机械原理,孙恒,西北工业大学版第4章平面机构的力分析 (2).ppt

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1、第四章平面机构的力分析§4-1作用在机械上的力和力分析的方法1、作用在机械上的力：驱动力----驱动机械运动的力阻抗力----阻止机械运动的力有效阻力（工作阻力）----有效功，（输出功）有害阻力（摩擦力、介质阻力），----损失功2、分析的目的和方法目的：①确定运动副中的反力（大小和性质）②确定机械上的平衡力（或平衡力偶），（即确定驱动力）步骤：①求出各构件的惯性力和力偶，视为外加的力②根据静定条件将机构分解为若干构件组和平衡力系（从最远的构件组，即外力全部已知的构件组开始）③逐步推算到平衡力作用的构件3、什么是静力分析和动态静力分析：静力分析----不计惯性力对机械进行力分析动

2、态静力分析----计入惯性力，利用达朗伯原理（动静法）作力分析方法：图解法解析法：矢量方程式法直角坐标法（矩阵法）复数法§4-2构件惯性力的确定FIi-----i构件质心上的惯心力FIi’---i构件偏离质心某一点上的惯心力mi-----各构件的质量Jsi-----绕过质心轴的转动惯量asi-----质心Si的加速度αi-----角加速度1、一般力学方法（基本概念）（1）作平面复合运动的构件(如连杆2),质心S2，其惯性力及惯性力偶为：可简化为作用于偏离质心S2，距离为lh2的一个惯性力：偏距注意：对质心S2之矩方向应与α2方向相反。（2）作平面移动的构件------滑块3，质心S

3、3惯性力：（3）绕定轴转动的构件----如曲柄1变速转动，质心S1，其惯性力系：或简化为一个总惯性力：如果回转轴线通过构件质心，则只有惯性力偶矩：2质量代换法代换原则：使代换前后，构件惯性力和惯性力偶矩保持不变。须满足三个条件：①代换前后的质量不变；②质心位置不变；③构件对质心轴的转动惯量不变。**动代换----满足三个代换条件如图（b）:对连杆2，用B、K两点集中质量mB，mK代换：上式中，三个方程，四个未知量，有一个未知量可选。在工程上一般先选定代换点B的位置，其余三个未知量便可求了。**静代换----为了便于计算，工程上常采用只满足前两个代换条件的静代换。如图（c），此时四个

4、未知量，二个方程。则两个代换点位置可任选（b和c）,则：注意：静代换是一种近似的代换方法，但因仅满足前两项条件，故mb、、mc对质心轴的转动惯量与原构件对该轴的转动惯量JS有误差，对一般不需精确的工程计算是允许的。§4-3运动副中摩擦力的确定三种情况：移动副、转动副、平面高副一、移动副中摩擦力确定1、平面摩擦（图4-2（a））设FR21为法向反力FN21和摩擦力Ff21的合力，称为总反力，其与法向反力FN21之间的夹角，称为摩擦角。由图可知，故：2．槽面摩擦，图4-2（b）当量摩擦系数对图4-2（c）所示半圆槽面情况，有：线接触时fv=f面接触时（对非跑合面）（对跑合面）因此可统一

5、写成：3、应用举例（斜面）：需水平驱动力F：F=Gtan(α+φ)需水平驱动力F，：F，=Gtan(α-φ)当α>φ,F，>0,滑块下滑的阻抗力；当α<φ,F，<0,方向与图示方向相反，滑块下滑的驱动力；图4-5----矩形螺纹：等速拧紧螺母所需力矩：等速放松螺母所需力矩：④图4-6----三角形螺纹当量摩擦系数：拧紧时所需力矩：拧松时所需力矩：二、转动副中摩擦力确定摩擦力矩：从另一角度来分析，因总反力FR21为法向反力FN21与摩擦力Ff21的合力。则有：G=-FR21其中：称为摩擦圆半径摩擦圆的概念：1）以轴颈中心O为圆心，以ρ为半径的圆。2）在转动副中，只要发生相对转动，总

6、反力就总是切于摩擦圆，即轴承对轴颈的总反力FR21始终相切于摩擦圆。3）FR21对铰联中心所形成的摩擦力矩的方向总是与相对角速度的方向相反。的确切方向须从该构件的其它力平衡条件中得到。思考题1：移动副中总反力R21的方向与相对运动速度v21的方向之间的夹角总为。在下图中画出了四种情况（其它力未画出），请判断哪种是正确的？哪种是错误的？思考题2：转动副（轴颈）中总反力R21总是切于摩擦圆，在下图中画出了三种情况（Q为主动力，虚线为摩擦圆），请判断哪种是正确的？哪种是错误的？若有错误请予改正，并说明轴颈1在各图中的运动状态（自锁、等角速转动还是加速转动）。（2）轴端摩擦轴端-----轴

7、用以承受轴向力的部分两种情况：新轴端，p=常数，则：跑合轴端：pρ=常数，则：例1．图例13-1所示为一凸轮-杠杆机构，原动件凸轮1逆时针方向转动,通过杠杆2提起重量为Q=300N的重物。已知转动副A和C处的摩擦圆半径ρ=10mm，高副接触点B处的摩擦角=20°。试用图解法求出提起重物Q时，应在凸轮1施加的力偶矩M1的大小和方向。