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1、7平面机构的力分析与机器的机械效率7.1研究机构力分析的目的和方法7.2构件惯性力的确定7.3机构的动态静力分析7.4运动副中摩擦力的确定7.5机器的机械效率和自锁7.1研究机构力分析的目的和方法7.1.1作用在机械上的力的分类机械的运动过程是传力和作功的过程。作用在机械上的力，有外部施于机械的原动力、生产阻力、重力以及运动构件受到空气和油液等介质阻力，构件在变速运动时产生的惯性力，以及运动副中的反力。根据上述诸力对机械运动的影响不同可将它们分为两大类：1.驱动力凡是驱使机械产生运动的力统称为驱动力。驱
2、动力的特征是该力与其作用点速度的方向成锐角，所作的功为正功，常称为驱动力或输入力。7.1研究机构力分析的目的和方法2.阻抗力凡是阻止机械产生运动的力统称为阻抗力。阻抗力的特征是该力与作用点速度的方向成钝角，所作的功为负功，常称为阻抗功。阻抗力又可以分为有益阻力和有害阻力两种。（1）有益阻力即工作阻力，它是机械在生产过程中为了改变工作物的外形、位置和状态所受到的阻力；（2）有害阻力即机械在运动过程中所收到的非工作阻力，如摩擦力、介质阻力等。7.1研究机构力分析的目的和方法7.1.2机构力分析的目的和方法作
3、用在机械上的力，不仅是影响机械运动和动力性能的重要参数，而且是决定相应的机构尺寸及结构形状的重要依据，所以，不论是设计新的机械，还是为了合理地使用现有机械，都必须对机械的受力情况进行分析。机械力分析的任务，主要有以下两部分内容：1.确定运动副中的反力即运动副两元素接触处的作用力。2.确定机械上的平衡力所谓平衡力是指作用在机械上的已知外力及按给定规律运动时其各构件的惯性力相平衡的未知外力。7.1研究机构力分析的目的和方法对于低速机械，由于惯性力的影响不大，故常忽略不计。在不计惯性力的条件下，对机构进行力的
4、分析称为机构的静力分析。但对于高速及重型机械，由于某些构件的惯性力往往比机械所受的外力大得多，故在机械力分析时必须考虑惯性力的影响。根据理论力学的达朗伯原理，把惯性力视为外力，施加于产生该惯性力的构件上，机构视为处于静力平衡状态，采用静力学的方法对其进行受力分析。这种方法称为动态静力分析。7.2构件惯性力的确定7.2.1机构惯性力的计算理论力学可知,具有质量对称平面的刚体(构件)作面运动时,其惯性力系可简化为一通过构件质心S的力Fi和一力偶矩Mi,如图7-1所示。式中,m、as、Js和α分别为第i个构件
5、的质量、质心的加速、绕质心的转动惯量和角加速度。图７-1力和力偶的合成（７.２-１）7.2构件惯性力的确定根据力的平移原理,Fi和Mi可用一个等于Fi的总惯性力Fi′来代替。Fi′的作用与Fi的距离由下式计算(7.2.-2)偏离方向由Mi的方向所决定。7.2.2质量代换法采用上述方法确定构件的惯性力和惯性力偶矩,必须预先求出该构件的质心加速度及角加速度,计算较复杂。为了简化计算,可用集中在某些选定点的假想质量的惯性力来代替原构件的惯性力系。这种按一定条件将构件的分布质量用集中在若干选定点的假想质量来代替
6、的方法称为质量代换法。该假想的集中质量称为7.2构件惯性力的确定代换质量，而代换质量所集中的点称为代换点。质量代换法不但可用来计算惯性力,还可用于机构在机架上的平衡和飞轮设计等方面。质量代换必须满足下列代换条件：（1）集中在各代换点的质量总和应等于原构件的质量,即代换前后构件的质量不变；（2）集中在各代换点的质量的总质心应与原构件的质心相重合,即代换前后构件的质心不变；（3）集中在各代换点的质量对质心轴的转动惯量总和应等于原构件对质心轴的转动惯量，即代换前后构件的转动惯量不变。凡满足前两个条件的代换,其
7、惯性力不变,原构件和代换系统7.2构件惯性力的确定的静力效应完全相同，故称为静代换。三个条件都满足的代换,其惯性力和惯性力偶矩都不变,原构件和代换系统的动力效应完全相同，故称为动代换。在工程计算中，常见的是两个或者三个质量代换，下面只讨论应用较多的两质量代换。1.动代换如图72a、b所示,设选定运动副中心B为一个代换点,并以质心S为原点,图7-2构件的质量代换a）b）c）7.2构件惯性力的确定以BS方向为x轴,则点B的坐标xB=-b为已知。若选取另一代换点K,其坐标为xK=k,根据动代换的条件可得（7.
8、2-3）a）b）c）图7-2构件的质量代换上式中mB、mK、k为三个未知数,由上式可得由k=Js/(mb)可知,点K即为以构件上点B为悬点时的摆动中心。点B的位置选定后,另一个代换点K的位置也随之而定。因此,动代换时不能同时任选两个代换点。7.2构件惯性力的确定（7.2-4）2.静代换如图7-2c所示,设选定运动副中心B和C为两个代换点,C点的坐标xC=c,且为已知。根据静代换的条件可得由上式可得7.2构件惯性力的确定（7.2-5）（7.2
