平面机构的力分析1

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1、第九章平面机构的力分析§9-1研究机构力分析的目的与方法§9-2构件惯性力的确定§9-3运动副中摩擦力的确定§9-4不考虑摩擦力的机构力分析与其作用点的速度方向相同或者成锐角；§9-1研究机构力分析的目的与方法1、驱动力2、阻力驱动机械运动的力。其特征：其功为正功，阻止机械运动的力。其特征：与其作用点的速度方向相反或成钝角；其功为负功，称为阻抗功。1）工作阻力2）有害阻力其功称为有效功或输出功；称为驱动功或输入功。（有效阻力）（非生产阻力）其功称为损失功。一、作用在机械上的力：据力对机械运动影响的不同可分两大类一、作用在机械上的力θ1力外力

2、内力R驱动力（矩）阻力重力—作用在构件质心上的地球引力。质心下降为驱动力，反之为阻力。在一个运动循环中重力所作功的和为零。惯性力—一种加在有变速运动构件上的虚拟力。构件加速时为阻力，构件减速时为驱动力。惯性力和重力一样在一个运动循环中重力所作功的和为零。低速机械可忽略不计—驱动功Wd阻力功有效阻力（工作阻力）有害阻力（非工作阻力）、有效功wr（输出功）、损失功Wf—运动副中的反力（构件间的互相作用力）可分解为法向和切向反力MdFrGFfR12R3223Fi3注意！摩擦力并非总是阻力，有些机构中摩擦力是有益阻力。二、机构力分析的目的θ1MdF

3、rGFfR12R3223Fi3作用在机械上的力不仅影响机械的运动和动力性能，而且是进行机械设计决定结构和尺寸的重要依据，无论分析现有机还是设计新机械，都必须进行力分析。目的确定运动副中的反力—计算零件强度、研究摩擦及效率和机械振动确定为使机构按给定运动规律运动时加在机构上的平衡力（平衡力偶）三、机构力分析的方法方法静力分析（低速机械）动态静力分析（高速机械）简化分析假设分析对于低速机械，因为惯性力的影响不大，可忽略不计算。不计动载荷仅考虑静载荷的计算称静力计算。设计新机械时，机构的尺寸、质量和转动惯量等都没有确定，因此可在静力分析的基础上假

4、定未知因素进行动态静力分析、最后再修正，直至机构合理。进行力分析时，可假定原动件按理论运动规律运动，根据实际情况忽略摩擦力或者重力进行分析，使得问题简化。一般分析考虑各种影响因素进行力分析§9-2构件惯性力的确定一、一般力学方法1.作平面复合运动的构件质心处惯性力PI=-maS惯性力偶矩MI=-JS合成为：PI’lh=MI/PIABCDassPI’lhPIMI2.作平面移动的构件ABCaSs质心处的惯性力PI=-maSPI3.作定轴转动的构件绕通过质心的定轴转动S惯性力偶矩MI=-JSMI绕不通过质心的定轴转动SaSaStaSn质

5、心处惯性力PI=-maSPI惯性力偶矩MI=-JSMI合成：PI’PI’二、质量代换法按一定的条件将构件的质量假想地用集中于若干选定点上的质量来代换，并使其惯性效果与原来相同——质量代换法。选定点——代换点集中于代换点的质量——代换质量代换条件构件总质量不变；构件质心位置不变；构件对质心的转动惯量不变。SmBKmBmKbkmB+mK=mmBb=mKkmBb2+mKk2=JSmB=mk/(k+b)mk=mb/(k+b)k=JS/mb代换类型满足构件总质量不变；构件质心位置不变；构件对质心的转动惯量不变。——动代换此时只能选定一点B，K点由计

6、算确定，保证PI、MI均不变。满足构件总质量不变；构件质心位置不变。——静代换此时可同时选定B、K两点，mB=mk/(k+b)保证PI不变。mK=mb/(k+b)ABCs连杆质量m，质心s：质心处惯性力PI=-maS惯性力偶矩MI=-JSMIPI选定B、C两点作静代换代换质量：mb、mcB处惯性力PBI=-mbaBPBIC处惯性力PCI=-mcaCPCI§9-3运动副中摩擦力的确定研究机械中摩擦的目的摩擦的影响：运动副元素受磨损，降低强度、精度、寿命；发热膨胀、运转不灵、润滑恶化；降低效率。研究目的：了解运动副中摩擦状况并掌握其分析计算方

7、法，以减小摩擦的不利影响，充分发挥其有利影响。1、平面移动副中摩擦力的确定移动副中滑块在力Ft的作用下右移时,所受的摩擦力为Ff21=fN21式中f为摩擦系数。N21的大小与摩擦面的几何形状有关一、移动副中的摩擦力FnN21Ftv1212Ff总反力方向的确定运动副中的法向反力与摩擦力的合力R21称为运动副中的总反力，总反力与法向力之间的夹角φ，称为摩擦角，即φ＝arctanf总反力方向的确定方法：1）R21偏斜于法向反力一摩擦φ；2）其偏斜的方向应与相对速度v12的方向相反。R21Ff21N21Ftv1212φFnF摩擦角φ。则Ft=Fsi

8、nβ=FntanβFfmax=Fntanφ当β≤φ时，有Ft≤Ffmax即β≤φ当时，无论驱动力F如何增大，其有效分力Ft总小于驱动力F所引起的最大摩擦力，因而总不能推动滑块运动