1、2022-1-18第九章 平面機(jī)構(gòu)的力分析第九章 平面機(jī)構(gòu)的力分析第九章 平面機(jī)構(gòu)的力分析2022-1-18CONTENTSn9-1 研究機(jī)構(gòu)力分析的目的和方法n9-2 構(gòu)件慣性力的確定n9-3 運(yùn)動(dòng)副中摩擦力的確定n9-4 不考慮摩擦力的機(jī)構(gòu)力分析n9-5 速度多邊形杠桿法2022-1-18第九章 平面機(jī)構(gòu)的力分析9-1 研究機(jī)構(gòu)力分析的目的和方法第九章 平面機(jī)構(gòu)的力分析2022-1-18作用于機(jī)構(gòu)中力的分類n驅(qū)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)力n驅(qū)使機(jī)構(gòu)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的力n作正功n例如推動(dòng)內(nèi)燃機(jī)活塞的燃?xì)鈮毫釉诟鞣N工作機(jī)主軸上的原動(dòng)機(jī)提供的外力矩第九章 平面機(jī)構(gòu)的力分析2022-1-18作用于機(jī)構(gòu)中力的分類n阻力阻力

2、n阻止機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的力n作負(fù)功n可分為有效阻力和有害阻力。n有效阻力又稱工作阻力n例如機(jī)床的切削阻力起重機(jī)的荷重n有害阻力是阻力中除有效阻力外的無(wú)效部分n例如齒輪機(jī)構(gòu)中的摩擦力第九章 平面機(jī)構(gòu)的力分析2022-1-18作用于機(jī)構(gòu)中力的分類n運(yùn)動(dòng)副反力運(yùn)動(dòng)副反力n當(dāng)機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，在運(yùn)動(dòng)副中產(chǎn)生的反作用力。n可分解為沿運(yùn)動(dòng)副兩元素接觸處的法向和切向兩個(gè)分力。n法向反力稱正壓力n不作功n切向反力即運(yùn)動(dòng)副中的摩擦力（有害力）第九章 平面機(jī)構(gòu)的力分析2022-1-18作用于機(jī)構(gòu)中力的分類n重力重力n作用在構(gòu)件質(zhì)心上n因地球吸引產(chǎn)生n在一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)中重力所作的功的和為零n重力在很多情況下(尤其在高速機(jī)械的計(jì)算中

3、)可以忽略不計(jì)第九章 平面機(jī)構(gòu)的力分析2022-1-18作用于機(jī)構(gòu)中力的分類n慣性力慣性力n虛擬力nFi=-masn在一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)中所作功的和為零n慣性力的方向與加速度的方向始終相反。n加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，慣性力是阻力；n減速運(yùn)動(dòng)時(shí)，慣性力是驅(qū)動(dòng)力。第九章 平面機(jī)構(gòu)的力分析2022-1-18作用于機(jī)構(gòu)中力的分類驅(qū)動(dòng)力驅(qū)使機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的力外力 正功工作阻力“負(fù)荷”外力 負(fù)功運(yùn)動(dòng)副反力摩擦力相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面切向負(fù)功正壓力相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向不做功重力外力 循環(huán)0慣性力虛擬力外力 循環(huán)0第九章 平面機(jī)構(gòu)的力分析2022-1-18作用于機(jī)構(gòu)中力的分類n內(nèi)力與外力對(duì)整個(gè)機(jī)構(gòu)而言運(yùn)動(dòng)副反力是內(nèi)力對(duì)于一個(gè)構(gòu)件而言運(yùn)動(dòng)副反力是外力其

4、余各力均是外力n待定未知外力稱為平衡力或平衡力矩第九章 平面機(jī)構(gòu)的力分析2022-1-18研究機(jī)構(gòu)力分析的目的n確定機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)副反力n可用于某些計(jì)算的已知條件，如：零件設(shè)計(jì)和強(qiáng)度計(jì)算；機(jī)構(gòu)中的摩擦力計(jì)算；機(jī)械效率計(jì)算n確定機(jī)構(gòu)需加的平衡力或平衡力矩n可用于確定機(jī)器工作時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)功率確定能承受的最大負(fù)荷等第九章 平面機(jī)構(gòu)的力分析2022-1-18研究機(jī)構(gòu)力分析的方法n靜力計(jì)算不計(jì)動(dòng)載荷而僅考慮靜載荷的計(jì)算低速機(jī)械n動(dòng)力計(jì)算同時(shí)計(jì)及靜載荷和動(dòng)載荷的計(jì)算高速機(jī)械使用動(dòng)態(tài)靜力法第九章 平面機(jī)構(gòu)的力分析2022-1-18研究機(jī)構(gòu)力分析的方法n動(dòng)態(tài)靜力法動(dòng)態(tài)靜力法n根據(jù)達(dá)朗貝爾達(dá)朗貝爾原理，假想地將慣性力

5、加在產(chǎn)生該力的構(gòu)件上，則在慣性力和所有的其他外力作用下，該機(jī)構(gòu)或其中構(gòu)件都可以認(rèn)為是處于平衡狀態(tài)，因此可以用靜力學(xué)的方法進(jìn)行計(jì)算。n虛擬加慣性力類似靜力平衡狀態(tài)使用靜力學(xué)的方法第九章 平面機(jī)構(gòu)的力分析2022-1-18研究機(jī)構(gòu)力分析的方法n模型簡(jiǎn)化低速機(jī)械可以不計(jì)慣性力略去重力第九章 平面機(jī)構(gòu)的力分析2022-1-18研究機(jī)構(gòu)力分析的方法n圖解法n解析法2022-1-18第九章 平面機(jī)構(gòu)的力分析9-2 構(gòu)件慣性力的確定第九章 平面機(jī)構(gòu)的力分析2022-1-18構(gòu)件慣性力的計(jì)算作平面復(fù)雜運(yùn)動(dòng) 的構(gòu)件simaFsiJMFi Mi平面移動(dòng) -mas0平面一般運(yùn)動(dòng) -mas-Js軸線通過(guò)質(zhì)心 勻速 0

6、0變速 0-Js軸線不通過(guò)質(zhì)心 勻速 -mas0變速 -mas-Js第九章 平面機(jī)構(gòu)的力分析2022-1-18構(gòu)件慣性力的計(jì)算構(gòu)件慣性力的計(jì)算n總慣性力總慣性力n將構(gòu)件同時(shí)具有的慣性力Fi和慣性力偶矩Mi合成總慣性力Fi構(gòu)成右手系iiiiiiMFhFMhFF,第九章 平面機(jī)構(gòu)的力分析2022-1-18質(zhì)量代換法質(zhì)量代換法n按一定條件將構(gòu)件的分布質(zhì)量用集中在若干選定點(diǎn)的假想質(zhì)量來(lái)代換的方法稱為質(zhì)質(zhì)量代換法量代換法。n該假想的集中質(zhì)量稱為代換質(zhì)量n代換質(zhì)量所集中的點(diǎn)稱為代換點(diǎn)。 n單質(zhì)量質(zhì)心模型n兩質(zhì)量工程計(jì)算，集中質(zhì)量不再局限于零件形狀特征，而與構(gòu)件運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生某種聯(lián)系n機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析結(jié)果易得到轉(zhuǎn)動(dòng)副

7、中心的參數(shù)，故常將轉(zhuǎn)動(dòng)副的中心作代換點(diǎn)。第九章 平面機(jī)構(gòu)的力分析2022-1-18質(zhì)量代換法質(zhì)量代換法n代換條件代換條件w集中在各代換點(diǎn)的質(zhì)量總和應(yīng)等于原構(gòu)件的質(zhì)量，即代換前后構(gòu)件的質(zhì)量不變質(zhì)量不變； w集中在各代換點(diǎn)的質(zhì)量的總質(zhì)心應(yīng)與原構(gòu)件的質(zhì)心相重合，即代換前后構(gòu)件的質(zhì)心位置不變質(zhì)心位置不變；1)集中在各代換點(diǎn)的質(zhì)量對(duì)質(zhì)心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量總和應(yīng)等于原構(gòu)件對(duì)該軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，即代換前后對(duì)對(duì)質(zhì)心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不變質(zhì)心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不變。第九章 平面機(jī)構(gòu)的力分析2022-1-18質(zhì)量代換法n靜代換靜代換滿足前兩個(gè)代換條件的代換滿足前兩個(gè)代換條件的代換，其慣性力不變，這種代換的原構(gòu)件和代換系統(tǒng)的靜力效應(yīng)完全

8、相同n動(dòng)代換動(dòng)代換滿足上述所有三個(gè)代換條件的代換滿足上述所有三個(gè)代換條件的代換，其慣性力和慣性力偶矩都不變，這種代換的原構(gòu)件和代換系統(tǒng)的動(dòng)力效應(yīng)完全相同第九章 平面機(jī)構(gòu)的力分析2022-1-18質(zhì)量代換法n動(dòng)代換SKBKBKBJkmbmkmbmmmm22)(0)(kbmbmkbmkmmbJkKBS第九章 平面機(jī)構(gòu)的力分析2022-1-18質(zhì)量代換法0)(cmbmmmmCBCBcbmbmcbmcmCB22isbcsMJm bm cJmbc 此為“靜代換”產(chǎn)生的慣性力偶矩誤差。靜代換2022-1-18第九章 平面機(jī)構(gòu)的力分析9-3 運(yùn)動(dòng)副中摩擦力的確定第九章 平面機(jī)構(gòu)的力分析2022-1-18一、

9、移動(dòng)副中的總反力n構(gòu)件A所受的力驅(qū)動(dòng)力F總反力RBAn總反力方向： RBA與與vAB成成90+(鈍角鈍角)RBA與運(yùn)動(dòng)表面法線成角度RBA與所作用的構(gòu)件運(yùn)動(dòng)方向成鈍角n自鎖現(xiàn)象靜止， (摩擦角)1.平面移動(dòng)副中的總反力第九章 平面機(jī)構(gòu)的力分析2022-1-182.楔形面移動(dòng)副中的總反力021QNNsin221QNNNQffNFfsin2sinff 令f當(dāng)量摩擦系數(shù)總反力方向RBA與vAB成90+第九章 平面機(jī)構(gòu)的力分析2022-1-18例9-1 求質(zhì)心S至軸線距離hn滑套在C、D接觸受力n滑動(dòng)方向(趨勢(shì))向下tg2lh 即：靜止時(shí)橫臂的質(zhì)心s應(yīng)位于反力R1,R2匯交點(diǎn)E的右側(cè)。1212;2;f

10、fffNNNFFFNfGhNlGF解得第九章 平面機(jī)構(gòu)的力分析2022-1-18二、轉(zhuǎn)動(dòng)副中的總反力n軸頸A所受的力驅(qū)動(dòng)力矩M;徑向載荷Q;二者綜合成Q；總反力RBAn總反力方向： RBA與與AB方向相逆方向相逆RBA與摩擦圓與摩擦圓()相切相切RBA與軸中心距離定值n自鎖現(xiàn)象靜止，h (Q與摩擦圓相割)第九章 平面機(jī)構(gòu)的力分析2022-1-18二、轉(zhuǎn)動(dòng)副中的總反力f r022111csc1sinffrctgrrr021fff當(dāng)A、B間存在間隙時(shí)(一接觸點(diǎn))當(dāng)A、B間非跑合時(shí)f0=1.57f當(dāng)A、B間跑合時(shí)f0 =1.27f0f當(dāng)量摩擦系數(shù)第九章 平面機(jī)構(gòu)的力分析2022-1-18例9-3已知

11、各轉(zhuǎn)動(dòng)副半徑r，f，F(xiàn) 求，R41，R21，R23，R45，M3的方向，R14，R12，R32，R34（不計(jì)各構(gòu)件的重力和慣性力） 1.作出各轉(zhuǎn)動(dòng)副的摩擦圓2.判斷構(gòu)件2受力狀態(tài)：壓桿3.構(gòu)件1三力匯交4.構(gòu)件3力矩平衡第九章 平面機(jī)構(gòu)的力分析2022-1-18止推軸頸轉(zhuǎn)動(dòng)副中的摩擦力止推軸頸轉(zhuǎn)動(dòng)副中的摩擦力止推軸頸和軸承的摩擦力矩大小決定于接觸面上壓力強(qiáng)度p的分布規(guī)律。fMfQr摩擦力矩r當(dāng)量摩擦半徑3321222123rrrrr非跑合軸頸跑合軸頸122rrr2022-1-18第九章 平面機(jī)構(gòu)的力分析9-4 不考慮摩擦力的機(jī)構(gòu)力分析第九章 平面機(jī)構(gòu)的力分析2022-1-18一、動(dòng)態(tài)靜力法的應(yīng)

12、用及靜定條件進(jìn)行機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)靜力分析的一般步驟是：w先對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，確定在已知的機(jī)構(gòu)位置時(shí)各構(gòu)件的慣性力和慣性力偶矩，并將它們及其他已知外力和力矩分別加在相應(yīng)的構(gòu)件上。w從已知的驅(qū)動(dòng)力或生產(chǎn)阻力所作用的構(gòu)件開(kāi)始，對(duì)外力全部已知的一個(gè)構(gòu)件或一組構(gòu)件計(jì)算其運(yùn)動(dòng)副反力。1)最后計(jì)算平衡力及其所作用的構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)副反力。第九章 平面機(jī)構(gòu)的力分析2022-1-18靜定條件n自由度F=0n或3n=2pL+pH(平衡方程數(shù)目=外部約束數(shù)目)n桿組符合靜定條件第九章 平面機(jī)構(gòu)的力分析2022-1-18例：鄂式破碎機(jī)中，已知各構(gòu)件的尺寸、重力及其對(duì)本身質(zhì)心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，以及礦石加于活動(dòng)鄂板2上的壓力Fr。設(shè)構(gòu)件

13、1以等角速度1轉(zhuǎn)動(dòng)，其重力可以忽略不計(jì)，求作用在其上E點(diǎn)沿已知方向x-x的平衡力以及各運(yùn)動(dòng)副中的反力。FtCG3G2DS3xS2ABEx第九章 平面機(jī)構(gòu)的力分析2022-1-18CBBCvvvFtCG3G2DS3xS2ABExtCBnCBBtCnCaaaaa第九章 平面機(jī)構(gòu)的力分析2022-1-18nR12tR122iFrF2G3G3iFtR43nR430434333221212ntiritnRRFGGFFRR0434333221212ntiritnRRFGGFFRRCBirrtCBtirrlhFhFhGRlRhFhFhG1222121212220CDitCDtilhFhGRlRhFhG3343434333430第九章 平面機(jī)構(gòu)的力分析2022-1-18nR12tR122iFrF2G3G3iFtR43nR430434333221212ntiritnRRFGGFFRR032