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1、第九章 平面机构的力分析 * 9-1 研究机构力分析的目 的和方法 9-1 研究机构力分析的目的和 方法 * 9-1 研究机构力分析的目 的和方法 作用于机构中力的分类 w 驱动力 w 驱使机构产生运动 的力 w 作正功 w 例如 n推动内燃机活塞的燃 气压力 n加在各种工作机主轴 上的原动机提供的外 力矩 Date9-1 研究机构力分析的目的和方法 作用于机构中力的分类 w 阻力 w 阻止机构运动的力 w 作负功 w 可分为有效阻力和 有害阻力。 w 有效阻力又称工作阻力 w 例如 n机床的切削阻力 n起重机的荷重 w 有害阻力是阻力中除有 效阻力外的无效部分 w 例如 n齿轮机构中的摩擦力
2、 Date9-1 研究机构力分析的目的和方法 作用于机构中力的分类 w 运动副反力 w 当机构运转时，在 运动副中产生的反 作用力。 w 可分解为沿运动副 两元素接触处的法 向和切向两个分力 。 w 法向反力称正压力 w 不作功 w 切向反力即运动副 中的摩擦力 Date9-1 研究机构力分析的目的和方法 作用于机构中力的分类 w 重力 w 作用在构件质心上 w 因地球吸引产生 w 在一个运动循环中 重力所作的功的和 为零 w 重力在很多情况下( 尤其在高速机械的 计算中)可以忽略不 计 Date9-1 研究机构力分析的目的和方法 作用于机构中力的分类 w 惯性力 w 虚拟力 w Fi=-ma
3、s w 在一个运动循环中 所作功的和为零 Date9-1 研究机构力分析的目的和方法 作用于机构中力的分类 w 内力与外力 n对整个机构而言运动 副反力是内力 n对于一个构件而言运 动副反力是外力 n其余各力均是外力 w 待定未知外力称为 平衡力或平衡力矩 Date9-1 研究机构力分析的目的和方法 研究机构力分析的目的 w 确定机构运动副反 力 w 可用于 n零件设计和强度校核 n测算机构中的摩擦力 和机械效率等 w 确定机构需加的平 衡力或平衡力矩 w 可用于 n确定机器工作时所需 的驱动功率 n确定能承受的最大负 荷等 Date9-1 研究机构力分析的目的和方法 研究机构力分析的方法 w
4、 静力计算 n不计动载荷而仅考虑 静载荷的计算 n低速机械 w 动力计算 n同时计及静载荷和动 载荷的计算 n高速机械 n使用动态静力法 Date9-1 研究机构力分析的目的和方法 研究机构力分析的方法 w 动态静力法 w 根据达朗贝尔原理，假 想地将惯性力加在产生 该力的构件上，则在惯 性力和所有的其他外力 作用下，该机构或其中 构件都可以认为是处于 平衡状态，因此可以用 静力学的方法进行计算 。 w 虚拟加惯性力类 似静力平衡状态 使用静力学的方法 Date9-1 研究机构力分析的目的和方法 研究机构力分析的方法 w 模型简化 n低速机械可以不计惯 性力 n略去重力 Date9-1 研究机
5、构力分析的目的和方法 研究机构力分析的方法 w 图解法 w 解析法 Date9-1 研究机构力分析的目的和方法 9-2 构件惯性力的确定 * 9-1 研究机构力分析的目 的和方法 构件惯性力的计算 作平面复杂运动 的构件 Fi Mi 平面移动 -mas0 平面一般运动 -mas-Js 轴线通过质心 匀速 00 变速 0-Js 轴线不通过质心 匀速 -mas0 变速 -mas -Js Date9-1 研究机构力分析的目的和方法 构件惯性力的计算 w 总惯性力 w 将构件同时具有的 惯性力Fi和惯性力偶 矩Mi合成总惯性力 Fi Date9-1 研究机构力分析的目的和方法 质量代换法 w 按一定条
6、件将构件 的分布质量用集中 在若干选定点的假 想质量来代换的方 法称为质量代换法 。 w 该假想的集中质量 称为代换质量 w 代换质量所集中的 点称为代换点。 Date9-1 研究机构力分析的目的和方法 质量代换法 w 代换条件 w集中在各代换点的质量总和应等于原构件的质 量，即代换前后构件的质量不变； w集中在各代换点的质量的总质心应与原构件的 质心相重合，即代换前后构件的质心位置不变 ； w集中在各代换点的质量对质心轴的转动惯量总 和应等于原构件对该轴的转动惯量，即代换前 后对质心轴的转动惯量不变。 Date9-1 研究机构力分析的目的和方法 质量代换法 w 静代换 n凡满足前两个代换条件
7、的代换，其惯性力不变，这 种代换的原构件和代换系统的静力效应完全相同 w 动代换 n凡满足上述所有三个代换条件的代换，其惯性力和 惯性力偶矩都不变，这种代换的原构件和代换系统 的动力效应完全相同 Date9-1 研究机构力分析的目的和方法 质量代换法 Date9-1 研究机构力分析的目的和方法 质量代换法 w 动代换 Date9-1 研究机构力分析的目的和方法 质量代换法 w 静代换 Date9-1 研究机构力分析的目的和方法 9-3 运动副中摩擦力的确定 * 9-1 研究机构力分析的目 的和方法 一、移动副中的反力 1、平面移动副反力 根据滑块A的平衡， Ff与VAB相反，大小根据滑动摩擦定
8、律 摩擦角 f摩擦系数（材料、光滑度、润滑） Date9-1 研究机构力分析的目的和方法 确定RBA （力的三要素：点、方向、大小） 方向： RBA与VAB成90+ 大小 （1） A加速运动 （2） A减速直至静止，若A原来不动，自锁 （3） A匀速或静止 Date9-1 研究机构力分析的目的和方法 F作用线作用在接触面之外 ，确定RBA 如果材料很硬，可近似认为两反力集中在b、c两点 Date9-1 研究机构力分析的目的和方法 2、楔形面移动副反力 xoy面 yoz面 f当量摩擦系数 当量摩擦角 Date9-1 研究机构力分析的目的和方法 与平滑块相同，楔形滑块所受的运动副总反力RBA与VA
9、B成90+角 RBA：大小由平衡方程求得。 Date9-1 研究机构力分析的目的和方法 二、转动副中的运动副反力 1、径向轴颈，止推轴颈 2、径向轴颈的反力 由实验测量得： f径向轴颈的当量摩擦系数 （与材料、粗糙度、润滑条件有关） 确定RBA： RBA与y方向成角 Date9-1 研究机构力分析的目的和方法 其中： （f为滑动摩擦系数） （该式当A、B间存在间隙时成立） 若A、B间没有间隙： 对于A、B间没有摩损或磨损极少的非跑合者， f=1.57f 对于接触面经过一段时间的运转，其表面被磨成平滑，接触 更加完善的跑合者， f =1.27f Date9-1 研究机构力分析的目的和方法 由 式
10、知： 只与f0，r有关，P变 向时，RBA变向，但相 对轴心O始终偏移一 个距离， 即RAB与以O为圆心，以为 半径的圆相切，与摩擦角作 用相同，此圆决定了总反力 作用线的位置，称摩擦圆 由于摩擦力矩阻止相对 运动，RBA相对轴心O 的力矩为AB相反。 RBA：大小 RBA=Q 方向 与Q相反 作用线 与摩擦圆相切，对O的矩与AB相反 Date9-1 研究机构力分析的目的和方法 根据力偶等效定律，M和Q合并成合力Q （1） A作减速至静止， 原来静止，自锁 （2） （3） A匀速转动，或保持静止 A加速运动 Date9-1 研究机构力分析的目的和方法 3、止推轴颈的摩擦力 r当量摩擦半径 非跑
11、合： 跑合： Date9-1 研究机构力分析的目的和方法 例：已知各转动副半径r，fo，F 求，R41，R21，R23，R45，M3的方向，R14，R12，R32，R34 （不计各构件的重力和惯性力） Date9-1 研究机构力分析的目的和方法 9-4 不考虑摩擦力的机构力分 析 * 9-1 研究机构力分析的目 的和方法 Reading Hints w 运动量用线图表示，能迅速了解其时间上 或局部的变化概貌。 Date9-1 研究机构力分析的目的和方法 运动线图主要表示形式 w 位移-时间线图（s-t线图） w 速度-时间线图（v-t线图） w 加速度-时间线图（a-t线图） w 速度-位移线图（v-s线图） Date9-1 研究机构力分析的目的和方法 9-5 速度多边形杠杆法 * 9-1 研究机构力分析的目 的和方法 Reading Hints w 运动量用线图表示，能迅速了解其时间上 或局部的变化概貌。 Date9-1 研究机构力分析的目的和方法 运动线图主要表示形式 w 位移-时间线图（s-t线图） w 速度-时间线图（v-t线图） w 加速度-时间线图（a-t线图） w 速度-位移线图（v-s线图） Date9-1 研究机构力分析的目的和方法