1、第四章 平面機構(gòu)力分析,結(jié)束,一、作用在機械上的力,1）驅(qū)動力 ： F V 為銳角，作正功,原動力由原動機提供，它是驅(qū)動力，那么驅(qū)動力只來自原動力嗎？,2）阻抗力： F V 為鈍角，作負功,常提到的力：原動力、摩擦力、運動副反力、重力、慣性力,一提到摩擦力，多會認為是有害阻力。對攪拌機、帶傳動、自行車呢？,運動副反力（法向、切向）是內(nèi)力還是外力？它作功嗎？,什么時候應(yīng)考慮重力？作功如何？,慣性力是一種什么性質(zhì)的力，大小如何求？它作正功還是負嗎？ 什么時候會用到它？可以忽略嗎？,4-1 機構(gòu)力分析的任務(wù)、目的和方法,結(jié)束,二、機構(gòu)力分析的任務(wù)和目的,4-1 機構(gòu)力分析的任務(wù)、目的和方法,1）確定

2、運動副中的反力 用于計算強度、機械效率、摩擦磨損、決定軸承結(jié)構(gòu)等 2）確定機械上的平衡力（或平衡力偶） 根據(jù)作用在機構(gòu)上的已知外力（或力偶），確定要維持 給定運動規(guī)律時所需的未知外力（或力偶）,三、機構(gòu)力分析的方法,1）靜力學(xué)方法 不考慮慣性力因素（低速機械） 2）動態(tài)靜力學(xué)方法 將慣性力視為外力，加于相應(yīng)構(gòu)件上，按靜力方法分析 圖解法、解析法,結(jié)束,4-2 構(gòu)件慣性力的確定,確定慣性力： 設(shè)已知構(gòu)件的質(zhì)量、轉(zhuǎn)動慣量及運動學(xué)參數(shù)。 實際上： 在設(shè)計新機械時，力分析還未進行時，根本不能作強度計 算，構(gòu)件的質(zhì)量、轉(zhuǎn)動慣量是未知的。,常用方法： 類比和經(jīng)驗公式，或按純靜力學(xué)方法對機構(gòu)在某一特定 位置

3、時大體估算出構(gòu)件的尺寸、材料。粗略地得到質(zhì)量、轉(zhuǎn) 動慣量，將它作為初值代入進行力分析。待第一次力分析完 成后，作強度計算，對其進行修正。這個過程反復(fù)循環(huán)進行。 直至滿足要求為止。,結(jié)束,4-2 構(gòu)件慣性力的確定,一、一般力學(xué)方法,1）作平面復(fù)合運動的構(gòu)件,把 FI 按圖示平移 lh ，將兩者合二為一。,2）作平面移動的構(gòu)件,3）繞定軸轉(zhuǎn)動的構(gòu)件,慣性力 F I = - m as,慣性力矩 M I = - Js ,結(jié)束,4-2 構(gòu)件慣性力的確定,二、質(zhì)量代換法,確定慣性力和慣性力矩 a、 復(fù)雜 將構(gòu)件的質(zhì)量等效簡化成幾個集中質(zhì)量只有慣性力方便 質(zhì)量代換法,1、動代換問題,三個方程，四個未知量（

4、b 、 k 、mB 、 mK ），如確定b,結(jié)束,4-2 構(gòu)件慣性力的確定,二、質(zhì)量代換法,確定慣性力和慣性力矩 a、 復(fù)雜 將構(gòu)件的質(zhì)量等效簡化成幾個集中質(zhì)量只有慣性力方便 質(zhì)量代換法,2、靜代換問題（兩點代換）,同時選定b、c，只滿足條件1、2,結(jié)束,4-2 構(gòu)件慣性力的確定,二、質(zhì)量代換法,確定慣性力和慣性力矩 a、 復(fù)雜 將構(gòu)件的質(zhì)量等效簡化成幾個集中質(zhì)量只有慣性力方便 質(zhì)量代換法,2、靜代換問題（兩點代換）,同時選定b、c，只滿足條件1、2,結(jié)論： 1）兩代換點連線必然通過質(zhì)心。 2）靜代換簡單方便，代換點 B、C 可隨意選定。對于一般要求機構(gòu)，采 用靜代換較多。 3）動代換滿足了質(zhì)

5、量代換的全部條件。其代換點只能隨意選定一點，而 另外一個代換點則由代換條件確定。 4）使用靜代換，其慣性力偶矩將產(chǎn)生誤差,結(jié)束,4-3 運動副中摩擦力的確定,一、移動副中摩擦力的確定,摩擦力F21： Ff21 = f FN21,在外載荷一定時，法向反力FN21的其大小 與運動副表面的幾何形狀有關(guān)。,1）平面： FN21 = G Ff21 = f G,2）槽面： FN21 = G / sin Ff21 = f FN21 = f G / sin ,令當量摩擦系數(shù)：fv = f / sin ,Ff21 = f vG,結(jié)束,4-3 運動副中摩擦力的確定,一、移動副中摩擦力的確定,摩擦力F21： Ff2

6、1 = f FN21,在外載荷一定時，法向反力FN21的其大小 與運動副表面的幾何形狀有關(guān)。,3）半圓柱面 FN21 = k G Ff21 = f FN21 = f k G,若圓柱面為點、線接觸： k 1 若為均勻圓柱面接觸： k = /2 其余則介于兩者之間。,令當量摩擦系數(shù)：fv = f k,Ff21 = f vG,結(jié)束,4-3 運動副中摩擦力的確定,二、移動副中總反力的確定,1、平面移動,FR21 = FN21+ Ff 21,Ff21 = FN21tan , 摩擦角 =arctan f,總反力方向的確定： （1）與法向反力偏斜一摩擦角 （2）偏斜方向與相對速度方向相反,結(jié)束,4-3 運動

7、副中摩擦力的確定,二、移動副中總反力的確定,2、斜面移動,(1) 滑塊沿斜面上升,力平衡條件： F + G + FR21 = 0,由力多邊形得：F = G tan ( +),（2）滑塊沿斜面下降（驅(qū)動力為 G）,同理： F + G + F R21 = 0 F = G tan ( - ),注意： 1）當 時,F0, 滑塊在載荷G 作用下自行下滑，若使滑快靜止或勻速下滑，需借助外部阻力。 2）當 時，F(xiàn)0, 滑塊在載荷G 作用下,不能自行下滑，需借助外部推動力才能滑下。 自鎖（ ）,結(jié)束,4-3 運動副中摩擦力的確定,二、移動副中總反力的確定,3、螺旋副中的摩擦,(1) 矩形螺紋,施加扳手力矩 M

8、 旋緊螺母: 類似于用螺旋千斤頂克服載荷 G ，將重物升起。 施加扳手力矩 M 放松螺母： 若 M 0（即）：表明螺紋本身在載荷G 作用下能夠自行松脫，需 借助外力矩才能使螺母勻速松脫。自鎖,結(jié)束,4-3 運動副中摩擦力的確定,二、移動副中總反力的確定,3、螺旋副中的摩擦,(2) 三角形螺紋（相當于曹面摩擦）,在矩形螺紋公式將 用v代替即可。,三角螺紋的牙型半角 則槽形半角 = 90 - ,當量摩擦系數(shù)：fv = f / sin = f / cos ,當量摩擦角： v = arctan fv,結(jié)束,4-3 運動副中摩擦力的確定,三、轉(zhuǎn)動副中摩擦力的確定,1、軸徑的摩擦,軸徑在軸承中轉(zhuǎn)動摩擦力阻

9、止其轉(zhuǎn)動,結(jié)束,4-3 運動副中摩擦力的確定,三、轉(zhuǎn)動副中摩擦力的確定,摩擦圓半徑： = fv r,半圓柱面摩擦: Ff21 = f vG f v =（1 /2）f,運動副總反力：FR21 = FN21 + Ff21 = G,摩擦阻力矩: Mf = Ff21 r =G fv r =FR21 ,1）勻速轉(zhuǎn)動時，軸承總反力 FR21 恒切于摩擦圓 。 2）勻速轉(zhuǎn)動時，Mf = FR21 =G ， 類似平面摩擦系數(shù)。其大小 fv 和 r 有關(guān)。,3）將Md與G合成為G ， = Md / G,1、軸徑的摩擦,結(jié)束,4-3 運動副中摩擦力的確定,三、轉(zhuǎn)動副中摩擦力的確定,2、總反力的確定,1）不計摩擦，

10、平衡條件總反力方向。 2）考慮摩擦，總反力與摩擦圓相切。 3）摩擦力矩方向總是與轉(zhuǎn)向相反（阻止） 如：總反力FR21 對軸心之矩的方向必 與其相對轉(zhuǎn)向 12的方向相反。,結(jié)束,4-3 運動副中摩擦力的確定,三、轉(zhuǎn)動副中摩擦力的確定,P92 例4-1 曲柄1為主動件，求各構(gòu)件受力方向。（不計重力、慣性力）,結(jié)束,4-3 運動副中摩擦力的確定,三、轉(zhuǎn)動副中摩擦力的確定,3、軸端的摩擦,取微環(huán)，其上壓強 p 為常量 面積 ds = 2 d 正壓力 dFN = p ds 摩擦力 dFf = f dFN = f p ds 摩擦力矩 dMf = dFf = f p ds,討論,結(jié)束,4-3 運動副中摩擦力的確定,三、轉(zhuǎn)動副中摩擦力的確定,3、軸端的摩擦,2）跑合軸端：