第三讲平面机构的力分析、效率和自锁1

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1、第三讲平面机构的力分析、效率和自锁平面机构的力分析一、作用在机械上的力1.驱动力：定义：驱使机械运动的力特征:该力与其作用点速度的方向相同或成锐角,其所作的功为正功,称为驱动功或输入功。來源：原动机加在机械上的力2.阻抗力：定义：阻止机械产生运动的力称为阻抗力特征：该力与其作用点速度的方向相反或成钝角,其所作的功为负功,称为阻抗功。分类：生产阻力（有效阻力）：有效功（输出功）有害阻力：非生产阻力：损失功二、构件惯性力的确定1、一般力学方法（1）作平而复合运动的构件对于作平而复合运动且具有平行于运动平而

2、的对称而的构件（如连杆2）,其惯性力系可简化为一个加在质心S2上的惯性力用和一个惯性力偶矩M2,即Fi=—m2aS2,M12=—Jsia2也可将其再简化为一个大小等于用2,而作川线偏离质心S2—距离脸的总惯性力FI2,lh2=M^/F2Fl2对■质心S2之矩的方向应与（X2的方向相反。（2）作平而移动的构件如滑块3,当其作变速移动时，仅有一个加在质心S3上的惯性力F13=—"Hass。（3）绕定轴转动的构件如曲柄/,若其轴线不通过质心，当构件为变速转动吋，其上作用有惯性力=~m{asx及惯性力偶矩

3、MI1=—丿siS，或简化为一个总惯性力Fh；如果回转轴线通过构件质心，则只有惯性力偶矩Mi=—Jsmo2、质量代换法1.基本定义：（1）质量代换法：按一定条件将构件质量假想地用集中于若干个选定点上的集中质量来代替的方法叫质量代换法。（2）代换点：选定的点称为代换点。（3）代换质量：假想集屮丁代换点上的集屮质量叫代换质量。2.应满足条件（1）代换前后构件的质量不变。（2）代换前后构件的质心位置不变。（3）代换前后构件对质心的转动惯量不变。3.方法：在工程计算中，最常见的是用两个或三个代换质量进行代换

4、，特别是两个代换质量法最多。常用的有以下两种方法（1）动代换法：根据条件，应有下面三个方程：kb，人mR=tnm.=tnk=——（b+k）（b+k）mbb—定，则k就定了；k若定了，则b就确定。可见，只有唯一•解(2)静代换法：仅满足前两个条件(b+c)b,c任选，解并不唯一。虽有误差,b-tn(方+c)但还能满足一定的精度耍求。4-8在图1.21所示的曲柄滑块机构屮。设己仙如=0.1叫亦0.33m•小=1500r/min(为常数)•活塞及其附件重=21N・连杆重G：25N.Js：=0.042kg•计

5、•连杆质心S至曲柄销B的距离＜出：=/«-/3,试确定在图示位进时活塞的惯性力以及连杆的总惯性力。fi分析此题足求惯性力的何题。作平面运动的构件产牛的惯性力系可简化为一个加在质心S上的惯性力和一个惯性力偶矩。而运动分析是求构件惯性力的前提，解妙=2Wi/60=irwi/30(rad/s)选定及加作出速度多边形和加速度爭边形•如图l.9(b).(c)所示。%“pf・盘齐=p*S：0

6、=松//cm=冋rV/Zcw(rad/J)■方向为逆时针*活塞惯性力只=-/□•・方向与相反，连杆惯性力艮=一g辱•方向与

7、/)空相反,连杆惯性力矩M=~«J.s•方向与心相反。图4.9(O4-9在題4-8中•试用质畫代换法求连杆的惯性丿J°解用静代换法将连杆重用B.C两点的重撬代替得G”=2G/3.Fjb=加”/.ujwi=(器)=4192Nt方向A130fi30/Fie=mwa==I803N・方向向右。g连杆2的合惯性力为F,；=5613N.F/指向右上方•与水平方向夹角约为32°•偏离5点左侧0.039m.三、运动副中的摩擦力的确定1•移动副中摩擦力的确定(a)Fm=/Fn2i=/vG式屮/V为当量摩擦系数。当运动

8、副两元素为单一平曲接触时，力=/;为槽而接触时，丹=/0必；为半圆柱而接触吋，fv=kf（上1〜兀/2）。即在移动副中的摩擦力计算吋，不管运动副两元素的儿何形状如何，只要在公式中引入相应的当量摩擦系数即可。把运动副中的法向反力和摩擦力的合力，称为运动副中的总反力总反力的方向可如下确定：1）总反力与法向反力偏斜一摩擦角9;2）总反力险与法向反力偏斜的方向与构件1相对于构件2的相对速度卩见的方向相反。例：在图4—3a中，设滑块/置于升角为a的斜面2上，作用在滑块/上的铅嶽荷为G,求使滑块Z沿斜面2等速上升

9、时所需的水平驱动力为F。在求解时，应先根据上述方法作出总反力FR21的方向，再根据滑块的力平衡条件，求得F=Gtan（a+°）若婆滑块/沿斜而2等速下滑时，在作出总反力尸也的方向后（图…，a）,根据滑块的力平衡条件，即可求得要保持滑块7等速下滑的水平力为F=Gtan(u—y)在对机械进行受力分析时，需要求出转动副中的总反力，总反力的方位町2.转动副中摩擦力的确定：根据如卜-三点来确定：1）在不考虑摩擦的情况下，根据力的平衡条件，确定不计摩擦力时的总反力的