機械原理課件：第4章-平面機構(gòu)的力分析

第四章平面機構(gòu)的力分析一、考慮摩擦的力分析的目的和內(nèi)容目的：分析運動副中摩擦對機構(gòu)的影響，減少不利因素，發(fā)揮有利作用。內(nèi)容：1、介紹幾種運動副中的摩擦；2、考慮摩擦的受力分析；3、機械效率和機械自鎖。

(Forcesanalysisofmechanisms)第四章平面機構(gòu)的力分析一、考慮摩擦的力分析的目的和內(nèi)容目1§4-1機構(gòu)力分析的任務(wù)、目的和方法一、作用于機構(gòu)中力的分類按作功的正負分1）驅(qū)動力：驅(qū)使機械產(chǎn)生運動的力。該力與其作用點速度的方向相同或成銳角。所作的功為正功，常稱為驅(qū)動功或輸入功。2）阻抗力：阻止機械產(chǎn)生運動的力。該力與其作用點速度的方向相反或成鈍角，所作的功為負功，常稱為阻抗功。阻抗力又可分為有益阻力（如生產(chǎn)阻力）和有害阻力。（1）有益阻力即生產(chǎn)阻力。克服有效阻力所完成的功稱為有效功或輸出功。（2）有害阻力即機械在運轉(zhuǎn)過程中所受到的非生產(chǎn)阻力。機械為了克服這類阻力所作的功稱為損失功，是一種純粹的浪費。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：如慣性力、運動副反力（包括運動副中的摩擦力和慣性力引起的附加動壓力）§4-1機構(gòu)力分析的任務(wù)、目的和方法一、作用于機構(gòu)中力的分類2§4-1機構(gòu)力分析的任務(wù)、目的和方法二、研究機構(gòu)力分析的目的和方法力分析的任務(wù)1）確定運動副中的反力，亦即運動副兩元素接觸處彼此的作用力。2）確定為了使機構(gòu)原動件按給定規(guī)律運動時需加于機械上的平衡力。力分析的方法靜力分析方法：指在不計慣性力的條件下，對機械進行的力分析方法。對于低速度機械常采用靜力分析方法；動態(tài)靜力分析法：指將慣性力看作是外力加于相應(yīng)構(gòu)件上后，仍采用靜力學(xué)分析的方法。對于高速及重型機械，由于其某些構(gòu)件的慣性力很大，一般采用動態(tài)靜力分析?！?-1機構(gòu)力分析的任務(wù)、目的和方法二、研究機構(gòu)力分析的目的3§4-2構(gòu)件慣性力的確定一、構(gòu)件慣性力的計算作平面復(fù)合運動的構(gòu)件對于作平面復(fù)合運動而且具有平行于運動平面的對稱面的構(gòu)件，其慣性力可以化為加于構(gòu)件質(zhì)心上的慣性力F12和一個慣性力偶M12其中m是構(gòu)件的質(zhì)量，as2是構(gòu)件的質(zhì)心C的加速度，α2是構(gòu)件的角加速度，而Js2是構(gòu)件對于過其質(zhì)心軸的轉(zhuǎn)動慣量。慣性力F12和一個慣性力偶M12還可以用一個大小等于F12，作用線由質(zhì)心C偏移一距離h的總慣性力F12’來代替。距離h的值為§4-2構(gòu)件慣性力的確定一、構(gòu)件慣性力的計算4§4-2構(gòu)件慣性力的確定一、構(gòu)件慣性力的計算作平面移動的構(gòu)件對于作平面移動的構(gòu)件，如果是等速度運動，則其慣性力和慣性力偶矩都等于零。如果是變速運動，則只有一個加在構(gòu)件質(zhì)心C上的慣性力§4-2構(gòu)件慣性力的確定一、構(gòu)件慣性力的計算5§4-2構(gòu)件慣性力的確定一、構(gòu)件慣性力的計算繞定軸轉(zhuǎn)動的構(gòu)件1、繞通過質(zhì)心的定軸轉(zhuǎn)動的構(gòu)件：慣性力為零。如果是等速轉(zhuǎn)動，故如是變速轉(zhuǎn)動，2、不通過質(zhì)心的定軸轉(zhuǎn)動的構(gòu)件：如果是變速轉(zhuǎn)動，則將產(chǎn)生慣性力和慣性力偶矩慣性力F12和一個慣性力偶M12還可以用一個大小等于F12，作用線由質(zhì)心C偏移一距離h的總慣性力F12’來代替。距離h的值為§4-2構(gòu)件慣性力的確定一、構(gòu)件慣性力的計算6§4-2構(gòu)件慣性力的確定二、質(zhì)量代換法在確定構(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。質(zhì)量代換法按一定的條件將構(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)量來代替的方法稱為質(zhì)量代換法，這樣只要求出這些集中質(zhì)量的慣性力就可以了。§4-2構(gòu)件慣性力的確定二、質(zhì)量代換法7第四章平面機構(gòu)的力分析一、考慮摩擦的力分析的目的和內(nèi)容目的：分析運動副中摩擦對機構(gòu)的影響，減少不利因素，發(fā)揮有利作用。內(nèi)容：1、介紹幾種運動副中的摩擦；2、考慮摩擦的受力分析；3、機械效率和機械自鎖。

(Forcesanalysisofmechanisms)第四章平面機構(gòu)的力分析一、考慮摩擦的力分析的目的和內(nèi)容目81、移動副中的摩擦1）、移動副中摩擦力的確定Q----載荷和自重P-----驅(qū)動力N21---法向反力F21---摩擦力F21方向：F21總是與V21方向相反大?。寒斈Σ料禂?shù)f一定時，F(xiàn)21與N21成反比。

F21=fN21二、運動副中的摩擦1、移動副中的摩擦1）、移動副中摩擦力的確定Q----載荷和9對于不同的接觸面（即運動副元素的幾何形狀），N21在Q為定值時，N21的表達式形式是不同的。如下所示：對于不同的接觸面（即運動副元素的幾何形102）、移動副中總反力的確定：N21與F21同是2構(gòu)件作用于1構(gòu)件的力，故將它們合成一總反力R21.方向：與夾角成。大小：---稱為當量摩擦系數(shù)。2）、移動副中總反力的確定：N21與F21同是2構(gòu)件作用11*應(yīng)注意機構(gòu)中下列幾種情況總反力的確定

當外力P的作用線位于接觸表面ab之內(nèi)，這時1構(gòu)件與2構(gòu)件僅有一面受力。R21如圖1所示。當外力P的作用線位于接觸表面ab之外，這時1構(gòu)件除了移動之外，還要發(fā)生傾轉(zhuǎn)。R21如圖2所示。當外力P的作用線平行移動軸線并距移動軸線h遠時，1構(gòu)件除了移動之外，還要發(fā)生傾轉(zhuǎn)。R21如圖3所示。*應(yīng)注意機構(gòu)中下列幾種情況總反力的確定當12例：構(gòu)件1在構(gòu)件2的斜面上等速滑動，載荷為Q,摩擦系數(shù)為f,驅(qū)動力P為水平，已知。求：在構(gòu)件1等速上，下滑動時，R21=?P=?解：1)當構(gòu)件1等速上滑時，分析1構(gòu)件。例：構(gòu)件1在構(gòu)件2的斜面上等速滑動，解：1)當構(gòu)件1等132)當構(gòu)件1等速下滑時，構(gòu)件1受力如下。從此題可見：由于相對速度方向不同，使得R21的方向也不同。2)當構(gòu)件1等速下滑時，從此題可見：由于相對速度方向不142、轉(zhuǎn)動副的摩擦（軸頸摩擦）a)1與2構(gòu)件沒有相對轉(zhuǎn)動時，其接觸點在A點，此時：這兩力共線，等值反向。b)在Md的驅(qū)動下，構(gòu)件1在構(gòu)件2的AB弧段上純滾動，并在B點平衡。平衡條件為：2、轉(zhuǎn)動副的摩擦（軸頸摩擦）a)1與2構(gòu)件沒有相對轉(zhuǎn)動時，15

應(yīng)通過實驗求得：當軸頸跑合過，有徑向間隙時當軸頸非跑合過，理論上應(yīng)通過實驗求得：當軸頸跑合過，有徑向間隙時16稱為摩擦圓半徑。根據(jù)“理力”觀點，若Md與Q的總合力為Q*,其距離為e,1)當e<r時，Q*作用在摩擦圓內(nèi),此時Md<Mr,機構(gòu)不動，自鎖。2)當e=r

時，Q*切于摩擦圓，此時Md=Mr,構(gòu)件1可勻速轉(zhuǎn)動。3)當e>r時，Q*作用在摩擦圓外，此時Md>Mr,構(gòu)件1可加速轉(zhuǎn)動。在考慮摩擦受力分析時，常將Q*用Rij表示。稱為摩擦圓半徑。根據(jù)“理力”觀點，若Md與Q的1)當e<r17轉(zhuǎn)動副中總反力的確定：方向：根據(jù)平衡條件定，且RAB對轉(zhuǎn)軸取矩的方向與wBA轉(zhuǎn)向相反。大?。鹤饔镁€：切于摩擦圓。轉(zhuǎn)動副中總反力的確定：方向：根據(jù)平衡條件定，且RAB對轉(zhuǎn)大小18步驟：1、確定機構(gòu)中驅(qū)動力（矩）和阻力（矩），搞清運動趨勢。2、先分析二力構(gòu)件，明確受力（拉.壓）情況；若二力桿是滑塊，弄清受力面。3、分析其他構(gòu)件，三力構(gòu)件平衡要匯交，若有力矩要平衡。三、考慮摩擦?xí)r機構(gòu)的受力分析步驟：1、確定機構(gòu)中驅(qū)動力（矩）和阻力2、先分析二力構(gòu)件，19例1：如圖示四桿機構(gòu)，已知機構(gòu)位置，尺寸，fV,r,P驅(qū)動力,M3為阻力。求：機構(gòu)在P力作用下，各運動副總反力位置和方向。解：分析2構(gòu)件：1構(gòu)件:3構(gòu)件:1234PM3w12w23R12R21R23R32w14w34R41R43h例1：如圖示四桿機構(gòu)，已知機構(gòu)位置，尺寸，解：分析2構(gòu)件：20解：分析2構(gòu)件：3構(gòu)件：1構(gòu)件：例2：如圖示導(dǎo)桿機構(gòu)，已知機構(gòu)位置，尺寸，fV,r,M1為驅(qū)動力矩，Q為阻力。求：機構(gòu)在M1作用下能克服的阻力Q=?

M1Q341232w21v23R12R32R43w34R23R21w14R41h受力面R43QR23R41R21R12R322141211解：分析2構(gòu)件：3構(gòu)件：1構(gòu)件：例2：如圖示導(dǎo)桿機構(gòu)，21例3：如圖所示機構(gòu)，已知機構(gòu)位置，尺寸，f,r,P為驅(qū)動力，Q為阻力。求：機構(gòu)中各運動副中總反力的作用線。123PQ解：1構(gòu)件：2構(gòu)件：v21w23R32R31jv13R21R12j例3：如圖所示機構(gòu)，已知機構(gòu)位置，尺寸，1