第4章 平面机构的力分析.ppt

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1、第4章平面机构的力分析§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运动副中摩檫力的确定§4-4不考虑摩檫时机构的力分析§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）驱动力驱动机械运动的力。其特征：与其作用点的速度方向相同或者成锐角；其功为正功，称为驱动功或输入功。2）阻抗力阻止机械运动的力。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（工作阻力）其功称为有效功或输出功；2）有害阻力（非生产阻力）其功称为损失功。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

2、力分析与动态静力分析图解法和解析法§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作平面复合运动的构件FI2＝－m2aS2MI2＝－JS2α2可简化为总惯性力FI2’lh2＝MI2/FI2MS2(FI2)与α2(aS2)方向相反。2）作平面移动的构件作变速移动时，则FI3＝－m3aS33）绕定轴转动的构件若曲柄轴线不通过质心，则FI1＝－m1aS1MI1＝－JS1α1若其轴线通过质心，则MI1＝－JS1α1构件惯性力的确定2．质量代换法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，用假象集中质量来代替的方法。这样便只需求各集中质量的惯性力，而无需求

3、惯性力偶矩，从而使构件惯性力的确定简化。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。即同时满足上述三个条件的质量代换称为质量动代换。构件惯性力的确定2）质量动代换如连杆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)mK＝m2b/(b+k)优点：代换后构件惯性力及惯性力偶矩不改变。缺点：代换点及位置

4、不能随意选择，给工程计算带来不便。构件惯性力的确定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)优缺点：构件的惯性力偶会产生一定的误差，但计算简便，一般工程是可接受的。mB+ｍｃ＝m2mBb＝mＣｃ构件惯性力的确定§4-3运动副中摩檫力的确定1．移动副中摩擦力的确定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=fQ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:FN21=Q，2）槽面接触:FN21

5、=Q/sinθ3）半圆柱面接触:FN21=kQ，（k=1~π/2）摩擦力计算的通式:Ff21=fFN21=fvQ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大小的计算大为简化。因而也是工程中简化处理问题的一种重要方法。运动副中摩檫力的确定2）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，称为摩擦角，即φ＝arctanf总反力方向的确定方法：1）FR21偏斜于法向反力一

6、摩擦角φ；2）其偏斜的方向应与相对速度v12的方向相反。运动副中摩檫力的确定例1斜面机构正行程：P＝Qtan(α+φ)反行程：P＝Qtan(α-φ)运动副中摩檫力的确定例2螺旋机构拧紧：M＝Qd2tan(α+φv)/2放松：M′＝Qd2tan(α-φv)/2运动副中摩檫力的确定2．转动副中摩擦力的确定（1）轴机颈的摩擦转动副中摩擦力Ff21对轴颈的摩擦力矩为Mf=Ff21r=fvQr轴颈2对1的作用力也用总反力FR21来表示,则FR21=-Q,Ff21=fvQfv=(1～π/2)f故Mf=fvQr=FR21ρ式中ρ=fvr,具体轴颈其ρ为定值,故可作摩擦圆,ρ称为摩擦圆

7、半径。运动副中摩檫力的确定结论:只要轴颈相对轴承运动，轴承对轴颈的总反力FR21将始终切于摩擦圆,且与Q大小相等，方向相反（2）总反力方向的确定1）根据力的平衡条件，确定不计摩擦时总反力的方向；2）计摩擦时的总反力应与摩擦圆相切；3）总反力FR21对轴心之矩的方向必与轴颈1相对轴承2的相对角速度的方向相反。运动副中摩檫力的确定例1曲柄滑块机构考虑摩擦时的受力分析（2）轴端的摩擦轴用以承受轴向力的部分称为轴端。当轴端1在止推轴承2上旋转时，接触面间也将产生摩擦力。其摩擦力矩的大小确定如下：取环形微面积ds=2πρdρ，运动副中摩檫力的确定设