平面机构的力分析(魏)

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1、第四章平面机构的力分析§4－1机构力分析的任务、目的与方法§4－2构件惯性力的确定§4－3运动副中摩擦力的确定§4－4机构力分析实例§4－1机构力分析的任务、目的与方法▲作用在机械上的力是影响机械运动和动力性能的主要因素；▲是决定构件尺寸和结构形状的重要依据。力分析的必要性：1.作用在机械上的力力的类型原动力生产阻力重力摩擦力介质阻力惯性力运动副反力按作用分为阻抗力驱动力有效阻力有害阻力驱动力----驱使机械运动，其方向与力的作用点速度之间的夹角为锐角，所作功为正功。阻抗力----阻碍机械运动，其方向与力的作用点速度之间的夹角为钝角，所作功为负功。有效(工作

2、)阻力----机械在生产过程中为了改变工作物的外形、位置或状态所受到的阻力，克服了阻力就完成了有效的工作。如车削阻力、起重力等。有害阻力----机械运转过程受到的非生产阻力，克服了这类阻力所作的功纯粹是浪费能量。如摩擦力、介质阻力等。▲确定运动副中的反力----为进一步研究构件强度、运动副中的摩擦、磨损、机械效率、机械动力性能等作准备。2.机械力分析的任务和目的▲确定机械平衡力（或力偶）---目的是已知生产负荷确定原动机的最小功率；或由原动机的功率来确定所能克服的最大生产阻力。反力----运动副元素接触处的正压力与摩擦力的合力平衡力----机械在已知外力作用

3、下，为了使机械按给定的运动规律运动所必需添加的未知外力。3.机械力分析的方法图解法解析法机械力分析的理论依据：静力分析----适用于低速机械，惯性力可忽略不计；动态静力分析----适用于高速重型机械，惯性力往往比外力要大，不能忽略。一般情况下，需要对机械做动态静力分析时，可忽略重力和摩擦力，通常可满足工程要求。作者：潘存云教授§4－2构件惯性力的确定1.一般的力学方法惯性力：FI=FI(mi,Jsi，asi,αi)惯性力偶：MI=MI(mi,Jsi，asi,αi)其中：mi----构件质量;Jsi----绕质心的转动惯量;asi----质心的加速度;αi--

4、--构件的角加速度。作者：潘存云教授CBA321S3S1S2as2as1as3α2α1作者：潘存云教授CBA321S3S1S2as2as1as3α2α1构件运动形式不同，惯性力的表达形式不一样。1)作平面运动的构件：FI2=-m2as2MI2=-Js2α22)作平移运动的构件FI=-miasi3)作定轴转动的构件合力：F’I2=FI2lh2=MI2/FI2一般情况：FI1=-m1as1MI1=-Js1α1合力：F’I1=FI1,lh1=MI1/FI1FI2MI2lh2lh1F’I2F’I1FI3FI1MI1若质心位于回转中心：MI1=-Js1α1作者：潘存云

5、教授CBA321S3S1S2as2as1as32.质量代换法一般力学方法的缺陷：▲质心位置难以精确测定；质量代换法的思路：将各构件的质量，按一定条件用集中于某些特定点的假象质量来替代，只需求集中质量的惯性力，而无需求惯性力偶矩。从而将问题简化。质量代换的条件：1）代换前后各构件质量不变；2）质心位置不变；3）对质心轴的转动惯量不变。▲求解各构件质心加速度较繁琐。BCmBmCS2作者：潘存云教授CBA321m2S3S1S2代换质量的计算：若替换质量集中在B、K两点，则由三个条件分别得：mB+mk=m2只有三个方程，故四个未知量:（b,k,mB,mk）可以先选定

6、一个。例如选定b，则解得：bkmBb=mkkmBb2+mkk2=JS2k=JS2/(m2b)mB=m2k/(b+k)mk=m2b/(b+k)满足此三个条件称为动代换，代换前后构件的惯性力和惯性力偶矩不变。但K点位置不能任选。BKCmBmkS2作者：潘存云教授CBA321m2S3S1S2为了计算方便，工程上常采用静代换，只满足前两个条件。mB+mk=m2此时可同时选定B、C两点作为质量代换点。则有：bckBKCmBmkmBb=mkkmBb2+mkk2=JS2mB=m2c/(b+c)mC=m2b/(b+c)BCS2S2因为不满足第三个条件，故构件的惯性力偶会产生

7、一定误差，但不会超过允许值，所以这种简化处理方法为工程上所采用。§4－3运动副中摩擦力的确定概述：摩擦产生源－运动副元素之间相对滑动。摩擦的缺点：优点：研究目的：发热↑效率↓磨损↑→强度↓→精度↓→寿命↓利用摩擦完成有用的工作。如摩擦传动（皮带、摩擦轮）、离合器(摩托车)、制动器（刹车）。减少不利影响，发挥其优点。→润滑恶化→卡死。低副－产生滑动摩擦力高副－滑动兼滚动摩擦力。运动副中摩擦的类型：v1221一、移动副的摩擦1.移动副中摩擦力的确定由库仑定律得：F21＝fN21FQ－铅垂载荷;FQFF－水平力，N21N21－法向反力;F21F21－摩擦力。摩擦系

8、数摩擦副材料静摩擦动摩擦无润滑剂有润滑剂无润滑剂有润