1、了解作用在機構(gòu)上的力及機構(gòu)力分析的目的和方法； 掌握構(gòu)件慣性力的確定方法和機構(gòu)動態(tài)靜力分析的方法； 能對幾種最常見的運動副中的摩擦力進行分析和計算。,本章教學(xué)目的,第四章 平面機構(gòu)力分析,機構(gòu)力分析的目的和方法 構(gòu)件慣性力的確定 運動副中的摩擦 不考慮摩擦和考慮摩擦?xí)r機構(gòu)的受力分析,本章教學(xué)內(nèi)容,本章重點： 構(gòu)件慣性力的確定及質(zhì)量代換法 圖解法作平面機構(gòu)動態(tài)靜力分析 考慮摩擦?xí)r平面機構(gòu)的力分析,本章難點： 機構(gòu)的平衡力（或平衡力矩）及構(gòu)件的質(zhì)量代換兩個概念。,一、作用在機械上的力,1. 按作用在機械系統(tǒng)的內(nèi)外分：,1） 外力：如原動力、生產(chǎn)阻力、介質(zhì)阻力和重力；,2） 內(nèi)力：運動副中的反力（也

2、包括運動副中的摩擦力和慣性力引起的附加動壓力 ）,2、按作功的正負分：,1） 驅(qū)動力：驅(qū)使機械產(chǎn)生運動的力。,2） 阻抗力：阻止機械產(chǎn)生運動的力。,4-1 機構(gòu)力分析的目的和方法,阻抗力又可分為有益阻力和有害阻力。,（1）有益阻力生產(chǎn)阻力（工作阻力），如切削力。,（2）有害阻力非生產(chǎn)阻力，如摩擦力、介質(zhì)阻力。,注意,摩擦力和重力既可作為作正功的驅(qū)動力，也可成為作負功的阻力。,有效功（輸出功）：克服有效阻力所作的功。,損耗功（輸出功）：克服有害阻力所作的功。,1. 機構(gòu)力分析的任務(wù),1）確定運動副中的反力及各構(gòu)件的受力；,2） 確定為了使機構(gòu)原動件按給定規(guī)律運動時需加于機械上的平衡力。,設(shè)計構(gòu)件

3、的尺寸、形狀、強度及整機效率等。,二、機構(gòu)力分析的目的和方法,2. 機構(gòu)力分析的方法,具體方法：利用達朗伯原理。有圖解法和解析法。,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,作平面復(fù)合運動的構(gòu)件上的慣性力系可簡化為：加于構(gòu)件質(zhì)心上S的慣性力FI和一個慣性力偶MI。,2. 作平面移動的構(gòu)件,變速運動：,等速運動：,1）繞通過質(zhì)心的定軸轉(zhuǎn)動的構(gòu)件,3. 繞定軸轉(zhuǎn)動的構(gòu)件,2）繞不通過質(zhì)心的定軸轉(zhuǎn)動,等速轉(zhuǎn)動：,等速轉(zhuǎn)動：產(chǎn)生離心慣性力,變速轉(zhuǎn)動：,可以用總慣性力FI來代替FI和MI ，F(xiàn)I = FI，作用線由質(zhì)心S 偏移 lh,變速運動：只有慣性力偶,二、質(zhì)量代換法,

4、1. 質(zhì)量代換法,按一定條件，把構(gòu)件的質(zhì)量假想地用集中于某幾個選定的點上的集中質(zhì)量來代替的方法。,2. 代換點和代換質(zhì)量,代換點：上述的選定點。 代換質(zhì)量：集中于代換點上的假想質(zhì)量。,在確定構(gòu)件慣性力時，如用一般的力學(xué)方法，就需先求出構(gòu)件質(zhì)心的加速度和角加速度，如對一系列位置分析非常繁瑣，為簡化，可采用質(zhì)量代換法。,2）代換前后構(gòu)件的質(zhì)心位置不變；,3）代換前后構(gòu)件對質(zhì)心的轉(zhuǎn)動慣量不變。,以原構(gòu)件的質(zhì)心為坐標原點時，應(yīng)滿足：,3. 質(zhì)量代換條件,1）代換前后構(gòu)件的質(zhì)量不變；,動代換：,用集中在通過構(gòu)件質(zhì)心S 的直線上的B、K 兩點的代換質(zhì)量mB 和 mK 來代換作平面運動的構(gòu)件的質(zhì)量。,依據(jù)上

5、述原則，有,優(yōu)點：代換精確。 缺點：當其中一個代換點確定之后，另一個代換點亦隨之確定，不能任意選取。工程計算不便。,代換后慣性力：,由加速度影像得：,代換后慣性力矩：,靜代換：,在一般工程計算中，為方便計算而進行的僅滿足前兩個代換條件的質(zhì)量代換方法。取通過構(gòu)件質(zhì)心 S 的直線上的兩已知點B、C為代換點，有：,動代換,優(yōu)點：B及C可同時任意選擇，為工程計算提供了方便和條件； 缺點：代換前后轉(zhuǎn)動慣量 Js有誤差，將產(chǎn)生慣性力偶矩的誤差。,這個誤差的影響，對于一般不是很精確的計算的情況是可以允許的，所以靜代換方法得到了較動代換更為廣泛的應(yīng)用。,43 運動副中的摩擦,一、研究摩擦的目的,1. 摩擦對機

6、器的不利影響,1）造成機器運轉(zhuǎn)時的動力浪費 機械效率,2）使運動副元素受到磨損零件的強度、機器的精度和工作可靠性 機器的使用壽命,3）使運動副元素發(fā)熱膨脹 導(dǎo)致運動副咬緊卡死機器運轉(zhuǎn)不靈活；,4）使機器的潤滑情況惡化機器的磨損機器毀壞。,2. 摩擦的有用的方面：,有不少機器，是利用摩擦來工作的。如帶傳動、摩擦離合器和制動器等。,二、移動副中的摩擦,1. 移動副中摩擦力的確定,Ff21=f FN21,當外載一定時，運動副兩元素間法向反力的大小與運動副兩元素的幾何形狀有關(guān)：,1）兩構(gòu)件沿單一平面接觸,FN21= -G,2）兩構(gòu)件沿一槽形角為2q 的槽面接觸,FN21sinq = -G,3）兩構(gòu)件沿

7、圓柱面接觸,FN21是沿整個接觸面各處反力FN21的總和。,（k 11.57）,v -當量擦系數(shù),4）標準式,不論兩運動副元素的幾何形狀如何，兩元素間產(chǎn)生的滑動摩擦力均可用通式：,來計算。,設(shè)：,5）槽面接觸效應(yīng),因為 f v f ，所以在其它條件相同的情況下，槽面、圓柱面的摩擦力大于平面摩擦力。,2. 移動副中總反力方向的確定,1）總反力和摩擦角,總反力FR21 ：法向反力FN21和摩擦力Ff21的合力。,摩擦角 ：總反力和法向反力之間的夾角。,或：,2）總反力的方向,FR21與移動副兩元素接觸面的公法線偏斜一摩擦角； FR21與公法線偏斜的方向與構(gòu)件1相對于構(gòu)件2 的相對速度方向v12的方

8、向相反,3. 斜面滑塊驅(qū)動力的確定,1）求使滑塊1沿斜面2等速上行時所需的水平驅(qū)動力F正行程,根據(jù)力的平衡條件,如果，F(xiàn)為負值，成為驅(qū)動力的一部分，作用為促使滑塊1沿斜面等速下滑。,2）求保持滑塊1沿斜面2等速下滑所需的水平力 F 反行程,根據(jù)力的平衡條件,注意,當滑塊1下滑時，G為驅(qū)動力，F(xiàn)為阻抗力，其作用為阻止滑塊1 加速下滑。,將螺紋沿中徑d2 圓柱面展開，其螺紋將展成為一個斜面，該斜面的升角a等于螺旋在其中徑d2上的螺紋升角。,三、螺旋副中的摩擦,l-導(dǎo)程 z-螺紋頭數(shù) p-螺距,1. 矩形螺紋螺旋副中的摩擦,1）矩形螺紋螺旋副的簡化,螺旋副可以化為斜面機構(gòu)進行力分析。,2）擰緊和放松

9、力矩,擰緊螺母在力矩M作用下逆著G力等速向上運動，相當于在滑塊2上加一水平力F，使滑塊2沿著斜面等速向上滑動。,放松螺母順著G力的方向等速向下運動，相當于滑塊 2 沿著斜面等速向下滑。,矩形螺紋：,三角形螺紋：,2. 三角形螺紋螺旋副中的摩擦,1） 三角形螺紋與矩形螺紋的異同點,運動副元素的幾何形狀不同在軸向載荷完全相同的情況下，兩者在運動副元素間的法向反力不同接觸面間產(chǎn)生的摩擦力不同。,螺母和螺旋的相對運動關(guān)系完全相同兩者受力分析的方法一致。,2）當量摩擦系數(shù)和當量摩擦角,3）擰緊和放松力矩,三角形螺紋宜用于聯(lián)接緊固；矩形螺紋宜用于傳遞動力。,1. 軸頸摩擦,四、轉(zhuǎn)動副中的摩擦,軸頸軸放在軸

10、承中的部分,當軸頸在軸承中轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)動副兩元素間產(chǎn)生的摩擦力將阻止軸頸相對于軸承運動。,總摩擦力：,對于新軸頸：壓力分布均勻，,對于跑合軸頸：點、線接觸，,用總反力FR21來表示FN21及Ff21,1）摩擦力矩和摩擦圓,摩擦力Ff21對軸頸形成的摩擦力矩,摩擦圓：以為半徑所作的圓。,由,由力平衡條件,2） 轉(zhuǎn)動副中總反力FR21的確定,（1）根據(jù)力平衡條件，F(xiàn)R21G,（2）總反力FR21必切于摩擦圓。,（3）總反力FR21對軸頸軸心O之矩的方向必與軸頸1相對于軸承2的角速度 w12的方向相反。,注意,FR21是構(gòu)件2作用到構(gòu)件1上的力，是構(gòu)件1所受的力。 w12是構(gòu)件1相對于構(gòu)件2的角速度。 方向相反。,例 : 圖示為一四桿機構(gòu)，構(gòu)件1為主動件，不計構(gòu)件的重量和慣性力。求轉(zhuǎn)動副B及C中作用力的方向線的位置。,構(gòu)件2為二力構(gòu)件受拉狀態(tài),2. 軸端摩擦,環(huán)面正壓力,環(huán)面摩擦力,環(huán)形微面積上產(chǎn)生的摩擦力dFf對回轉(zhuǎn)軸線的摩擦力矩dMf為:,軸端所受的總摩擦力矩Mf為,從軸端取環(huán)形微面積ds,并設(shè)ds上的壓強p為常數(shù)，則有,上式的求解可分兩種情況來討論：,（