1、第四章 平面機構力分析,結束,一、作用在機械上的力,1）驅動力 ： F V 為銳角，作正功,原動力由原動機提供，它是驅動力，那么驅動力只來自原動力嗎,2）阻抗力： F V 為鈍角，作負功,常提到的力：原動力、摩擦力、運動副反力、重力、慣性力,一提到摩擦力，多會認為是有害阻力。對攪拌機、帶傳動、自行車呢,運動副反力（法向、切向）是內力還是外力？它作功嗎,什么時候應考慮重力？作功如何,慣性力是一種什么性質的力，大小如何求？它作正功還是負嗎？ 什么時候會用到它？可以忽略嗎,4-1 機構力分析的任務、目的和方法,結束,二、機構力分析的任務和目的,4-1 機構力分析的任務、目的和方法,1）確定運動副中的

2、反力 用于計算強度、機械效率、摩擦磨損、決定軸承結構等 2）確定機械上的平衡力（或平衡力偶） 根據作用在機構上的已知外力（或力偶），確定要維持 給定運動規律時所需的未知外力（或力偶,三、機構力分析的方法,1）靜力學方法 不考慮慣性力因素（低速機械） 2）動態靜力學方法 將慣性力視為外力，加于相應構件上，按靜力方法分析 圖解法、解析法,結束,4-2 構件慣性力的確定,確定慣性力： 設已知構件的質量、轉動慣量及運動學參數。 實際上： 在設計新機械時，力分析還未進行時，根本不能作強度計 算，構件的質量、轉動慣量是未知的,常用方法： 類比和經驗公式，或按純靜力學方法對機構在某一特定 位置時大體估算出構

3、件的尺寸、材料。粗略地得到質量、轉 動慣量，將它作為初值代入進行力分析。待第一次力分析完 成后，作強度計算，對其進行修正。這個過程反復循環進行。 直至滿足要求為止,結束,4-2 構件慣性力的確定,一、一般力學方法,1）作平面復合運動的構件,把 FI 按圖示平移 lh ，將兩者合二為一,2）作平面移動的構件,3）繞定軸轉動的構件,慣性力 F I = - m as,慣性力矩 M I = - Js,結束,4-2 構件慣性力的確定,二、質量代換法,確定慣性力和慣性力矩 a、 復雜 將構件的質量等效簡化成幾個集中質量只有慣性力方便 質量代換法,1、動代換問題,三個方程，四個未知量（ b 、 k 、mB

4、、 mK ），如確定b,結束,4-2 構件慣性力的確定,二、質量代換法,確定慣性力和慣性力矩 a、 復雜 將構件的質量等效簡化成幾個集中質量只有慣性力方便 質量代換法,2、靜代換問題（兩點代換,同時選定b、c，只滿足條件1、2,結束,4-2 構件慣性力的確定,二、質量代換法,確定慣性力和慣性力矩 a、 復雜 將構件的質量等效簡化成幾個集中質量只有慣性力方便 質量代換法,2、靜代換問題（兩點代換,同時選定b、c，只滿足條件1、2,結論： 1）兩代換點連線必然通過質心。 2）靜代換簡單方便，代換點 B、C 可隨意選定。對于一般要求機構，采 用靜代換較多。 3）動代換滿足了質量代換的全部條件。其代換

5、點只能隨意選定一點，而 另外一個代換點則由代換條件確定。 4）使用靜代換，其慣性力偶矩將產生誤差,結束,4-3 運動副中摩擦力的確定,一、移動副中摩擦力的確定,摩擦力F21： Ff21 = f FN21,在外載荷一定時，法向反力FN21的其大小 與運動副表面的幾何形狀有關,1）平面： FN21 = G Ff21 = f G,2）槽面： FN21 = G / sin Ff21 = f FN21 = f G / sin,令當量摩擦系數：fv = f / sin,Ff21 = f vG,結束,4-3 運動副中摩擦力的確定,一、移動副中摩擦力的確定,摩擦力F21： Ff21 = f FN21,在外載荷

6、一定時，法向反力FN21的其大小 與運動副表面的幾何形狀有關,3）半圓柱面 FN21 = k G Ff21 = f FN21 = f k G,若圓柱面為點、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,令當量摩擦系數：fv = f k,Ff21 = f vG,結束,4-3 運動副中摩擦力的確定,二、移動副中總反力的確定,1、平面移動,FR21 = FN21+ Ff 21,Ff21 = FN21tan,摩擦角 =arctan f,總反力方向的確定： （1）與法向反力偏斜一摩擦角 （2）偏斜方向與相對速度方向相反,結束,4-3 運動副中摩擦力的確定,二、移動副中總反力的

7、確定,2、斜面移動,1) 滑塊沿斜面上升,力平衡條件： F + G + FR21 = 0,由力多邊形得：F = G tan (,2）滑塊沿斜面下降（驅動力為 G,同理： F + G + F R21 = 0 F = G tan ( -,注意： 1）當 時,F0, 滑塊在載荷G 作用下自行下滑，若使滑快靜止或勻速下滑，需借助外部阻力。 2）當 時，F0, 滑塊在載荷G 作用下,不能自行下滑，需借助外部推動力才能滑下。 自鎖（,結束,4-3 運動副中摩擦力的確定,二、移動副中總反力的確定,3、螺旋副中的摩擦,1) 矩形螺紋,施加扳手力矩 M 旋緊螺母: 類似于用螺旋千斤頂克服載荷 G ，將重物升起。

8、 施加扳手力矩 M 放松螺母： 若 M 0（即）：表明螺紋本身在載荷G 作用下能夠自行松脫，需 借助外力矩才能使螺母勻速松脫。自鎖,結束,4-3 運動副中摩擦力的確定,二、移動副中總反力的確定,3、螺旋副中的摩擦,2) 三角形螺紋（相當于曹面摩擦,在矩形螺紋公式將 用v代替即可,三角螺紋的牙型半角 則槽形半角 = 90 -,當量摩擦系數：fv = f / sin = f / cos,當量摩擦角： v = arctan fv,結束,4-3 運動副中摩擦力的確定,三、轉動副中摩擦力的確定,1、軸徑的摩擦,軸徑在軸承中轉動摩擦力阻止其轉動,結束,4-3 運動副中摩擦力的確定,三、轉動副中摩擦力的確定

9、,摩擦圓半徑： = fv r,半圓柱面摩擦: Ff21 = f vG f v =（1 /2）f,運動副總反力：FR21 = FN21 + Ff21 = G,摩擦阻力矩: Mf = Ff21 r =G fv r =FR21,1）勻速轉動時，軸承總反力 FR21 恒切于摩擦圓 。 2）勻速轉動時，Mf = FR21 =G ， 類似平面摩擦系數。其大小 fv 和 r 有關,3）將Md與G合成為G ， = Md / G,1、軸徑的摩擦,結束,4-3 運動副中摩擦力的確定,三、轉動副中摩擦力的確定,2、總反力的確定,1）不計摩擦，平衡條件總反力方向。 2）考慮摩擦，總反力與摩擦圓相切。 3）摩擦力矩方向總是與轉向相反（阻止） 如：總反力FR21 對軸心之矩的方向必 與其相對轉向 12的方向相反,結束,4-3 運動副中摩擦力的確定,三、轉動副中摩擦力的確定,P92 例4-1 曲柄1為主動件，求各構件受力方向。（不計重力、慣性力,結束,4-3 運動副中摩擦力的確定,三、轉動副中摩擦力的確定,3、軸端的摩擦,取微環，其上壓強 p 為常量 面積 ds = 2 d 正壓力 dFN = p ds 摩擦力 dFf = f dFN = f p ds 摩擦力矩 dMf = dFf = f p ds,討論,結束,4-3 運動副中摩擦力的確定,三、轉動副中摩擦力的確定,3、軸端的摩擦,2）跑合軸端：