机械原理 第九章 力分析

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1、第九章平面机构的力分析Md§9-1机构力分析的目的和方法一、作用在机械上的力作用在机械构件上的力常见到的有：驱动力、阻力（有效阻力、有害阻力）、重力、惯性力和运动副中的反力。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、PrGF惯NF摩或成锐角——作正功——驱动功、输入功。包括：原动力、重力（重心下降）、惯性力（减速）等。G′◆阻力：阻碍机构产生运动的力特点：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、摩擦力、重力(重心上升)、惯性力(加速)等。可分为两种：有效阻力(生产阻力

2、)：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。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′二、任务与目的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′2.确定机械上的平衡力(或平衡力偶)定义：为使机构做持续的预期运动，与作用在机械上的已知外力（包括惯性力）相平衡的未知外力(或外力矩)。目的：确定机器所需的驱动功率或能承受的最大负荷。

3、三、方法静力分析（不计惯性力）和动态静力分析。图解法和解析法。Mi=-JsεFi=-mas而这惯性力Fi和Mi又可用一个大小等于Fi的总惯性力Fi′代替；其偏离距离为h=Mi/Fi。MihsFiFi′Mi=0Fi=-mas(as=0或as≠0)§9-2构件惯性力的确定一、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重心S处的惯性力Fi和一个惯性力矩Mi；即1.作平面移动的构件2.绕定轴转动的构件a.回转轴线通过构件质心。b.回转轴线不通过质心。SMi=-Jsα(α=0或α≠0)Fi=03.作平面复合运动的构件αMiSFi

4、hFi＇Mi=-JsεFi=-mas其中：h=Mi/FiMihsFiFi′Mi=-JsαFi=-mas其中：h=Mi/Fi(α=0或α≠0)h1AB21S13M1M2F2F1F1′F2′aS2′aS1h2aS3F3曲柄滑块机构的一般力学受力分析a.代换前后构件的质量不变；Σmi=mi=1nΣmixi=0i=1nΣmiyi=0i=1nΣmi(x2i+y2i)=0i=1n二、质量代换法1.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。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

5、换的等效条件b.代换前后构件的质心位置不变；c.换前后构件对质心轴的转动惯量不变。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=m2mBb=mKkmBb2+mKk2=Js2b.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)§9-3运动副中摩擦(Friction)力分析附加：1.摩擦的分类a.干摩擦b.液体摩擦c.半液体摩擦2.库仑定律(摩擦定律)简要内容：a.Ff=fNb.f静>f动c.摩擦系数的值与两物体间的接触表面材料和形状有

6、关，与接触面积的大小及两物体间的相对速度的关系很小。Ff21Ff12QNV21V1212一、移动副中的摩擦1.平面移动副的摩擦12FFxFyFfN于是有：tg=Fx/FyFx—有效分力Fy—有害分力而：N=-FyFf=fNR—总反力，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(FrictionalAngle)。结论：(1)摩擦角与摩擦系数一一对应，j=arctgf；(2)总反力永远与运动方向成90°+j角。R21j1)当β＞φ时，Ff＜Fx,滑块作加速运动。2)当β＝φ时，Ff=Fx，滑块作匀速运动(若1原来就在运

7、动)或者静止不动(若1原来就不动)。3)当β＜φ时，Ff＞Fx，若滑块原来就在运动，则作减速运动直至静止不动；如滑块原来就不动，则无论外力F的大小如何，滑块都不能运动。这种不管驱动力多大，由于摩擦力的作用而使机构不能运动的现象称为自锁。12FFxFyFfNR21jFF作用线位于接触面之外，确定RBA如果材料很硬，可近似认为两反力集中在b、c两点例9-1图示钻床摇臂中，滑套长度为l、它和主轴之间的摩擦系数f。摇臂在其本身重量G作用下不应自动滑下，求其质心S至立轴之间的距离h。则又据得欲使摇臂不自动下滑，必须满足联解上三式得即S应位于E

8、点的右边例9-1图示钻床摇臂中，滑套长度为l、它和主轴之间的摩擦系数f。摇臂在其本身重量G作用下不应自动滑下，求其质心S至立轴之间的距离h。则又据得欲使摇臂不自动下滑，必须满足联解上三式得即S应位于E点的右边2.楔形面移