第9章+平面机构的力分析

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1、机械原理第9章平面机构的力分析9.1.1作用于机构中力的分类1.驱动力9.1机构力分析的目的和方法驱使机构产生运动的力，该力所作的功为正功，称为输入功。2.阻力阻止机构运动的力，其功为负。有效阻力：工作阻力，其功为有效功、输出功有害阻力：如摩擦力等3.运动副反力机构运转时，运动副中产生的反作用力，可分解为法向和切向两方向法向反力——正压力切向反力——摩擦力5.惯性力4.重力在一个运动循环中，重力所作的功为零在一个运动循环中，惯性力所作的功为零以上诸力中，运动副反力对整个机构而言是内力，但对于一个构件而言则是外力。其余各力均是外力。力如果使构件绕点的转动状态发生改变时，可用力矩来度量

2、。1.目的:2.方法:9.1.2研究机构力分析的目的和方法①确定机构运动副反力动态静力法：根据达朗贝尔原理，假想地将惯性力加在产生该力的构件上，则在惯性力和其他所有外力的作用下，该机构或构件都可以认为处于平衡状态，从而可以用静力学的方法进行计算。②确定机构需加的平衡力或平衡力矩9.2构件惯性力的确定1.作平面复杂运动的构件2.作平面移动的构件3.作定轴转动的构件9.2.1构件惯性力确定合成为一个力1.质量代换条件①代换前后构件的质量不变；9.2.2质量代换法②代换前后构件的质心位置不变③代换前后对质心轴的转动惯量不变。质量代换法：按一定的条件将构件的分布质量用集中在若干点的假想质量

3、来代换的方法。2.动代换3.静代换解出：9.3.1移动副中的摩擦力时，自锁：外力的合力：合力F的作用方向：B对A的反作用力分析：1.平面移动副中的摩擦力9.3运动副中摩擦力的确定此时，滑块除了移动外，还要发生倾转，故在b、c两点产生正压力和摩擦力。——当量摩擦系数——当量摩擦角2.楔形面移动副中的摩擦力例1（书P356，例9-1）在图示的钻床摇臂中，已知摇臂滑套长度l和它与主轴之间摩擦系数f。该摇臂在其本身重力G的作用下不应自动下滑，求其质心S至立轴轴线的距离h。解：联立求解，有：由平衡条件有以及要使摇臂不下滑，应有：9.3.2转动副中的摩擦两种情况分别讨论径向轴颈止推轴颈1.径向

4、轴颈转动副中的摩擦力上式表明，总反力RBA相对于载荷Q的作用线的偏移距离ρ值只决定于当量摩擦系数和轴颈半径，当Q方向改变时，RBA的方向一定也随之改变，但对轴心O始终偏移一个距离，即RBA总是与以O为圆心，ρ为半径的圆相切，此圆称为摩擦圆。由于摩擦力矩阻止相对运动，故RBA对轴心的力矩方向必与ωAB的方向相反。——当量摩擦系数则：令驱动力矩M与载荷Q可合并成一个力Q’，Q’的作用线偏移距离h，则：1）当h<ρ时，转动副自锁；2）当h=ρ时，与摩擦圆相切,转动副处于临界状态；3）当h>ρ时，转动副处于加速转动状态。②R21为驱动夹具转动的驱动力，当它与摩擦圆相割时，夹具自锁。于是有：

5、分析右图所示偏心机构的自锁条件（即分析β的取值范围）①受力分析，确定R21的方向③整理后得例2（书P360，例9-2）解：已知机构位置、主动力F及各转动副半径r和当量摩擦系数f0。求各转动副中的受力方向线和作用在构件3上的阻力矩M3。例3（书P360，例9-3）DABCEF1234ω14ω12R21ω32R23OR41ω34R43hM3ω21ω23R12R32由已知运动判断连杆BC受压例4：画出BC杆的受力由已知运动判断连杆BC受压ω21ω23R12R32例5：画出BC杆的受力2.止推轴颈转动副中的摩擦力其中r1，r2分别为接触的内、外半径式中r’——当量摩擦半径对于非跑合轴承，对

6、于跑合轴承，9.4图解法作机构的动态静力分析9.4.1构件组的静定条件显然，各级杆组均符合静定条件。n个构件有3n个平衡方程式，若机构有PL低副，PH个高副，则总约束（未直量数目）为2PL+PH。静定条件为：如果只有低副，则有9.4.2机构动态静力分析步骤:①对机构进行运动分析(作出速度、加速度图）；②确定各构件的惯性力、惯性力矩；③确定各运动副反力及平衡力；④完整地画出各级杆组受力分析图及整个机构的力多边形。例：颚式破碎机。已知构件1的转速ω1及各构件的尺寸、重力、转动惯量和工作阻力Fr，求平衡力Fb（作用线为X-X）及各运动副中的反力。（构件1重量不计）解：①速度分析和加速度分

7、析②2-3构件受力分析图：由构件2可求出：由构件3可求出：作杆组2、3的力多边形图，求③主动件1受力分析图：作力多边形图，可求出：例：牛头刨床机构，已知外力Fr，惯性力Fi5，求各内力及平衡力矩Mb。先杆组4、5为研究对象解：再以杆组2、3为研究对象最后以构件1为研究对象速度多边形杠杆法是一种求平衡的简易方法。在很多情况下，我们只需求出该机构的平衡力或平衡力矩，无需求出机构中各运动副的反力。9.5速度多边形杠杆法此式表明,作用在机构构件上所有力(包括平衡力)对转向速度