北京交通大學(xué)機械原理第9章

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；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；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(jìn)行分析和計算能對幾種最常見的運動副中的摩擦力進(jìn)行分析和計算; 能確定簡單機械的機械效率和機構(gòu)自鎖的條件。能確定簡單機械的機械效率和機構(gòu)自鎖的條件。 本章教學(xué)目的本章教學(xué)目的 第九章第九章 平面機構(gòu)力分析與機械的效率平面機構(gòu)力分析與機械的效率 機構(gòu)力分析的目的和方法機構(gòu)力分析的目的和方法 構(gòu)件慣性力的確定構(gòu)件慣性力的確定 運動副中的摩擦運動副中的摩擦 不考慮摩擦和考慮

2、摩擦?xí)r不考慮摩擦和考慮摩擦?xí)r 機構(gòu)的受力分析機構(gòu)的受力分析 機構(gòu)的效率和自鎖機構(gòu)的效率和自鎖 本章教學(xué)內(nèi)容本章教學(xué)內(nèi)容 本章重點：本章重點： 構(gòu)件慣性力的確定及質(zhì)量代換法構(gòu)件慣性力的確定及質(zhì)量代換法 圖解法作平面動態(tài)靜力分析圖解法作平面動態(tài)靜力分析 考慮摩擦?xí)r機構(gòu)的力分析考慮摩擦?xí)r機構(gòu)的力分析 機械的效率和自鎖現(xiàn)象機械的效率和自鎖現(xiàn)象 機構(gòu)的自鎖條件機構(gòu)的自鎖條件 9-1 9-1 機構(gòu)力分析的目的和方法機構(gòu)力分析的目的和方法 一、作用在機械上的力一、作用在機械上的力 1. 按作用在機械系統(tǒng)的內(nèi)外分：按作用在機械系統(tǒng)的內(nèi)外分： 1） 外力外力：如原動力、生產(chǎn)阻力、介質(zhì)阻力和重力；：如原動力、生產(chǎn)

3、阻力、介質(zhì)阻力和重力； 2） 內(nèi)力內(nèi)力：運動副中的反力（也包括運動副中的摩擦力）：運動副中的反力（也包括運動副中的摩擦力） 2、按作功的正負(fù)分：、按作功的正負(fù)分： 1） 驅(qū)動力驅(qū)動力：驅(qū)使機械產(chǎn)生運動的力。：驅(qū)使機械產(chǎn)生運動的力。 其特征是該力其作用點速度的方向相同或成銳角，所作其特征是該力其作用點速度的方向相同或成銳角，所作 的功為正功，稱驅(qū)動功或輸入功。的功為正功，稱驅(qū)動功或輸入功。 2） 阻抗力阻抗力：阻止機械產(chǎn)生運動的力。：阻止機械產(chǎn)生運動的力。 其特征是該力其作用點速度的方向相反或成鈍角，所作其特征是該力其作用點速度的方向相反或成鈍角，所作 的功為負(fù)值。的功為負(fù)值。 一、作用在機械上

4、的力（續(xù)）一、作用在機械上的力（續(xù)） v阻抗力又可分為有益阻力和有害阻力。阻抗力又可分為有益阻力和有害阻力。 （1）有益阻力：是指為了完成有益工作必須克服的生產(chǎn)）有益阻力：是指為了完成有益工作必須克服的生產(chǎn) 阻力，故也稱有效阻力。阻力，故也稱有效阻力。 （2）有害阻力：是指機械在運轉(zhuǎn)過程中所受到的非生產(chǎn)）有害阻力：是指機械在運轉(zhuǎn)過程中所受到的非生產(chǎn) 無用阻力，如有害摩擦力、介質(zhì)阻力等。無用阻力，如有害摩擦力、介質(zhì)阻力等。 注意注意 摩擦力和重力既可作為作正功的驅(qū)動力，摩擦力和重力既可作為作正功的驅(qū)動力， 也可成為作負(fù)功的阻力。也可成為作負(fù)功的阻力。 有效功（輸出功）：克服有效阻力所作的功。有效

5、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。損耗功（輸出功）：克服有害阻力所作的功。 二、機構(gòu)力分析的目的和方法二、機構(gòu)力分析的目的和方法 1. 機構(gòu)力分析的任務(wù)機構(gòu)力分析的任務(wù) 1）確定運動副中的反力（運動副兩元素接觸處彼此的）確定運動副中的反力（運動副兩元素接觸處彼此的 作用力）；作用力）； 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。械上的平衡力。 2. 機構(gòu)力分析的方法機構(gòu)力分析的方法 1）對于低速度機械：采用靜力分析方法；）對于低速度機械：采用靜力分析方法； 2）對于高速及重型機械：一

6、般采用動態(tài)靜力分析法。）對于高速及重型機械：一般采用動態(tài)靜力分析法。 9-2 9-2 構(gòu)件慣性力的確定構(gòu)件慣性力的確定 一、一、一般力學(xué)方法一般力學(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： v 構(gòu)件構(gòu)件BC上的慣性力系可簡化為：上的慣性力系可簡化為： 加在質(zhì)心加在質(zhì)心S上的慣性力上的慣性力 SI SI J m M aP 和慣性力偶和慣性力偶MI。 I P v可以用總慣性力可以用總慣性力PI來代替來代替PI和和MI ， PI = PI，作用線由質(zhì)心，作用線由質(zhì)心S 偏移偏移 I I h P M l 2. 作平面移動的構(gòu)件作平面移動的構(gòu)件 SI maP v變速運動：變速運動： v等

7、速運動：等速運動： PI=0，MI =0 一、一、一般力學(xué)方法（續(xù)）一般力學(xué)方法（續(xù)） 1）繞通過質(zhì)心的定軸轉(zhuǎn)動的構(gòu)件）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)件繞定軸轉(zhuǎn)動的構(gòu)件 sSI J M 2）繞不通過質(zhì)心的定軸轉(zhuǎn)動，）繞不通過質(zhì)心的定軸轉(zhuǎn)動， n SI mPa v等速轉(zhuǎn)動：等速轉(zhuǎn)動：PI =0，MI=0； v變速運動：只有慣性力偶變速運動：只有慣性力偶 v等速轉(zhuǎn)動：產(chǎn)生離心慣性力等速轉(zhuǎn)動：產(chǎn)生離心慣性力 v變速轉(zhuǎn)動：變速轉(zhuǎn)動： SI JM 可以用總慣性力可以用總慣性力PI來代替來代替PI和和MI ，PI = PI，作用線由，作用線由 質(zhì)心質(zhì)心S 偏移偏移 lh I I h P

8、M l ,a SI mP 二、二、質(zhì)量代換法質(zhì)量代換法 1. 質(zhì)量代換法質(zhì)量代換法 按一定條件，按一定條件，把構(gòu)件的質(zhì)量假想地用集中于某幾個選把構(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。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)量代換點和代換質(zhì)量 v代換點：上述的選定點。代換點：上述的選定點。 v代換質(zhì)量：集中于代換點上的假想質(zhì)量。代換質(zhì)量：集中于代換點上的假想質(zhì)量。 二、二、質(zhì)量代換法（續(xù)）質(zhì)量代換法（續(xù)） 2）代換前后構(gòu)件的質(zhì)心位置不變；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。代換前后構(gòu)件對質(zhì)心的轉(zhuǎn)動慣量不變。 0 0 1 1

9、 i n i i i n i i ym xm sii n i i Jyxm 22 1 v以原構(gòu)件的質(zhì)心為坐標(biāo)原點時，應(yīng)滿足：以原構(gòu)件的質(zhì)心為坐標(biāo)原點時，應(yīng)滿足： 3. 質(zhì)量代換時必須滿足的三個條件：質(zhì)量代換時必須滿足的三個條件： mm n i i 1 1）代換前后構(gòu)件的質(zhì)量不變；代換前后構(gòu)件的質(zhì)量不變； 二、二、質(zhì)量代換法（續(xù)）質(zhì)量代換法（續(xù)） 用集中在通過構(gòu)件質(zhì)心用集中在通過構(gòu)件質(zhì)心S 的直線上的的直線上的B、K 兩點的代兩點的代 換質(zhì)量換質(zhì)量mB 和和 mK 來代換作平面運動的構(gòu)件的質(zhì)量的代換來代換作平面運動的構(gòu)件的質(zhì)量的代換 法。法。 4. 兩個代換質(zhì)量的代換法兩個代換質(zhì)量的代換法 sK

10、B kB KB Jkmbm kmbm mmm 22 mb J k kb mb m kb mk m s k B 5. 靜代換和動代換靜代換和動代換 1）動代換：要求同時滿足三個代換條件的代換方法。）動代換：要求同時滿足三個代換條件的代換方法。 二、二、質(zhì)量代換法（續(xù)）質(zhì)量代換法（續(xù)） 2）靜代換：在一般工程計算中，為方便計算而進(jìn)行的僅）靜代換：在一般工程計算中，為方便計算而進(jìn)行的僅 滿足前兩個代換條件的質(zhì)量代換方法。滿足前兩個代換條件的質(zhì)量代換方法。 cmbm mmm CB CB cb b mm cb c mm C B v取通過構(gòu)件質(zhì)心取通過構(gòu)件質(zhì)心 S 的直線上的直線上 的兩點的兩點B、C為代

11、換點，有：為代換點，有： vB及及C可同時任意選擇，為工程計算提供了方便和條件；可同時任意選擇，為工程計算提供了方便和條件； v代換前后轉(zhuǎn)動慣量代換前后轉(zhuǎn)動慣量 Js有誤差，將產(chǎn)生慣性力偶矩的誤差：有誤差，將產(chǎn)生慣性力偶矩的誤差： ssCBI JmbcJcmbmM 22 93 93 運動副中的摩擦運動副中的摩擦 一、一、研究摩擦的目的研究摩擦的目的 1. 摩擦對機器的不利影響摩擦對機器的不利影響 1）造成機器運轉(zhuǎn)時的動力浪費）造成機器運轉(zhuǎn)時的動力浪費 機械效率機械效率 2）使運動副元素受到磨損）使運動副元素受到磨損零件的強度零件的強度 、機器的精度、機器的精度 和工作可靠性和工作可靠性 機器的

12、使用壽命機器的使用壽命 3）使運動副元素發(fā)熱膨脹）使運動副元素發(fā)熱膨脹 導(dǎo)致運動副咬緊卡死導(dǎo)致運動副咬緊卡死機器機器 運轉(zhuǎn)不靈活；運轉(zhuǎn)不靈活； 4）使機器的潤滑情況惡化）使機器的潤滑情況惡化機器的磨損機器的磨損 機器毀壞。機器毀壞。 2. 摩擦的有用的方面：摩擦的有用的方面： 一、一、研究摩擦的目的（續(xù)）研究摩擦的目的（續(xù)） 有不少機器，是利用摩擦來工作的。有不少機器，是利用摩擦來工作的。如帶傳動、摩擦如帶傳動、摩擦 離合器和制動器等離合器和制動器等。 二、移動副中的摩擦二、移動副中的摩擦-2 1. 移動副中摩擦力的確定移動副中摩擦力的確定 F21=f N21 v當(dāng)外載一定時，運動副兩元素間法

13、向反力當(dāng)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)：的大小與運動副兩元素的幾何形狀有關(guān)： 1 1）兩構(gòu)件沿單一平面接觸兩構(gòu)件沿單一平面接觸 N21= -QF21=f N21=f Q 2）兩構(gòu)件沿一槽形角為兩構(gòu)件沿一槽形角為2q q 的槽面接觸的槽面接觸 N21sinq q = -Q QffNF v 2121 Q fQ ffNF q qq qsinsin 2121 v f f q qsin 令令 二、移動副中的摩擦（續(xù)）二、移動副中的摩擦（續(xù)）-2 3）兩構(gòu)件沿圓柱面接觸兩構(gòu)件沿圓柱面接觸 vN21是沿整個接觸面各處反力的總和。是沿整個接觸面各處反力的總和。 v整個接

14、觸面各處法向反力在鉛垂方向整個接觸面各處法向反力在鉛垂方向 的分力的總和等于外載荷的分力的總和等于外載荷Q。 取取N21=kQ （k 11.57） kfQfNF 2121QfF v 21 v fkf 令令 QffNF v 2121 v -當(dāng)量擦系數(shù)當(dāng)量擦系數(shù) 4 4）標(biāo)準(zhǔn)式標(biāo)準(zhǔn)式 不論兩運動副元素的幾何形狀如何，兩元素間產(chǎn)生的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：滑動摩擦力均可用通式： 來計算。來計算。 二、移動副中的摩擦（續(xù)）二、移動副中的摩擦（續(xù)）-2 5 5）槽面接觸效應(yīng)槽面接觸效應(yīng) 當(dāng)運動副兩元素為槽面或圓柱面接觸時，均有當(dāng)運動副兩元素為槽面或圓柱面接觸

15、時，均有v 其它條件相同的情況下其它條件相同的情況下，沿槽面或圓柱面沿槽面或圓柱面接觸的運動副接觸的運動副 兩元素之間所產(chǎn)生的滑動摩擦力兩元素之間所產(chǎn)生的滑動摩擦力平面接觸運動副元素之平面接觸運動副元素之 間所產(chǎn)生的摩擦力間所產(chǎn)生的摩擦力。 2. 移動副中總反力的確定移動副中總反力的確定 1 1）總反力和摩擦角總反力和摩擦角 v總反力總反力R21 ：法向反力：法向反力N21和摩擦力和摩擦力F21的合力。的合力。 v摩擦角摩擦角 ：總反力和法向反力之間的夾角。：總反力和法向反力之間的夾角。 f N fN N F tg 21 21 21 21 2 2）總反力的方向總反力的方向 二、移動副中的摩擦（

16、續(xù)）二、移動副中的摩擦（續(xù)）-2 vR21與移動副兩元素接觸面的公法線偏與移動副兩元素接觸面的公法線偏 斜一摩擦角斜一摩擦角 ； vR21與公法線偏斜的方向與構(gòu)件與公法線偏斜的方向與構(gòu)件1相對相對 于構(gòu)件于構(gòu)件2 的相對速度方向的相對速度方向v12的方向相反的方向相反 )( QtgP 3. 斜面滑塊驅(qū)動力的確定斜面滑塊驅(qū)動力的確定 1）求使）求使滑塊滑塊1 沿斜面沿斜面 2 2 等速上行等速上行時所需的水平驅(qū)動力時所需的水平驅(qū)動力P 根據(jù)力的平衡條件根據(jù)力的平衡條件 （正行程）（正行程） 0 QRP )( QtgP 如果如果，P為負(fù)值，成為驅(qū)動力的一部分，作用為促為負(fù)值，成為驅(qū)動力的一部分，作

17、用為促 使滑塊使滑塊1沿斜面等速下滑。沿斜面等速下滑。 二、移動副中的摩擦（續(xù)）二、移動副中的摩擦（續(xù)） 2）求保持）求保持滑塊滑塊1 1沿斜面沿斜面2 2等速下滑等速下滑所需的水平力所需的水平力 P 根據(jù)力的平衡條件根據(jù)力的平衡條件 注意注意 當(dāng)滑塊當(dāng)滑塊1下滑時，下滑時，Q為驅(qū)動力，為驅(qū)動力，P為阻抗力，其作用為為阻抗力，其作用為 阻止滑塊阻止滑塊1 加速下滑。加速下滑。 （反行程）（反行程） 0 QRP v 將螺紋沿中徑將螺紋沿中徑d2 圓柱面展開，其螺紋將展成為一個斜圓柱面展開，其螺紋將展成為一個斜 面，該斜面的升角面，該斜面的升角 等于螺旋在其中徑等于螺旋在其中徑d2上的螺紋升角。上

18、的螺紋升角。 22 d zp d l tg 三、螺旋副中的摩擦三、螺旋副中的摩擦 l-導(dǎo)程，導(dǎo)程， z-螺紋頭數(shù)，螺紋頭數(shù)， p-螺距螺距 1. 矩形螺紋螺旋副中的摩擦矩形螺紋螺旋副中的摩擦 1）矩形螺紋螺旋副的簡化）矩形螺紋螺旋副的簡化 v 螺旋副可以化為斜面機構(gòu)進(jìn)行力分析。螺旋副可以化為斜面機構(gòu)進(jìn)行力分析。 )( QtgP )( 22 22 Qtg dd PM 三、螺旋副中的摩擦（續(xù)）三、螺旋副中的摩擦（續(xù)） 2）擰緊和放松力矩擰緊和放松力矩 v擰緊：螺母在力矩擰緊：螺母在力矩M作用下作用下 逆著逆著Q力等速向上運動力等速向上運動，相相 當(dāng)于在滑塊當(dāng)于在滑塊2上加一水平力上加一水平力P，使

19、滑塊，使滑塊2 沿著斜面等速向上沿著斜面等速向上 滑動?；瑒?。 v 放松：螺母順著放松：螺母順著Q力的方向力的方向 等速向下運動，相當(dāng)于滑塊等速向下運動，相當(dāng)于滑塊 2 沿著斜面等速向下滑。沿著斜面等速向下滑。 )( QtgP )( 22 22 Qtg dd PM 矩形螺紋：矩形螺紋： QN 三角形螺紋：三角形螺紋： QN cos cos N N 三、螺旋副中的摩擦（續(xù)）三、螺旋副中的摩擦（續(xù)） 2. 三角形螺紋螺旋副中的摩擦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三角形螺紋與矩形螺紋的異同點 v運動副元素的幾何形狀不同運動副元素的幾何形狀不同在軸向載荷完全相同的情在軸向載

20、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況下，兩者在運動副元素間的法向反力不同接觸面間產(chǎn)接觸面間產(chǎn) 生的摩擦力不同。生的摩擦力不同。 v螺母和螺旋的相對運動關(guān)系完全相螺母和螺旋的相對運動關(guān)系完全相 同同兩者受力分析的方法一致。兩者受力分析的方法一致。 2）當(dāng)量摩擦系數(shù)和當(dāng)量摩擦角）當(dāng)量摩擦系數(shù)和當(dāng)量摩擦角 cos f f v vv farctg 3）擰緊和放松力矩）擰緊和放松力矩 )( 22 22 v Qtg dd PM )( 22 22 v Qtg dd PM 三、螺旋副中的摩擦（續(xù)）三、螺旋副中的摩擦（續(xù)） Q fQ fNfF sinsin 三角形螺紋宜用于聯(lián)接緊固；矩三角形

21、螺紋宜用于聯(lián)接緊固；矩 形螺紋宜用于傳遞動力。形螺紋宜用于傳遞動力。 ffv MMff v cos f f v 1. 軸頸摩擦軸頸摩擦 四、轉(zhuǎn)動副中的摩擦四、轉(zhuǎn)動副中的摩擦 v用總反力用總反力R21來表示來表示N21及及F21 四、轉(zhuǎn)動副中的摩擦（續(xù)）四、轉(zhuǎn)動副中的摩擦（續(xù)） 1）摩擦力矩和摩擦圓）摩擦力矩和摩擦圓 v摩擦力摩擦力F21對軸頸形成的摩擦對軸頸形成的摩擦 力矩力矩 2121 RrRfQrfM vvf rf R M v f 21 v摩擦圓：以摩擦圓：以 為半徑所作的圓。為半徑所作的圓。 QrfrFM vf 21 v由由 QR21 fd MRM 21 由力平衡條件由力平衡條件 四、轉(zhuǎn)

22、動副中的摩擦（續(xù)）四、轉(zhuǎn)動副中的摩擦（續(xù)） 2） 轉(zhuǎn)動副中總反力轉(zhuǎn)動副中總反力R21的確定的確定 （1 1）根據(jù)力平衡條件，根據(jù)力平衡條件，R21Q （2 2）總反力總反力R21必切于摩擦圓。必切于摩擦圓。 （3 3）總反力總反力R21對軸頸軸心對軸頸軸心O之之 矩的方向必與軸頸矩的方向必與軸頸1相對于軸承相對于軸承2 的角速度的角速度 w w12 12的方向相反。 的方向相反。 注意注意 R21是構(gòu)件是構(gòu)件2作用到構(gòu)件作用到構(gòu)件1上的力，是構(gòu)件上的力，是構(gòu)件1所受的力。所受的力。 w w12是構(gòu)件是構(gòu)件1相對于構(gòu)件相對于構(gòu)件2的角速度。的角速度。 構(gòu)件構(gòu)件1作用到構(gòu)件作用到構(gòu)件2上的作用力上

23、的作用力R12對轉(zhuǎn)動副中心之矩，對轉(zhuǎn)動副中心之矩， 與構(gòu)件與構(gòu)件2相對于構(gòu)件相對于構(gòu)件1的角速度的角速度w w12方向相反。方向相反。 fpdsfdNdFdM f R r R r f dfpfpdsM 2 2 四、轉(zhuǎn)動副中的摩擦（續(xù)）四、轉(zhuǎn)動副中的摩擦（續(xù)） 2. 止推軸承（軸端）的摩擦止推軸承（軸端）的摩擦 ds=2d dF= fdN= f p ds dN=pds v非跑合止推軸承摩擦：不經(jīng)常旋轉(zhuǎn)的軸端。如：圓盤摩非跑合止推軸承摩擦：不經(jīng)常旋轉(zhuǎn)的軸端。如：圓盤摩 擦離合器、螺母與被聯(lián)接件端面之間的摩擦。擦離合器、螺母與被聯(lián)接件端面之間的摩擦。 v跑合止推軸承摩擦：經(jīng)常有相對轉(zhuǎn)動的軸端。如止推

24、軸跑合止推軸承摩擦：經(jīng)常有相對轉(zhuǎn)動的軸端。如止推軸 頸和軸承之間的摩擦屬于此類。頸和軸承之間的摩擦屬于此類。 )( 2 1 rRfQM f 四、轉(zhuǎn)動副中的摩擦（續(xù)）四、轉(zhuǎn)動副中的摩擦（續(xù)） 2） 跑合的止推軸承：軸端各處壓強跑合的止推軸承：軸端各處壓強 p不不 相等，相等， p =常數(shù)常數(shù) 1） 非跑合的止推軸承：軸端各處壓強非跑合的止推軸承：軸端各處壓強 p 相等相等 22 33 332 3 2 3 2 2 rR rR fQrRfpdfpM R r f QrRpdpfpdspN R r R r 22 2 22 rR Q p 9-4 9-4 不考慮摩擦?xí)r機構(gòu)的受力分析不考慮摩擦?xí)r機構(gòu)的受力分析

25、 不考慮摩擦?xí)r，機構(gòu)動態(tài)靜力分析的步驟為：不考慮摩擦?xí)r，機構(gòu)動態(tài)靜力分析的步驟為： 1）求出各構(gòu)件的慣性力，并把其視為外力加于產(chǎn)生該慣）求出各構(gòu)件的慣性力，并把其視為外力加于產(chǎn)生該慣 性力的構(gòu)件上；性力的構(gòu)件上； 2）根據(jù)靜定條件將機構(gòu)分解為若干個構(gòu)件組和平衡力作）根據(jù)靜定條件將機構(gòu)分解為若干個構(gòu)件組和平衡力作 用的構(gòu)件；用的構(gòu)件； 3）由離平衡力作用最遠(yuǎn)的構(gòu)件組開始，對各構(gòu)件組進(jìn)行）由離平衡力作用最遠(yuǎn)的構(gòu)件組開始，對各構(gòu)件組進(jìn)行 力分析；力分析； 4）對平衡力作用的構(gòu)件作力分析。）對平衡力作用的構(gòu)件作力分析。 例：例： 在如圖所示的牛頭刨床機構(gòu)中在如圖所示的牛頭刨床機構(gòu)中,已知：各構(gòu)件的尺寸

26、、原動已知：各構(gòu)件的尺寸、原動 件的角速度件的角速度w w1、刨頭的重量、刨頭的重量Q5，機構(gòu)在圖示位置時刨頭的，機構(gòu)在圖示位置時刨頭的 慣性力慣性力PI5，刀具此時所受的切削阻力，刀具此時所受的切削阻力(即生產(chǎn)阻力即生產(chǎn)阻力)Pr。 試求：機構(gòu)各運動副中的反力及需要施于原動件試求：機構(gòu)各運動副中的反力及需要施于原動件1上的平衡上的平衡 力偶矩力偶矩(其他構(gòu)件的重力和慣性力等忽略不計其他構(gòu)件的重力和慣性力等忽略不計)。 解：解： 1、將該機構(gòu)分解為構(gòu)件、將該機構(gòu)分解為構(gòu)件5 與與4及構(gòu)件及構(gòu)件3與與2所組成的兩所組成的兩 個靜定桿組，和平衡力作個靜定桿組，和平衡力作 用的構(gòu)件用的構(gòu)件1。 2、

27、按上述次序進(jìn)行分析。、按上述次序進(jìn)行分析。 ，deR P 65 eaR P 45 v對對E點取矩點取矩R65的作用線的位置的作用線的位置 65 5 65 R lPlQ l hrrhq h 例例2（續(xù)）（續(xù)） 0RRPQP 456555 Ir 1）構(gòu)件組）構(gòu)件組5、4的受力分析的受力分析 大?。捍笮。?？ ？ 方向：方向： R65 lh65 2）構(gòu)件組）構(gòu)件組3、2的受力分析的受力分析 取構(gòu)件取構(gòu)件3為研究對象，為研究對象， 0RRR 634323 v R23的大小和方向：的大小和方向： 2為二力構(gòu)件為二力構(gòu)件 R23= R32 = R12 R23作用于點作用于點C， 且與導(dǎo)桿且與導(dǎo)桿3垂直垂直

28、 構(gòu)件構(gòu)件3對點對點B取矩取矩 BC lR R h4343 23 v由圖解法由圖解法 faR P 63 例例2（續(xù)）（續(xù)） 大小：大?。?可求出可求出 ？ 方向：方向： 3）原動件）原動件1的受力分析的受力分析 v對點對點A取矩：取矩： 2121hb lRM v根據(jù)構(gòu)件根據(jù)構(gòu)件1的力平衡條件的力平衡條件機架對該構(gòu)件的反力：機架對該構(gòu)件的反力： 2161 RR 例例2（續(xù)）（續(xù)） vR21= R12 = R32 9-5 9-5 考慮摩擦?xí)r機構(gòu)的受力分析考慮摩擦?xí)r機構(gòu)的受力分析 考慮摩擦?xí)r，機構(gòu)受力分析的步驟為：考慮摩擦?xí)r，機構(gòu)受力分析的步驟為： 1）計算出摩擦角和摩擦圓半徑，并畫出摩擦圓；）計算

29、出摩擦角和摩擦圓半徑，并畫出摩擦圓； 2）從二力桿著手分析，根據(jù)桿件受拉或受壓及該桿相對）從二力桿著手分析，根據(jù)桿件受拉或受壓及該桿相對 于另一桿件的轉(zhuǎn)動方向，求得作用在該構(gòu)件上的二力方向；于另一桿件的轉(zhuǎn)動方向，求得作用在該構(gòu)件上的二力方向； 3）對有已知力作用的構(gòu)件作力分析；）對有已知力作用的構(gòu)件作力分析； 4）對要求的力所在構(gòu)件作力分析。）對要求的力所在構(gòu)件作力分析。 例例1: 如圖所示為一四桿機構(gòu)。曲柄如圖所示為一四桿機構(gòu)。曲柄1為主動件，在力矩為主動件，在力矩M1的的 作用下沿作用下沿w w1方向轉(zhuǎn)動，試求轉(zhuǎn)動副方向轉(zhuǎn)動，試求轉(zhuǎn)動副 B及及 C中作用力的方中作用力的方 向線的位置。向線

30、的位置。（圖中虛線小圓為摩擦圓。解題時不考慮構(gòu)件的自（圖中虛線小圓為摩擦圓。解題時不考慮構(gòu)件的自 重及慣性力。重及慣性力。 ） 解：解： 1）在不計摩擦?xí)r，各轉(zhuǎn)動副中的作用力應(yīng)通過軸頸中心）在不計摩擦?xí)r，各轉(zhuǎn)動副中的作用力應(yīng)通過軸頸中心 構(gòu)件構(gòu)件 2 2為二力桿為二力桿此二此二力大小力大小 相等、方向相反、作用在同一條相等、方向相反、作用在同一條 直線上，作用線與軸頸直線上，作用線與軸頸B B、C 的的 中心連線重合。中心連線重合。 分析：分析： 由機構(gòu)的運動情況由機構(gòu)的運動情況連桿連桿2 受受 拉力。拉力。 B 2）當(dāng)計及摩擦?xí)r，作用力應(yīng)切于摩擦圓。）當(dāng)計及摩擦?xí)r，作用力應(yīng)切于摩擦圓。 分析

31、：分析： 轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動副B處：構(gòu)件處：構(gòu)件2、1之間的夾角之間的夾角g g 逐漸逐漸 減少減少w w21為順時針方向為順時針方向 2受拉力受拉力 作用力作用力R12切于摩擦圓上方。切于摩擦圓上方。 在轉(zhuǎn)動副在轉(zhuǎn)動副C處：構(gòu)件處：構(gòu)件2、3之間的夾角之間的夾角 逐漸增大逐漸增大w w23 23為順時針方向。 為順時針方向。 R32切于摩擦圓下方。切于摩擦圓下方。 構(gòu)件構(gòu)件2在在R12、R32二力個作用下平衡二力個作用下平衡 R32 和和R12共線共線 R32 和和R12的作用線切于的作用線切于B 處摩擦圓上方和處摩擦圓上方和C 處摩擦圓的下方。處摩擦圓的下方。 例例1(續(xù)）續(xù)） vw w14為逆時

32、針方向為逆時針方向 例例2: 在上例所研究的四桿機構(gòu)中在上例所研究的四桿機構(gòu)中, 若驅(qū)動力矩若驅(qū)動力矩M1的值為已知的值為已知, 試求在圖示位置時各運動副中的作用力及構(gòu)件試求在圖示位置時各運動副中的作用力及構(gòu)件3上所能上所能 承受的阻抗力矩承受的阻抗力矩(即平衡力矩即平衡力矩)M3。（。（解題時仍不考慮構(gòu)件解題時仍不考慮構(gòu)件 的重量及慣性力）的重量及慣性力） 解：解： 1）取曲柄）取曲柄1為分離體為分離體 v曲柄曲柄1在在R21、R41及力矩及力矩M1 的作用下平衡的作用下平衡R41= -R21 R21 R41 vR21= -R12 vR41與與R21的力偶矩與力矩的力偶矩與力矩M1平衡平衡

33、R41與與R21平行且切于平行且切于A處摩擦圓下方。處摩擦圓下方。 M1=R21L L M RRR 1 211232 例例2（續(xù)）續(xù)） 2）取構(gòu)件取構(gòu)件3為分離體為分離體 v根據(jù)力平衡條件根據(jù)力平衡條件 R23= -R43 R23= -R32 vw w34（即（即w w3）為逆時針方向）為逆時針方向 R43切于切于D處摩擦圓上方處摩擦圓上方 R23 R43 構(gòu)件構(gòu)件3上所能承受的阻抗力矩上所能承受的阻抗力矩M3為：為： M3=R23 L L為為R23與與R43之間的力臂。之間的力臂。 例例3 如圖所示為一曲柄滑塊機構(gòu)，設(shè)各構(gòu)件的尺寸如圖所示為一曲柄滑塊機構(gòu)，設(shè)各構(gòu)件的尺寸(包括轉(zhuǎn)動包括轉(zhuǎn)動 副

34、的半徑副的半徑)已知，各運動副中的摩擦系數(shù)均為已知，各運動副中的摩擦系數(shù)均為f，作用在滑，作用在滑 塊上的水平阻力為塊上的水平阻力為Q，試對該機構(gòu)在圖示位置時進(jìn)行力分，試對該機構(gòu)在圖示位置時進(jìn)行力分 析析(設(shè)各構(gòu)件的重力及慣性力均略而不計設(shè)各構(gòu)件的重力及慣性力均略而不計)，并確定加于點，并確定加于點 B與曲柄與曲柄AB垂直的平衡力垂直的平衡力Pb的大小。的大小。 解解 : 1）根據(jù)已知條件作出）根據(jù)已知條件作出 各轉(zhuǎn)動副處的摩擦圓各轉(zhuǎn)動副處的摩擦圓 (如圖中虛線小圓所示如圖中虛線小圓所示)。 2）取二力桿連桿）取二力桿連桿3為研究對象為研究對象 v構(gòu)件構(gòu)件3在在B、C兩運動副處分別受到兩運動副

35、處分別受到R23及及R43的作用的作用 R23和和R43分別切于該兩處的摩擦圓外，且分別切于該兩處的摩擦圓外，且R23=-R43。 R23 R43 R23 R43 例例3（續(xù)）（續(xù)） 滑塊滑塊4 在在Q、R34及及R14三個力的作用下平衡三個力的作用下平衡 3）根據(jù)）根據(jù)R23及及R43的方向，定的方向，定 出出R23及及R43的方向。的方向。 4）取滑塊）取滑塊4為分離體為分離體 R32 R43 且三力應(yīng)匯于一點且三力應(yīng)匯于一點F R14 5）取曲柄）取曲柄2為分離體為分離體 曲柄曲柄2在在Pb 、 R32和和R12作用下平衡作用下平衡 PbR32R120 R12 E 6）用圖解法求出各運動

36、副的反力）用圖解法求出各運動副的反力R14、 R34(= -R43)、R32(= -R23= R43)、R12、及平衡、及平衡 力力Pb的大小。的大小。 QR34R140 9-6 機械的效率機械的效率 d r W W 或或 d f d fd d r W W W WW W W 1 一、各種功及其相互關(guān)系一、各種功及其相互關(guān)系 v驅(qū)動功驅(qū)動功Wd （輸入功）：作用在機械上的驅(qū)動力所作的功。（輸入功）：作用在機械上的驅(qū)動力所作的功。 v有益功有益功Wr （輸出功）：克服生產(chǎn)阻力所作的功。（輸出功）：克服生產(chǎn)阻力所作的功。 v損耗功損耗功 Wf：克服有害阻力所作的功：克服有害阻力所作的功 WdWr W

37、f 二、機械效率二、機械效率 機械效率是輸出功和輸入功的比值，它可以反映輸入功在機械效率是輸出功和輸入功的比值，它可以反映輸入功在 機械中有效利用的程度。機械中有效利用的程度。 v將式將式 WdWr Wf 兩邊都除以兩邊都除以 t d r d r N N tW tW / / d f N N 1 Nd、Nr 、Nf 分別為輸入功率、輸出功率和損耗功率。分別為輸入功率、輸出功率和損耗功率。 二、機械效率（續(xù)）二、機械效率（續(xù)） NdNr Nf 或：或： 三、提高機械效率的方法三、提高機械效率的方法 1、盡量簡化機械傳動系統(tǒng)，使傳遞通過的運動副數(shù)目越、盡量簡化機械傳動系統(tǒng)，使傳遞通過的運動副數(shù)目越

38、少越好；少越好； 2、減少運動副中的摩擦。、減少運動副中的摩擦。 v理想驅(qū)動力理想驅(qū)動力P0 ：理想機械中，克服同樣的生產(chǎn)阻力理想機械中，克服同樣的生產(chǎn)阻力Q，所，所 需的驅(qū)動力。需的驅(qū)動力。 P Q d r Pv Qv N N PQ vPQv 0 四、機械效率的計算四、機械效率的計算 1 1. 一般公式一般公式: v理想機械：理想機械：不存在摩擦的機械。不存在摩擦的機械。 1 0 0 P Q vP Qv P P Pv vP Pv Qv P P P Q 00 M M 0 v理想機械的效率理想機械的效率 0等于等于1，即：，即： v機械效率的統(tǒng)一形式：機械效率的統(tǒng)一形式： 實實際際驅(qū)驅(qū)動動力力矩

39、矩 理理想想驅(qū)驅(qū)動動力力矩矩 實實際際驅(qū)驅(qū)動動力力 理理想想驅(qū)驅(qū)動動力力 四、機械效率的計算（續(xù)）四、機械效率的計算（續(xù)） v理想生產(chǎn)阻力理想生產(chǎn)阻力Q 0 ：理想機械中，同樣的驅(qū)動力理想機械中，同樣的驅(qū)動力P所能克所能克 服生產(chǎn)阻力。服生產(chǎn)阻力。 1 0 0 P Q Pv vQ v PQ PvvQ 0 00 Q Q vQ Qv Pv Qv Q Q P Q 0 M M 理想阻力矩理想阻力矩 實際阻力矩實際阻力矩 理想生產(chǎn)阻力理想生產(chǎn)阻力 實際生產(chǎn)阻力實際生產(chǎn)阻力 )( 2 2 Qtg d M v 不考慮摩擦（不考慮摩擦（ =0）： Qtg d M 2 2 0 )( 0 tg tg M M 四、

40、機械效率的計算（續(xù)）四、機械效率的計算（續(xù)） 2 2. 螺旋機構(gòu)的效率計算實例螺旋機構(gòu)的效率計算實例 1 1）當(dāng)螺母逆著載荷當(dāng)螺母逆著載荷Q向上運動時：向上運動時： v 考慮摩擦：考慮摩擦： v不考慮摩擦?xí)r：不考慮摩擦?xí)r： )( 2 2 tgd M Q tgd M Q 2 2 tg tg)( 2）當(dāng)螺母在載荷）當(dāng)螺母在載荷 Q 的作用下向下運動時：載荷的作用下向下運動時：載荷Q為驅(qū)動力為驅(qū)動力 v 考慮摩擦?xí)r：考慮摩擦?xí)r： v該機組的機械效率為：該機組的機械效率為： k k k dd k N N N N N N N N N N 321 12 3 1 21 v串聯(lián)機組的總效率等于組成該機組的各個

41、機器的效率的串聯(lián)機組的總效率等于組成該機組的各個機器的效率的 連乘積。連乘積。 四、機械效率的計算（續(xù)）四、機械效率的計算（續(xù)） 3 3. 機組效率的計算機組效率的計算 1 1）串聯(lián)串聯(lián) v串聯(lián)的級數(shù)越多，系統(tǒng)的總效率越低。串聯(lián)的級數(shù)越多，系統(tǒng)的總效率越低。 v總輸出功率為總輸出功率為: 總效率為：總效率為： 四、機械效率的計算（續(xù)）四、機械效率的計算（續(xù)） 2 2）并聯(lián)并聯(lián) v總輸入功率為：總輸入功率為： Nd = N1+ N2+ + Nk Nr = N1+ N2 + + N k = N1 1 1 + N2 2 2 + + Nk k k kk d r NNN NNN N N 21 2211

42、min max v v N1= N2= = Nk時時 kNNN NNN k k kk 21 21 2211 v 1= 2= = k時時)( 21 21 2211 k k kk NNN NNN 則機組的總效率為則機組的總效率為: 四、機械效率的計算（續(xù)）四、機械效率的計算（續(xù)） 設(shè)機組串聯(lián)部分的效率為設(shè)機組串聯(lián)部分的效率為 ， 并聯(lián)部分的效率為并聯(lián)部分的效率為 3 3）混聯(lián)混聯(lián) 例例1: 解解: 如圖所示為一輸送輥道的傳動簡圖。設(shè)已知一對圓柱齒如圖所示為一輸送輥道的傳動簡圖。設(shè)已知一對圓柱齒 輪傳動的效率為輪傳動的效率為0.95；一對圓錐齒輪傳動的效率為；一對圓錐齒輪傳動的效率為0.92 (均已

43、包括軸承效率均已包括軸承效率)。求該傳動裝置的總效率。求該傳動裝置的總效率。 83.092.095.0 2 563412 此傳動裝置為一混聯(lián)系統(tǒng)此傳動裝置為一混聯(lián)系統(tǒng) v圓柱齒輪圓柱齒輪1、2、3、4為串聯(lián)為串聯(lián) v圓錐齒輪圓錐齒輪5-6、7-8、9-10、 11-12為并聯(lián)。為并聯(lián)。 v此傳動裝置的總效率此傳動裝置的總效率 92.0 56 2 3412 95.0 9-7 9-7 機械的自鎖機械的自鎖 一、機械的自鎖一、機械的自鎖 由于摩擦力的存在，無論驅(qū)動如何增大也無法使機械由于摩擦力的存在，無論驅(qū)動如何增大也無法使機械 運動的現(xiàn)象。運動的現(xiàn)象。 二、自鎖現(xiàn)象的意義二、自鎖現(xiàn)象的意義 1）設(shè)

44、計機械時，為了使機械實現(xiàn)）設(shè)計機械時，為了使機械實現(xiàn) 預(yù)期的運動，必須避免機械在所需預(yù)期的運動，必須避免機械在所需 的運動方向發(fā)生自鎖；的運動方向發(fā)生自鎖； 2）一些機械的工作需要其具有自）一些機械的工作需要其具有自 鎖特性。鎖特性。 v垂直分力垂直分力Pn：所能引的最大摩擦力：所能引的最大摩擦力 三、發(fā)生自鎖的條件三、發(fā)生自鎖的條件 1. 1. 滑塊實例滑塊實例 滑塊滑塊1與平臺與平臺2 組成移動副。組成移動副。 P為作用于為作用于 滑塊滑塊1上驅(qū)動力上驅(qū)動力 ， 為力為力P與滑塊與滑塊1和平臺和平臺2 接觸面的法線接觸面的法線nn之間的夾角，之間的夾角， 為摩擦角。為摩擦角。 v 力力P分

45、解為水平分力分解為水平分力Pt和垂直分力和垂直分力Pn， v有效分力有效分力Pt：推動滑塊：推動滑塊1 運動的分力。運動的分力。 tg nt PsinPP v當(dāng)當(dāng) 時，時， max PF t -自鎖現(xiàn)象自鎖現(xiàn)象 tg n PF max 滑塊滑塊1不會發(fā)生運動不會發(fā)生運動 三、發(fā)生自鎖的條件（續(xù)）三、發(fā)生自鎖的條件（續(xù)） 2. 2. 轉(zhuǎn)動副實例轉(zhuǎn)動副實例 力力P為作用在軸頸上的單一外載荷。為作用在軸頸上的單一外載荷。 v當(dāng)力當(dāng)力 P 的作用線在摩擦圓之內(nèi)的作用線在摩擦圓之內(nèi) （a ）時）時力力 P 對軸頸中心的力矩對軸頸中心的力矩 v力力P本身所能引起的最大摩擦力矩本身所能引起的最大摩擦力矩 Mf = R = P v M Mf 不論力不論力P 如何增大，也不能驅(qū)使軸頸轉(zhuǎn)動。如何增大，也不能驅(qū)使軸頸轉(zhuǎn)動。 M = Pa -自鎖現(xiàn)象自鎖現(xiàn)象 三、發(fā)生自鎖的條件（續(xù)）三、發(fā)生自鎖的條件（續(xù)） 3. 3. 一般條件一般條件 機械發(fā)生自鎖時，無論驅(qū)動力多