、介质阻力和重力2）内力：如惯性力、运动副反力（包括运动副中的摩擦力和惯性力引起的附加动压力）§4-1机构力分析的任务、目的和方法一、作用于机构中力的分类2§4-1机构力分析的任务、目的和方法二、研究机构力分析的目的和方法力分析的任务1）确定运动副中的反力，亦即运动副两元素接触处彼此的作用力。2）确定为了使机构原动件按给定规律运动时需加于机械上的平衡力。力分析的方法静力分析方法：指在不计惯性力的条件下，对机械进行的力分析方法。对于低速度机械常采用静力分析方法；动态静力分析法：指将惯性力看作是外力加于相应构件上后，仍采用静力学分析的方法。对于高速及重型机械，由于其某些构件的惯性力很大，一般采用动态静力分析。§4-1机构力分析的任务、目的和方法二、研究机构力分析的目的3§4-2构件惯性力的确定一、构件惯性力的计算作平面复合运动的构件对于作平面复合运动而且具有平行于运动平面的对称面的构件，其惯性力可以化为加于构件质心上的惯性力F12和一个惯性力偶M12其中m是构件的质量，as2是构件的质心C的加速度，α2是构件的角加速度，而Js2是构件对于过其质心轴的转动惯量。惯性力F12和一个惯性力偶M12还可以用一个大小等于F12，作用线由质心C偏移一距离h的总惯性力F12’来代替。距离h的值为§4-2构件惯性力的确定一、构件惯性力的计算4§4-2构件惯性力的确定一、构件惯性力的计算作平面移动的构件对于作平面移动的构件，如果是等速度运动，则其惯性力和惯性力偶矩都等于零。如果是变速运动，则只有一个加在构件质心C上的惯性力§4-2构件惯性力的确定一、构件惯性力的计算5§4-2构件惯性力的确定一、构件惯性力的计算绕定轴转动的构件1、绕通过质心的定轴转动的构件：惯性力为零。如果是等速转动，故如是变速转动，2、不通过质心的定轴转动的构件：如果是变速转动，则将产生惯性力和惯性力偶矩惯性力F12和一个惯性力偶M12还可以用一个大小等于F12，作用线由质心C偏移一距离h的总惯性力F12’来代替。距离h的值为§4-2构件惯性力的确定一、构件惯性力的计算6§4-2构件惯性力的确定二、质量代换法在确定构件惯性力时，如用一般的力学方法，就需先求出构件质心的加速度和角加速度，如对一系列位置分析非常繁琐，为简化，可采用质量代换法。质量代换法按一定的条件将构件的质量假想地用集中于某几个选定的点上的集中质量来代替的方法称为质量代换法，这样只要求出这些集中质量的惯性力就可以了。§4-2构件惯性力的确定二、质量代换法7第四章平面机构的力分析一、考虑摩擦的力分析的目的和内容目的：分析运动副中摩擦对机构的影响，减少不利因素，发挥有利作用。内容：1、介绍几种运动副中的摩擦；2、考虑摩擦的受力分析；3、机械效率和机械自锁。

(Forcesanalysisofmechanisms)第四章平面机构的力分析一、考虑摩擦的力分析的目的和内容目81、移动副中的摩擦1）、移动副中摩擦力的确定Q----载荷和自重P-----驱动力N21---法向反力F21---摩擦力F21方向：F21总是与V21方向相反大小：当摩擦系数f一定时，F21与N21成反比。

F21=fN21二、运动副中的摩擦1、移动副中的摩擦1）、移动副中摩擦力的确定Q----载荷和9对于不同的接触面（即运动副元素的几何形状），N21在Q为定值时，N21的表达式形式是不同的。如下所示：对于不同的接触面（即运动副元素的几何形102）、移动副中总反力的确定：N21与F21同是2构件作用于1构件的力，故将它们合成一总反力R21.方向：与夹角成。大小：---称为当量摩擦系数。2）、移动副中总反力的确定：N21与F21同是2构件作用11*应注意机构中下列几种情况总反力的确定

当外力P的作用线位于接触表面ab之内，这时1构件与2构件仅有一面受力。R21如图1所示。当外力P的作用线位于接触表面ab之外，这时1构件除了移动之外，还要发生倾转。R21如图2所示。当外力P的作用线平行移动轴线并距移动轴线h远时，1构件除了移动之外，还要发生倾转。R21如图3所示。*应注意机构中下列几种情况总反力的确定当12例：构件1在构件2的斜面上等速滑动，载荷为Q,摩擦系数为f,驱动力P为水平，已知。求：在构件1等速上，下滑动时，R21=?P=?解：1)当构件1等速上滑时，分析1构件。例：构件1在构件2的斜面上等速滑动，解：1)当构件1等132)当构件1等速下滑时，构件1受力如下。从此题可见：由于相对速度方向不同，使得R21的方向也不同。2)当构件1等速下滑时，从此题可见：由于相对速度方向不142、转动副的摩擦（轴颈摩擦）a)1与2构件没有相对转动时，其接触点在A点，此时：这两力共线，等值反向。b)在Md的驱动下，构件1在构件2的AB弧段上纯滚动，并在B点平衡。平衡条件为：2、转动副的摩擦（轴颈摩擦）a)1与2构件没有相对转动时，15

应通过实验求得：当轴颈跑合过，有径向间隙时当轴颈非跑合过，理论上应通过实验求得：当轴颈跑合过，有径向间隙时16称为摩擦圆半径。根据“理力”观点，若Md与Q的总合力为Q*,其距离为e,1)当e<r时，Q*作用在摩擦圆内,此时Md<Mr,机构不动，自锁。2)当e=r

时，Q*切于摩擦圆，此时Md=Mr,构件1可匀速转动。3)当e>r时，Q*作用在摩擦圆外，此时Md>Mr,构件1可加速转动。在考虑摩擦受力分析时，常将Q*用Rij表示。称为摩擦圆半径。根据“理力”观点，若Md与Q的1)当e<r17转动副中总反力的确定：方向：根据平衡条件定，且RAB对转轴取矩的方向与wBA转向相反。大小：作用线：切于摩擦圆。转动副中总反力的确定：方向：根据平衡条件定，且RAB对转大小18步骤：1、确定机构中驱动力（矩）和阻力（矩），搞清运动趋势。2、先分析二力构件，明确受力（拉.压）情况；若二力杆是滑块，弄清受力面。3、分析其他构件，三力构件平衡要汇交，若有力矩要平衡。三、考虑摩擦时机构的受力分析步骤：1、确定机构中驱动力（矩）和阻力2、先分析二力构件，19例1：如图示四杆机构，已知机构位置，尺寸，fV,r,P驱动力,M3为阻力。求：机构在P力作用下，各运动副总反力位置和方向。解：分析2构件：1构件:3构件:1234PM3w12w23R12R21R23R32w14w34R41R43h例1：如图示四杆机构，已知机构位置，尺寸，解：分析2构件：20解：分析2构件：3构件：1构件：例2：如图示导杆机构，已知机构位置，尺寸，fV,r,M1为驱动力矩，Q为阻力。求：机构在M1作用下能克服的阻力Q=?

M1Q341232w21v23R12R32R43w34R23R21w14R41h受力面R43QR23R41R21R12R322141211解：分析2构件：3构件：1构件：例2：如图示导杆机构，21例3：如图所示机构，已知机构位置，尺寸，f,r,P为驱动力，Q为阻力。求：机构中各运动副中总反力的作用线。123PQ解：1构件：2构件：v21w23R32R31jv13R21R12j例3：如图所示机构，已知机构位置，尺寸，1