机械原理教程04.ppt

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1、第四章平面机构的运动分析§4-1机构力分析的任务、目的和方法§4-2构件惯性力的确定§4-3运动副中摩擦力的确定§4-4不考虑摩擦时机构的力分析§4-5考虑摩擦时机构的力分析返回与其作用点的速度方向相同或者成锐角；§4-1机构力分析的任务、目的和方法1.作用在机械上的力（1）驱动力（2）阻抗力驱动机械运动的力。其特征：其功为正功，阻止机械运动的力。其特征：与其作用点的速度方向相反或成钝角；其功为负功，称为阻抗功。1）有效阻力2）有害阻力其功称为有效功或输出功；称为驱动功或输入功。（工作阻力）（非生产阻力）其功称为损失功。2

2、．机构力分析的任务、目的及方法（1）任务确定运动副中的反力确定平衡力及平衡力矩（2）方法静力分析动态静力分析图解法和解析法机构力分析的任务、目的和方法(2/2)§4-2构件惯性力的确定1．一般力学方法以曲柄滑块机构为例（1）作平面复合运动的构件（如连杆2）FI2＝－m2aS2MI2＝－JS2α2可简化为总惯性力FI2′lh2＝MI2/FI2MS2(FI2)与α2方向相反。′ABC1234AB1S1m1JS1BC2S2m2JS2C3S3m3FI2MI2lh2aS2α2FI2′（2）作平面移动的构件（如滑块3）作变速移动时，则

3、FI3＝－m3aS3（3）绕定轴转动的构件（如曲柄1）若曲柄轴线不通过质心，则FI1＝－m1aS1MI1＝－JS1α1若其轴线通过质心，则MI1＝－JS1α1FI3aS3C3AB1aS1S1α1FI1MI1构件惯性力的确定(2/5)是指设想把构件的质量按一定条件集中于构件上某几个选定点上的假象集中质量来代替的方法。2．质量代换法质量代换法假想的集中质量称为代换质量；代换质量所在的位置称为代换点。（1）质量代换的参数条件代换前后构件的质量不变；代换前后构件的质心位置不变；代换前后构件对质心轴的转动惯量不变。这样便只需求各集中

4、质量的惯性力，而无需求惯性力偶矩，从而使构件惯性力的确定简化。（2）质量动代换即同时满足上述三个条件的质量代换称为动代换。构件惯性力的确定(3/5)如连杆BC的分布质量可用集中在B、K两点的集中质量mB、mK来代换。mB+mK＝m2mBb＝mKkmBb2＋mKk2＝JS2在工程中，一般选定代换点B的位置，则k＝JS2/(m2b)mB＝m2k/(b+k)ABC123S1S2S3m2KbckmkmBmK＝m2b/(b+k)代换后构件惯性力及惯性力偶矩不改变。代换点及位置不能随意选择，给工程计算带来不便。动代换：优点：缺点：构件

5、惯性力的确定(4/5)BCS2m2构件的惯性力偶会产生一定的误差，但一般工程是可接受的。（3）质量静代换只满足前两个条件的质量代换称为静代换。如连杆BC的分布质量可用B、C两点集中质量mB、mC代换，则mB＝m2c/(b+c)mC＝m2b/(b+c)静代换：优缺点：ABC123S1S2S3m2BCS2m2mBmC构件惯性力的确定(5/5)（1）摩擦力的确定移动副中滑块在力F的作用下右移时,所受的摩擦力为Ff21=fFN21式中f为摩擦系数。FN21的大小与摩擦面的几何形状有关：1）平面接触:FN2=G，2）槽面接触:FN2

6、1=G/sinθ§4-3运动副中摩擦力的确定1．移动副中摩擦力的确定θθGFN212FN212GFN2112GFN21Fv123）半圆柱面接触:FN21=kG，（k=1~π/2）摩擦力计算的通式:FN21=fNN21=fvG其中,fv称为当量摩擦系数,其取值为:平面接触:fv=f；槽面接触:fv=f/sinθ；半圆柱面接触:fv=kf，（k=1~π/2）。说明引入当量摩擦系数后,使不同接触形状的移动副中的摩擦力计算的大小比较大为简化。因而也是工程中简化处理问题的一种重要方法。运动副中摩擦力的确定(2/8)G称为摩擦角，（2

7、）总反力方向的确定运动副中的法向反力与摩擦力的合力FR21称为运动副中的总反力，总反力与法向力之间的夹角φ，即φ＝arctanf总反力方向的确定方法：1）FR21偏斜于法向反力一摩擦角φ；2）其偏斜的方向应与相对速度v12的方向相反。举例：拧紧：M＝Gd2tan(α+φv)放松：M′＝Gd2tan(α-φv)正行程：F＝Gtan(α+φ)反行程：F＝Gtan(α-φ）′FR21Ff21FN21FGv1212φ运动副中摩擦力的确定(3/8)例1斜面机构例2螺旋机构轴承对轴颈的总反力FR21将始终切于摩擦圆，且与G大小相等，方

8、向相反。rρ称为摩擦圆半径。2．转动副中摩擦力的确定2.1轴颈的摩擦（1）摩擦力矩的确定转动副中摩擦力Ff21对轴颈的摩擦力矩为Mf=Ff21r=fvGr轴颈2对轴颈1的作用力也用总反力FR21来表示,则FR21=-G,故Mf=fvGr式中ρ=fvr,具体轴颈其ρ为定值,故可作摩擦圆,结论=FR21ρ只