《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》慣性摩擦力

第四章平面機(jī)構(gòu)力分析§4-1

機(jī)構(gòu)力分析的任務(wù)、目的和方法§4-2

構(gòu)件慣性力的確定

§4-3

運(yùn)動(dòng)副中摩擦力的確定§4-4

不考慮摩擦力時(shí)機(jī)構(gòu)力分析§4-5考慮摩擦力時(shí)機(jī)構(gòu)力分析（簡(jiǎn)介）結(jié)束一、作用在機(jī)械上的力1）驅(qū)動(dòng)力：FV為銳角，作正功

原動(dòng)力由原動(dòng)機(jī)提供，它是驅(qū)動(dòng)力，那么驅(qū)動(dòng)力只來自原動(dòng)力嗎？2）阻抗力：FV為鈍角，作負(fù)功生產(chǎn)阻力（有效阻力）

由害阻力常提到的力：原動(dòng)力、摩擦力、運(yùn)動(dòng)副反力、重力、慣性力…一提到摩擦力，多會(huì)認(rèn)為是有害阻力。對(duì)攪拌機(jī)、帶傳動(dòng)、自行車呢？運(yùn)動(dòng)副反力（法向、切向）是內(nèi)力還是外力？它作功嗎？什么時(shí)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(fù)嗎？什么時(shí)候會(huì)用到它？可以忽略嗎？§4-1機(jī)構(gòu)力分析的任務(wù)、目的和方法結(jié)束二、機(jī)構(gòu)力分析的任務(wù)和目的§4-1機(jī)構(gòu)力分析的任務(wù)、目的和方法1）確定運(yùn)動(dòng)副中的反力用于計(jì)算強(qiáng)度、機(jī)械效率、摩擦磨損、決定軸承結(jié)構(gòu)等2）確定機(jī)械上的平衡力（或平衡力偶）根據(jù)作用在機(jī)構(gòu)上的已知外力（或力偶），確定要維持給定運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)所需的未知外力（或力偶）三、機(jī)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(jī)械）2）動(dòng)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(dòng)慣量及運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)。實(shí)際上：在設(shè)計(jì)新機(jī)械時(shí)，力分析還未進(jìn)行時(shí)，根本不能作強(qiáng)度計(jì)算，構(gòu)件的質(zhì)量、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是未知的。常用方法：類比和經(jīng)驗(yàn)公式，或按純靜力學(xué)方法對(duì)機(jī)構(gòu)在某一特定位置時(shí)大體估算出構(gòu)件的尺寸、材料。粗略地得到質(zhì)量、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，將它作為初值代入進(jìn)行力分析。待第一次力分析完成后，作強(qiáng)度計(jì)算，對(duì)其進(jìn)行修正。這個(gè)過程反復(fù)循環(huán)進(jìn)行。直至滿足要求為止。結(jié)束§4-2構(gòu)件慣性力的確定SasFIMIFIlh一、一般力學(xué)方法1）作平面復(fù)合運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件慣性力

FI=-m

as慣性力矩

MI=-Js把FI按圖示平移lh，將兩者合二為一。2）作平面移動(dòng)的構(gòu)件3）繞定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的構(gòu)件慣性力

FI=-m

as慣性力矩

MI=-Js繞質(zhì)心軸轉(zhuǎn)動(dòng)繞非質(zhì)心軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣性力FI=-m

as慣性力矩

MI=-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(jiǎn)化成幾個(gè)集中質(zhì)量→只有慣性力→方便質(zhì)量代換法代換條件代換前后的總質(zhì)量保持不變代換前后的總質(zhì)心位置保持不變代換前后的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量保持不變SBCmBmCmkmBmcbk1、動(dòng)代換問題三個(gè)方程，四個(gè)未知量（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(jiǎn)化成幾個(gè)集中質(zhì)量→只有慣性力→方便質(zhì)量代換法代換條件代換前后的總質(zhì)量保持不變代換前后的總質(zhì)心位置保持不變代換前后的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量保持不變SBCmBmCmkmBmcbk2、靜代換問題（兩點(diǎn)代換）同時(shí)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(jiǎn)化成幾個(gè)集中質(zhì)量→只有慣性力→方便質(zhì)量代換法代換條件代換前后的總質(zhì)量保持不變代換前后的總質(zhì)心位置保持不變代換前后的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量保持不變SBCmBmCmkmBmcbk2、靜代換問題（兩點(diǎn)代換）同時(shí)選定b、c，只滿足條件1、2結(jié)論：1）兩代換點(diǎn)連線必然通過質(zhì)心。2）靜代換簡(jiǎn)單方便，代換點(diǎn)B、C可隨意選定。對(duì)于一般要求機(jī)構(gòu)，采用靜代換較多。3）動(dòng)代換滿足了質(zhì)量代換的全部條件。其代換點(diǎn)只能隨意選定一點(diǎn)，而另外一個(gè)代換點(diǎn)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(yùn)動(dòng)副中摩擦力的確定一、移動(dòng)副中摩擦力的確定摩擦力F21：Ff21=f

FN21在外載荷一定時(shí)，法向反力FN21的其大小與運(yùn)動(dòng)副表面的幾何形狀有關(guān)。G

12v12FN21Ff21FR21F1）平面：FN21=

G

Ff21=f

G2）槽面：

FN21=

G/sin

Ff21=f

FN21=fG/sin

令當(dāng)量摩擦系數(shù)：fv=f

/sin

Ff21=f

vGGFN212FN212212結(jié)束§4-3運(yùn)動(dòng)副中摩擦力的確定一、移動(dòng)副中摩擦力的確定摩擦力F21：Ff21=f

FN21在外載荷一定時(shí)，法向反力FN21的其大小與運(yùn)動(dòng)副表面的幾何形狀有關(guān)。G

12v12FN21Ff21FR21F3）半圓柱面FN21=

kG

Ff21=f

FN21=fkG若圓柱面為點(diǎn)、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。Gv2121令當(dāng)量摩擦系數(shù)：fv=fk

Ff21=f

vG結(jié)束§4-3運(yùn)運(yùn)動(dòng)副中摩摩擦力的確定定二、移動(dòng)副中中總反力的確確定G

12v12FN21Ff21FR21F1、平面移動(dòng)動(dòng)FR21=FN21+Ff21Ff21=FN21tan——摩擦角=arctanf總反力方向的的確定：（1）與法向向反力偏斜一一摩擦角（2）偏斜方方向與相對(duì)速速度方向相反反結(jié)束§4-3運(yùn)運(yùn)動(dòng)副中摩摩擦力的確定定二、移動(dòng)副中中總反力的確確定2、斜面移動(dòng)動(dòng)GFFNFFR21

vFGFR21+FGFR21-(1)滑塊沿斜面上上升力平衡條件：：F+G+FR21=0由力多邊形得得：F=Gtan(+)（2）滑滑塊沿斜斜面下降降（驅(qū)動(dòng)動(dòng)力為G）同理：F+G+FR21=0F’=Gtan(-)注意：1）當(dāng)>時(shí)時(shí),F>0,滑滑塊在載載荷G作用下自自行下滑滑，若使使滑快靜靜止或勻勻速下滑滑，需借借助外部部阻力。。2）當(dāng)<時(shí)時(shí)，F(xiàn)<0,滑滑塊在載載荷G作用下,不能自自行下滑滑，需借借助外部部推動(dòng)力力才能滑滑下。——自鎖（<）結(jié)束§4-3運(yùn)運(yùn)動(dòng)副中中摩擦力力的確定定二、移動(dòng)動(dòng)副中總總反力的的確定3、螺旋旋副中的的摩擦(1)矩形螺紋紋pGFFR21vd2d2lGM21施加扳手手力矩M旋旋緊螺母母:類似于用用螺旋千千斤頂克克服載荷荷G，將重物物升起。。施加扳手手力矩M放放松螺母母：若M<0(即<)：表明螺螺紋本身身在載荷荷G作用下,不能自自行松脫脫，需借助外力力矩才能能將螺母母擰下。。若M>0（即＞））：表明螺螺紋本身身在載荷荷G作用下能能夠自行行松脫，，需借助外力力矩才能能使螺母母勻速松松脫。———自鎖結(jié)束§4-3運(yùn)運(yùn)動(dòng)副中中摩擦力力的確定定二、移動(dòng)動(dòng)副中總總反力的的確定3、螺旋旋副中的的摩擦(2)三角形螺螺紋（相相當(dāng)于曹曹面摩擦擦）90o-

90o-

Q在矩形螺螺紋公式式將用v代替即可可。三角螺紋紋的牙型型半角則槽形半半角=90o-當(dāng)量摩擦擦系數(shù)：：fv=f/sin=f/cos當(dāng)量量摩摩擦擦角角：：v=arctanfv結(jié)束束§4-3運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)副副中中摩摩擦擦力力的的確確定定三、、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)副副中中摩摩擦擦力力的的確確定定1、、軸軸徑徑的的摩摩擦擦軸徑徑在在軸軸承承中中轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)→摩擦擦力力→阻止止其其轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)結(jié)束束§4-3運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)副副中中摩摩擦擦力力的的確確定定三、、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)副副中中摩摩擦擦力力的的確確定定摩擦擦圓圓半半徑徑：：=fvrGａGFf21FN21FR21Mdr21半圓圓柱柱面面摩摩擦擦:Ff21=fvGfv=（（1~/2））f運(yùn)動(dòng)動(dòng)副副總總反反力力：：FR21=FN21+Ff21=G摩擦擦阻阻力力矩矩:Mf=Ff21r=Gfvr=FR21結(jié)論：1））勻勻速速轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)時(shí)時(shí)，，軸軸承承總總反反力力FR21恒切切于于摩摩擦擦圓圓。2））勻勻速速轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)時(shí)時(shí)，，Mf=FR21=G，類似似平平面面摩摩擦擦系系數(shù)數(shù)。。其大小小fv和r有關(guān)關(guān)。。3））將將Md與G合成成為為G，，ａ=Md/Gａ=

軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)（或靜止）。ａ>

軸將加速轉(zhuǎn)動(dòng)（或由靜止開始運(yùn)動(dòng)）ａ<

軸將減速轉(zhuǎn)動(dòng)（靜止時(shí)則卡死不動(dòng)）1、、軸軸徑徑的的摩摩擦擦12自鎖結(jié)束束§4-3運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)副副中中摩摩擦擦力力的的確確定定三、、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)副副中中摩摩擦擦力力的的確確定定2、、總總反反力力的的確確定定GａGFf21FN21FR21Mdr211））不不計(jì)計(jì)摩摩擦擦，，平平衡衡條條件件→總反反力力方方向向。。2））考考慮慮摩摩擦擦，，總總反反力力與與摩摩擦擦圓圓相相切切。。3））摩摩擦擦力力矩矩方方向向總總是是與與轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向向相相反反（（阻阻止止））如：：總反反力力FR21對(duì)軸軸心心之之矩矩的的方方向向必必與其其相相對(duì)對(duì)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向向12的方方向向相相反反。。12結(jié)束束§4-3運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)副副中中摩摩擦擦力力的的確確定定三、、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)副副中中摩摩擦擦力力的的確確定定P92例4-1曲柄柄1為為主主動(dòng)動(dòng)件件，，求求各各構(gòu)構(gòu)件件受受力力方方向向。。（（不不計(jì)計(jì)重重力力、、慣慣性性力力））M11ABCDM3123FR12FR322123M114A1BFR21FR41LFR12FR32CDM33FR2334F