机械原理 英汉双语 教学课件 作者 张春林 第4章 平面机构的力分析 .pptx

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1、第4章平面机构的力分析1.机构力分析的内容1)根据作用在机构中的已知外力，求解各运动副中的反力。2)已知作用在机构上的生产阻力，可求解出原动件上施加的驱动力；已知原动机的驱动力，可以求解出作用在从动件上的生产阻力。3)机构的受力分析是计算机械效率的基础。4)机构的受力分析还是设计自锁机构的基础。4.1　平面机构力分析概述2.机构力分析的方法机构力分析的方法有两种，即图解法和解析法。1.构件惯性力的确定Fig.4-1　Inertiaforceandinertiatorqueintoresultantforc

2、e(连杆的惯性力与惯性力矩的合成)4.2　计入惯性力的机构力分析图4-1a所示的曲柄滑块机构中，通过运动分析可以求得连杆2在质心s2处的加速度as2和角加速度α2以及滑块3的加速度aC3。G2为构件2所受的重力，Js2为构件2绕质心的转动惯量，Fi2和Ms2分别表示连杆2质心处的惯性力和惯性力矩。2.机构的动态静力分析(1)用图解法进行机构的动态静力分析例4-1图4-2a所示牛头刨床机构中，各构件的尺寸及原动件的角速度ω1均为已知。刨头所受重力为G5，在图示位置刨头的惯性力为，刀具所受的生产阻力为Fr。其

3、余构件的重力及惯性力、惯性力矩均忽略不计。求机构各运动副中的反力及需要加在原动件上的平衡力矩Mb。Fig.4-2　Graphicalforceanalysisofsharper(牛头刨床的动态静力分析)Fig.4-3　Analyticalforceanalysis(动态静力分析的解析法)例4-2　图4-3a所示的曲柄滑块机构中，已知曲柄和连杆的尺寸分别为L1、L2，经过运动分析后已经知道各构件的运动参数。已知作用在滑块的生产阻力为F，求各运动副的反力和作用在曲柄上的平衡力矩。(2)用解析法进行机构的动态静

4、力分析1.运动副中的摩擦(1)移动副中的摩擦　根据移动副的具体结构，常把移动副分为平面移动副、斜面移动副和槽面移动副。4.3　计入摩擦的机构力分析Fig.4-4　Frictionontheplanesurface(平面中的摩擦)1）平面移动副中的摩擦。图4-4所示滑块1在总驱动力F的作用下，相对平面2以速度v12等速移动。平面2给滑块1的作用力有法向反力N21和摩擦力F21，二者的合力R21为平面2给滑块1的总反力，R21与法线方向的夹角为φ。2)斜面移动副的摩擦。如果把图4-4所示的平面移动副导路倾斜

5、α角度后，则演化成为图4-5所示的斜面摩擦移动副。Fig.4-5　Frictionontheinclinedplanesurface(斜面摩擦)3)槽面摩擦。如果将图4-6a所示滑块作成图4-6b所示夹角为2θ的楔形滑块，并置于相应的槽面中，楔形滑块1在外力F的作用下沿槽面等速运动。设两侧法向反力分别为N21，铅直载荷为G，总摩擦力为Ff。Fig.4-6　FrictiononV-planesurface(槽面摩擦)(2)转动副中的摩擦轴承是转动副的典型代表，可分为承受径向力的轴承和承受轴向力的轴承。1)

6、径向轴承的摩擦。图4-7为考虑到运动副间隙的径向轴承。轴颈1在没有转动前，径向载荷G与A点的法向反力N21平衡。Fig.4-7　Frictioninajournalbearing(径向轴承中的摩擦)2)推力轴承的摩擦。图4-8a为推力轴承示意图，G为轴向载荷。未经跑合时，接触面压强p为常数，p=c。经过跑合时，压强与半径的乘积为常数，pρ=c。Fig.4-8　Frictioninathrustbearing(推力轴承的摩擦)(3)螺旋副中的摩擦　根据螺纹牙型可将螺纹分为矩形螺纹和三角形螺纹。Fig.4-9

7、　Frictioninsquarethread(矩形螺纹的摩擦)图4-9a所示为一矩形螺纹，将螺母2简化为图4-9b所示的滑块，承受轴向载荷[WTBX]G，由于螺纹可以看成是斜面缠绕在圆柱体上形成的，故将矩形螺纹沿螺纹中径[WTBX]d展开，该螺纹成为图4-9b所示的斜面，斜面底长为螺纹中径处圆周长，高度为螺纹的导程l。驱动力F等于拧紧力矩M除以螺纹半径d/2，方向一般垂直于螺纹轴线。Fig.4-10　FrictioninV-thread(三角形螺纹的摩擦)图4-10a所示的三角形螺纹中，牙型角为2β，半

8、牙型角为β，槽角为2θ。将其螺纹展开，成为图4-10b所示的带半槽面的斜面，半牙型角β与半槽角θ之和为90°。斜面底长为螺纹中径处圆周长。2.计入摩擦力的力分析例4-3图4-11所示的曲柄滑块机构中，已知各构件尺寸和曲柄的位置和作用在滑块4上的阻力Fr以及各运动副中的摩擦因数f，忽略各构件质量和惯性力。在图4-11上标注出各运动副的反力以及加在曲柄上的平衡力矩Mb。Fig.4-11　Forceanalysisconsideri