機(jī)械原理課件第四章平面機(jī)構(gòu)的力分析第1頁(yè)，共20頁(yè)，2023年，2月20日，星期一w作用在機(jī)械構(gòu)件上的力常見的有：驅(qū)動(dòng)力(矩)、生產(chǎn)阻力(矩)、重力、慣性力(矩)、摩擦力、介質(zhì)阻力和運(yùn)動(dòng)副中的反力。PrGF慣NF摩或成銳角——作正功——驅(qū)動(dòng)功、輸入功。G′§4-1機(jī)構(gòu)力分析的目的和方法一、作用在機(jī)械上的力包括：原動(dòng)力、重力（重心下降）、慣性力（減速）等。Mdav驅(qū)動(dòng)力矩生產(chǎn)阻力從做功的角度可分為：

◆驅(qū)動(dòng)力：驅(qū)使機(jī)構(gòu)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的力。

特點(diǎn)：與作用點(diǎn)的速度方向相同、第2頁(yè)，共20頁(yè)，2023年，2月20日，星期一特點(diǎn)：與作用點(diǎn)的速度方向相反、或成鈍角——作負(fù)功——阻抗功。包括：生產(chǎn)阻力、摩擦力、重力(重心上升)、慣性力(加速)等?？煞譃閮煞N：有害阻力：機(jī)械運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的無(wú)用阻力。克服此阻力所做的功稱為損耗功。MdPrGF慣NF摩G′G′◆阻抗力：阻礙機(jī)構(gòu)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的力。有效阻力(生產(chǎn)阻力)：執(zhí)行構(gòu)件面對(duì)的、機(jī)械的目的實(shí)現(xiàn)。克服此阻力所做的功稱為有效功或輸出功。vv第3頁(yè)，共20頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1.確定運(yùn)動(dòng)副中的反力

特點(diǎn)：對(duì)整個(gè)機(jī)械來(lái)說(shuō)是內(nèi)力；對(duì)構(gòu)件來(lái)說(shuō)則是外力。目的：計(jì)算構(gòu)件的強(qiáng)度、運(yùn)動(dòng)副中的摩擦、磨損；確定機(jī)械的效率；研究機(jī)械的動(dòng)力性能。MdPrGF慣NF摩G′

二、任務(wù)與目的第4頁(yè)，共20頁(yè)，2023年，2月20日，星期一定義：指與作用在機(jī)械上的已知外力，以及當(dāng)該機(jī)械按給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)時(shí)其構(gòu)件的慣性力相平衡的未知外力(或外力矩)。目的：減小機(jī)械運(yùn)動(dòng)中構(gòu)件慣性力對(duì)機(jī)械性能的影響。三、方法

靜力分析和動(dòng)態(tài)靜力分析。圖解法和解析法。

2.確定機(jī)械上的平衡力(或平衡力偶)第5頁(yè)，共20頁(yè)，2023年，2月20日，星期一MisPi

Mi=-Jse

Pi=-mas

而這慣性力Pi和Mi又可用一個(gè)大小等于Pi的總慣性力Pi

′代替；其偏離距離為h=Mi/Pi

。hPi′

Mi=0

Pi=-mas(as=0或as≠0)一、一般力學(xué)方法由理論力學(xué)知：慣性力可以最終簡(jiǎn)化為一個(gè)加于構(gòu)件質(zhì)心S處的慣性力Pi和一個(gè)慣性力矩Mi；即1.作平面移動(dòng)的構(gòu)件§4-2構(gòu)件慣性力的確定第6頁(yè)，共20頁(yè)，2023年，2月20日，星期一a.

回轉(zhuǎn)軸線通過(guò)構(gòu)件質(zhì)心b.

回轉(zhuǎn)軸線不通過(guò)質(zhì)心S

Mi=-Jse(e=0或e≠0)

Pi=0

3.作平面復(fù)合運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件eMiSPihPi＇

Mi=-Jse

Pi=-mas

其中：h=Mi/Pi

Mi=-Jse

Pi=-mas

其中：h=Mi/PiMihsPiPi′

2.繞定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的構(gòu)件第7頁(yè)，共20頁(yè)，2023年，2月20日，星期一h1AB2

1S13M2P2

P1

P1′

P2′aS2′aS1h2aS3P3曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的一般力學(xué)受力分析第8頁(yè)，共20頁(yè)，2023年，2月20日，星期一a.

代換前后構(gòu)件的質(zhì)量不變；Σmi=mi=1nΣmixi=0i=1nΣmiyi=0i=1nΣmi(

x2i+

y2i)

=Ji=1n1.基本概念設(shè)想把構(gòu)件的質(zhì)量，按一定條件，用集中于構(gòu)件上某幾個(gè)選定點(diǎn)的假想集中質(zhì)量來(lái)代替。b.代換前后構(gòu)件的質(zhì)心位置不變；

c.代換前后構(gòu)件對(duì)質(zhì)心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不變。

二、質(zhì)量代換法假想的集中質(zhì)量稱為代換質(zhì)量，代換質(zhì)量所在的位置稱為代換點(diǎn)。2.質(zhì)量代換的等效條件m2m1s第9頁(yè)，共20頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

3.質(zhì)量代換法

a.動(dòng)代換。同時(shí)滿足上述三個(gè)代換條件的質(zhì)量代換。對(duì)連桿有：

mB+mK=m2mBb=mKkmBb2+mKk2=Js2

第10頁(yè)，共20頁(yè)，2023年，2月20日，星期一b.靜代換。只滿足上述前兩個(gè)代換條件的質(zhì)量代換。(忽略慣性力矩的影響)

mB=m2c/(b+c)mC=m2b/(b+c)

mB+mC=m2mBb=mCcbc第11頁(yè)，共20頁(yè)，2023年，2月20日，星期一§4-3運(yùn)動(dòng)副中摩擦力分析于是有：tga=Px/PyPx—有效分力

Py—有害分力而：N=-Py

F=fN1.平面摩擦12PFNR21j一、運(yùn)動(dòng)副中的摩擦

PxPyav

R—總支反力，正壓力與摩擦力的矢量和；R與N之間夾角用j表示，稱作摩擦角。結(jié)論：

(1)摩擦角與摩擦系數(shù)一一對(duì)應(yīng)，j

=arctgf；

(2)總支反力永遠(yuǎn)與運(yùn)動(dòng)方向成90°+j

角。=N×tgj第12頁(yè)，共20頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.楔形面摩擦因?yàn)椋篞=2N′×sinq，即N′=Q/2sinq所以：F=2F′=2fN′=Q×f/sinq令：fv=f/sinq

有F=Q×fv

fv——當(dāng)量摩擦系數(shù)討論：

(1)概念的引入，將楔形摩擦轉(zhuǎn)換成平面摩擦；

(2)fv>f；作鎖止用。F′N′jR21′QPQθθ12N′N′以滑塊作為受力體，有

F′=fN′

所以，總摩擦力

F=2F′=2fN′

QN′N′2θ

°

90-θ

90-θ

°

第13頁(yè)，共20頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3.斜面摩擦a.等速上升FNjR21QPR21a+j物體平衡：P+Q+R=0所以有：P=Qtg(a+j)

nnab.等速下降FNjR21QPR21a-j物體平衡：P+Q+R=0所以有：P=Qtg(a-j)

nnPQ12vaa1PQ2va第14頁(yè)，共20頁(yè)，2023年，2月20日，星期一螺母1在鉛垂載荷G和力矩M的共同作用下等速軸向運(yùn)動(dòng)。擰緊螺母時(shí)：

M=Fd2/2=Gd2tan(a+j)/2

放松螺母時(shí)：

M'=Gd2tan(a-j)/24.螺旋副摩擦第15頁(yè)，共20頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2Qω12Mdr10

2.回轉(zhuǎn)副中摩擦

(1)軸頸摩擦N1NiF1Fi設(shè)r為軸頸半徑，Q為鉛垂徑向載荷，Md為驅(qū)動(dòng)力矩。于是：N=ΣNi

(標(biāo)量)F=ΣFi=Σf×Ni=f×N=f×ΣNi

因?yàn)椋篞=ΣNiy然而：

ΣNiy≤

ΣNi所以：N(=ΣNi)≥Q(=ΣNiy)令：N=KQK≈1~1.57于是：M=F×r=fv×r×QQN摩擦阻力矩所以：

F=f×N=K×f×Q=fv

×Q

fv——當(dāng)量摩擦系數(shù)第16頁(yè)，共20頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

=fv

×r×Q∴r=fv

×r——摩擦圓半徑結(jié)論：

A.總反力始終切于摩擦圓；

B.總支反力方向與作用點(diǎn)速度方向相反。2Qω12Mdr10N1NiF1Fiρ(2)

軸端的摩擦軸用以承受軸向力的部分稱為軸端。R21NF顯然：R21=-Q，Mf=R21×r∴Md=MfQ×r=R21×rQ第17頁(yè)，共20頁(yè)，2023年，2月20日，星期一解題步驟：(1)判定連桿是受拉或受壓；(2)判定構(gòu)件間的相對(duì)轉(zhuǎn)向；(3)判定作用力在摩擦圓上切點(diǎn)位置；(4)依據(jù)力平衡條件求解。例：如圖所示為一曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。已知w1轉(zhuǎn)向，Q為作用于滑塊上的阻力，驅(qū)動(dòng)力F作用點(diǎn)位置、方向已知。不計(jì)各構(gòu)件質(zhì)量、慣性力。求各支反力及F的大小。F4123wQvR32R12第18頁(yè)，共20頁(yè)，2023年，2月20日，星期一(3)判定作用力在摩擦圓上切點(diǎn)