,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第九章 平面机构的力分析,第九章 平面机构的力分析,第九章 平面机构的力分析,引言,研究机构力分析的目的和方法,静力分析,运动副中的摩擦力,动力分析,动静法,达朗贝尔原理,（构件惯性力）,虚位移方法,虚功原理,（速度多边形杠杆法）,第九章 平面机构的力分析引言,9-1,研究机构力分析的目的和方法,作用于机构中力的分类,研究机构力分析的目的和方法,9-1 研究机构力分析的目的和方法作用于机构中力的分类,9-2,运动副中的摩擦力,研究摩擦的目的,摩擦对机器的不利影响,摩擦的有用的方面,移动副的摩擦,平面移动副,楔形面移动副,斜面,转动副的摩擦,径向轴颈转动副,（载荷垂直于轴线）,止推轴颈转动副,（载荷沿着轴线）,总结,9-2 运动副中的摩擦力研究摩擦的目的,9-3,动力分析,动静法,达朗贝尔原理,（构件惯性力）,虚位移方法,虚功原理,（速度多边形杠杆法）,9-3 动力分析动静法达朗贝尔原理,结 束,结 束,机械的,动力学分析,就是在机构的原动件按给定的规律运动时，任一瞬时的,摩擦力,、,惯性力,、,驱动力,等参数分析；以及运动与功的关系。,引言,机构分析,运动学分析,组成原理,动力学分析,机械的动力学分析就是在机构的原动件按给定的规律运,一、作用于机构中力的分类,驱动力（矩）,：,驱使,机械产生运动的力（矩），其所作的功为,正值,（输入功）。,其,特征,是该力其作用点速度的方向相同或成,锐角,阻力（矩）,：,阻止,机械产生运动的力（矩），其所作的功为,负值,（消耗功）。,其,特征,是该力其作用点速度的方向相反或成,钝角,有效阻力（工作阻力）,：生产工作阻力（矩）其所作的功为有效功（输出功）。,有害阻力：非生产工作阻力（矩）,、其对生产无用而有害。,注意,摩擦力和重力既可作为作正功的驱动力，也可成为作负功的阻力。,一、作用于机构中力的分类驱动力（矩）：驱使机械产生运动的力（,一、作用于机构中力的分类,运动副反力,：当机构受到外力作用时，在运动副中产生的反作用力。,法向分力（正压力）,：沿运动副两元素接触处的法向分力。,特点：不作功。,切向分力（摩擦力）,：沿运动副两元素接触处的切向分力。,特点：因正压力而产生；一般为有害阻力。,考虑摩擦力的运动副反力,总反力,重力,：作用在构件质心上的地球引力。,特点,：在一个运动循环中重力所作的功为零（因构件质心每经一运动循环后回到原来的位置）。,高速机械的计算中，可以忽略不计,。,惯性力,：,是一种虚拟加在有变速运动的构件上的力。,惯性力是是阻力还是驱动力？,当构件减速时，它是驱动力；加速时，它是阻力,特点：在一个运动循环中惯性力所作的功为零。,低速机械的惯性力一般很小，可以忽略不计。,一、作用于机构中力的分类运动副反力：当机构受到外力作用时，在,二、研究机构力分析的目的,确定运动副反力,。,因为运动副中反力的大小和性质对于计算机构各个零件的,强度,、决定机构中的,摩擦力,和,机械效率,、以及计算运动副中的,磨损,和,确定轴承型式,都是有用的已知条件。,确定为维持机构作给定运动而需加的平衡力,(,力矩,),。,根据作用在机构上的已知外力,(,包括惯性力,),，可在维持机构按给定的运动规律运动的条件下求解与之相平衡的未知外力,(,驱动力或阻力,),。此待求的未知外力可以力或力矩的形式出现，分别称之为平衡力（矩）。这对于确定机器工作时所需的驱动功率或能承受的最大负荷等都是必需的数据。,二、研究机构力分析的目的确定运动副反力。,三、研究机构力分析的方法,静力分析,（低速）：不考虑惯性力,动力分析,（高速）：考虑惯性力,动静法,达朗贝尔原理,虚位移方法,虚功原理,图解法,解析法,三、研究机构力分析的方法静力分析（低速）：不考虑惯性力,1,）造成机器运转时的动力浪费,机械效率,2,）使运动副元素受到磨损,零件的强度,、机器的精度和工作可靠性,机器的使用寿命,3,）使运动副元素发热膨胀,导致运动副咬紧卡死,机器运转不灵活；,4,）使机器的润滑情况恶化,机器的磨损,机器毁坏。,摩擦对机器的不利影响,1）造成机器运转时的动力浪费 机械效率 2）使运动副元素,有不少机器，是利用摩擦来工作的。,如带传动、摩擦离合器和制动器等。,摩擦的有用的方面,有不少机器，是利用摩擦来工作的。如带传动、摩擦离合,平面移动副,摩擦锥,F,R,BA,B,A,V,AB,F,y,F,x,F,f,N,F(,合外力,),Fx/Fy,tg,F,f,/N,tg,f,摩擦角,讨论：,N,Fy,，,Ff,Fx,tg,/tg,当,F,x,，减速或自锁,当,，,Ff,Fx,，保持原运动状态或自锁临界,当,，,FfFx,，加速,平面移动副摩擦锥FRBABAVABFyFxFfNF(合外,楔形面移动副,Q,铅垂载荷,F,水平驱动力,N,21,每一槽面的正压力,F,21,每一槽面摩擦力,由 得 ,由 得 ,将 代入式,fv,（为当量摩擦系数）,楔形面移动副Q铅垂载荷 F水平驱动力,斜面,斜面,用总反力,R,21,来表示,N,21,及,F,21,摩擦力,F,21,对轴颈形成的摩擦力矩,由,由力平衡条件,径向轴颈转动副,摩擦圆：以,(=f,v,r),为半径所作的圆。,f,v,=1.57f,非跑合,f,v,=1.27f,跑合,用总反力R21来表示N21及F21摩擦力F21对轴颈形成的摩,ds=2,d,dF=fdN=f p ds,dN=pds,非跑合止推轴承摩擦：不经常旋转的轴端。如：圆盘摩擦离合器、螺母与被联接件端面之间的摩擦。,跑合止推轴承摩擦：经常有相对转动的轴端。如止推轴颈和轴承之间的摩擦属于此类。,止推轴颈转动副,ds=2ddF=fdN=f p dsdN=pd,2,）,跑合的止推轴承：轴端各处压强,p,不,相等，,p,r,=,常数,1,）,非跑合的止推轴承：轴端各处压强,p,相等,2）跑合的止推轴承：轴端各处压强 p不 相等，pr=常数,总结,移动副,当量摩擦角,不论相互接触的运动副两元素的几何形状如何，均按平面接触来计算摩擦力，只不过不同的几何形状要引入不同的当量摩擦系数。,匀速移动的总外力作用线与摩擦角重合。,转动副,当量摩擦园,匀速转动的总外力作用线与摩擦园相切。,例,9,1,例,9,2,例,9,3,总结移动副例91 例92 例93,例,9,1 p356,如图所示的摇臂钻床中，已知摇臂滑套的长度,l,和它与主轴之间的摩擦系数,f,。该摇臂在其本身重力,G,的作用下不应自动滑下，求质心,S,至立轴轴线的间距,h,。,例91 p356如图所示的摇臂钻床中，已知摇臂滑套的长度l,例,9,2 p360,如图所示的偏心夹具中，已知轴径,O,的半径,r0,、当量摩擦系数,fv,、偏心距,e,、偏心圆盘,1,的半径,r1,以及与工件,2,之间的摩擦系数,f,，求不加力,F,仍然能夹紧工件时的楔紧角,。,例92 p360如图所示的偏心夹具中，已知轴径O的半径r0,例,9,3 p360,如图所示的铰链四杆机构中，已知机构的位置、各构件的尺寸和驱动力,F,，各转动副的半径和当量摩擦系数均为,r,和,f,v,，若不计构件的重力、惯性力，求各转动副的反力的作用线和作用在从动件,3,上的阻力矩,M,3,的方向。,A,B,C,D,1,2,3,4,F,M,3,例93 p360如图所示的铰链四杆机构中，已知机构的位置、,画出各转动副的摩擦园,构件,2,分析,:,ABC,增大，判断,21,的转向,BCD,减少，判断,23,的转向,连杆,2,受压；二力杆。,R,21,-R,12,，,R,23,-R,32,A,B,C,D,2,3,4,1,F,R,21,R,23,M,3,2,B,C,R,12,R,32,21,23,画出各转动副的摩擦园ABCD2341FR21R23M32B,构件,3,分析：,ADC,增大，判断,34,的转向,连杆,3,受二个力和力矩,M3,的作用下平衡；,R,23,和,R,43,构成一个力偶；,与,M3,的方向相反。,A,B,C,D,2,3,4,1,F,R,21,R,23,M,3,R,43,R,23,34,R,43,C,D,M,3,3,构件3分析：ABCD2341FR21R23M3R43R23,构件,1,分析,:,R,21,、,R,41,和,F,构成三力交汇在一点；,A,B,C,D,2,3,4,1,F,R,21,R,23,M,3,R,43,R,41,1,14,12,R,21,R,41,F,构件1分析:ABCD2341FR21R23M3R43R41,一、动静法,达朗贝尔原理,构件惯性力,构件惯性力分析,质量代换,动静法应用,不考虑摩擦,时机构动静法分析,考虑摩擦,时机构动静法分析,一、动静法达朗贝尔原理,1,、达朗贝尔原理,如果在机构上除了作用有真实的主动力和约束反力外，再假想地加上惯性力，则这些力在形式上组成一平衡力系。,特点：用静力学的方法进行动力计算称为动静法。,1、达朗贝尔原理如果在机构上除了作用有真实的主动力和约束反力,2,、构件惯性力,作平面运动的构件惯性力：,2、构件惯性力作平面运动的构件惯性力：,2,、构件惯性力,作平面运动的构件惯性力讨论：,平面移动：,绕质心转动：,2、构件惯性力作平面运动的构件惯性力讨论：,3,、构件惯性力分析,例 在图所示的曲柄滑块机构中，已知各构件的尺寸及杆,2,的质心位置，曲柄每分钟的转数,n,1,转，活塞的质量,m,3,(kg),，连杆的质量,m,2,(kg),及其绕质心,S,2,的转动惯量,J,s2,，,试确定其连杆和活塞的惯性力。,A,B,C,4,1,2,3,S,2,3、构件惯性力分析例 在图所示的曲柄滑块机构中，已知各构件的,b,c,p,c”,b,c,1,l,AB,/AC,AB,CB,？,？,方向,大小,1.,速度分析,2.,加速度分析,/CD,BA,AB,CB,BC,2,1,l,AB,2,2,l,BC,？,？,0,方向,大小,3.,惯性力分析,A,B,C,4,1,2,3,S,2,s,2,bcpc”bc1lAB/ACABCB？方向大,4,、质量代换,将构件的质量用在若干选定点的假想质量来代换的原构件的质量。,该假想的质量称为,代换质量,；,选定点称为,代换点,。,质量代换原则：,代换前后构件的质量不变；,代换前后构件的质心位置不变；,代换前后对质心轴的转动惯量不变。,静代换,动代换,4、质量代换将构件的质量用在若干选定点的假想质量来代换的原构,静代换,两点静代换：,选定一点,B,，,再选定另一点为,K,S,S,B,B,b,K,K,k,可以任意选择两个代换点,静代换两点静代换：SSBBbKKk可以任意选择两个代换点,动代换,两质量点动代换：,选定一点,B,；,则另一点为,K,。,B,B,b,K,k,K,S,S,不能同时任意选择两个代换点,动代换两质量点动代换：BBbKkKSS不能同时任意选择两个代,b,c,p,c”,b,c,4.,动代换,假定连杆,2,的质量,m,2,分布在,B,点和,K,点,分析,A,B,C,4,1,2,3,S,2,s,2,K,k,b,k,K,点的加速度,bcpc”bc4.动代换假定连杆2的质量m2分布在B点,5,、动静法应用,求出各构件的惯性力，并把其视为外力加于产生该惯性力的构件上；,根据静定条件将机构分解为若干个杆组和平衡力作用的构件；,由离平衡力作用最远的杆组开始，对各杆组进行力分析；,对平衡力作用的构件作力分析。,不考虑摩擦,时机构动静法分析的,步骤,：,例,9,6,5、动静法应用求出各构件的惯性力，并把其视为外力加于产生该惯,例,9,6 p367,在如图所示的牛头刨床机构中,已知：各构件的位置和尺寸、曲柄以等角速度,w,1,顺时针转动、刨头的重力,G,5,、惯性力,F,i5,及切削阻力,(,即生产阻力,),F,r,。,试求：机构各运动副中的反力及需要施于曲柄,1,上的平衡力偶矩,(,其他构件的重力和惯性力等忽略不计,),。,分析杆组,4,、,5,；,分析杆组,2,、,3,；,分析杆,1,。,5,