1、第四章 平面机构力分析 机构力分析的任务、目的和方法机构力分析的任务、目的和方法 4-1 构件惯性力的确定构件惯性力的确定 4-2 运动副中摩擦力的确定运动副中摩擦力的确定 4-3 不考虑摩擦力时机构力分析不考虑摩擦力时机构力分析 4-4 考虑摩擦力时机构力分析考虑摩擦力时机构力分析（简介）（简介）结束 一、作用在机械上的力一、作用在机械上的力 1）驱动力：F V 为锐角，作正功 原动力由原动机提供，它是驱动力，那么驱动力只来自原动力吗？原动力由原动机提供，它是驱动力，那么驱动力只来自原动力吗？2）阻抗力：F V 为钝角，作负功 生产阻力（有效阻力）由害阻力 常提到的力：常提到的力：原动力、摩
2、擦力、运动副反力、重力、惯性力 一提到摩擦力，多会认为是有害阻力。一提到摩擦力，多会认为是有害阻力。对搅拌机、带传动、自行车呢？对搅拌机、带传动、自行车呢？运动副反运动副反力（法向、切向）是内力还是外力？它作功吗？力（法向、切向）是内力还是外力？它作功吗？什么时候应考虑重什么时候应考虑重力？作功如何？力？作功如何？惯性力是一种什么性质的惯性力是一种什么性质的力，大小如何求？它作正功还是负吗？力，大小如何求？它作正功还是负吗？什么时候会用到它？可以忽略吗？什么时候会用到它？可以忽略吗？机构力分析的任务、目的和方法机构力分析的任务、目的和方法 结束 二、二、机构力分析的任务和目的机构力分析的任务和
3、目的 1）确定运动副中的反力 用于计算强度、机械效率、摩擦磨损、决定轴承结构等 2）确定机械上的平衡力（或平衡力偶）根据作用在机构上的已知外力（或力偶），确定要维持 给定运动规律时所需的未知外力（或力偶）三、三、机构力分析的方法 1）静力学方法 不考虑惯性力因素（低速机械）2）动态静力学方法 将惯性力视为外力，加于相应构件上，按静力方法分析 图解法、解析法图解法、解析法 结束 4-1 构件惯性力的确定构件惯性力的确定 确定惯性力：确定惯性力：设已知构件的质量、转动惯量及运动学参数。设已知构件的质量、转动惯量及运动学参数。实际上：实际上：在设计新机械时，力分析还未进行时，根本不能作强度计在设计新
4、机械时，力分析还未进行时，根本不能作强度计 算，构件的质量、转动惯量是未知的。算，构件的质量、转动惯量是未知的。常用方法：常用方法：类比和经验公式，或按纯静力学方法对机构在某一特定类比和经验公式，或按纯静力学方法对机构在某一特定 位置时大体估算出构件的尺寸、材料。粗略地得到质量、转位置时大体估算出构件的尺寸、材料。粗略地得到质量、转 动惯量，将它作为初值代入进行力分析。待第一次力分析完动惯量，将它作为初值代入进行力分析。待第一次力分析完 成后，作强度计算，对其进行修正。这个过程反复循环进行。成后，作强度计算，对其进行修正。这个过程反复循环进行。直至满足要求为止。直至满足要求为止。结束 S as
5、 FI MI FI lh 一、一般力学方法一、一般力学方法 1 1）作平面复合运动的构件）作平面复合运动的构件 惯性力 F I=-m as 惯性力矩 M I=-Js 把 FI 按图示平移 lh，将两者合二为一。IIhFMl 2 2）作平面移动的构件）作平面移动的构件 3 3）绕定轴转动的构件）绕定轴转动的构件 惯性力 F I=-m as 惯性力矩 M I=-Js 绕质心轴转动 绕非质心轴转动 惯性力 F I=-m as 惯性力矩 M I=-Js 结束 二、质量代换法二、质量代换法 确定惯性力和惯性力矩 a、复杂 将构件的质量等效简化成几个集中质量只有惯性力方便 质量代换法质量代换法 代换条件
6、代换前后的总质量保持不变 代换前后的总质心位置保持不变 代换前后的总转动惯量保持不变 S B C mB mC mk mB m c b k 1 1、动代换问题、动代换问题 SKBKBKBJkmbmkmbmmmm22三个方程，四个未知量（b、k、mB、mK），如确定b kbbmmkbkmmmbJkKBS结束 二、质量代换法二、质量代换法 确定惯性力和惯性力矩 a、复杂 将构件的质量等效简化成几个集中质量只有惯性力方便 质量代换法质量代换法 代换条件 代换前后的总质量保持不变 代换前后的总质心位置保持不变 代换前后的总转动惯量保持不变 S B C mB mC mk mB m c b k 2 2、静代
7、换问题、静代换问题（两点代换）同时选定b、c，只满足条件1、2 kmbmmmmKBKBcbbmmcbcmmKB结束 二、质量代换法二、质量代换法 确定惯性力和惯性力矩 a、复杂 将构件的质量等效简化成几个集中质量只有惯性力方便 质量代换法质量代换法 代换条件 代换前后的总质量保持不变 代换前后的总质心位置保持不变 代换前后的总转动惯量保持不变 S B C mB mC mk mB m c b k 2 2、静代换问题、静代换问题（两点代换）同时选定b、c，只满足条件1、2 kmbmmmmKBKBcbbmmcbcmmKB结论：结论：1）两代换点连线必然通过质心。2）静代换简单方便，代换点 B、C 可
8、随意选定。对于一般要求机构，采 用静代换较多。3）动代换满足了质量代换的全部条件。其代换点只能随意选定一点，而 另外一个代换点则由代换条件确定。4）使用静代换，其惯性力偶矩将产生误差 )(22sCBIJcMbmM结束 4-2 运动副中摩擦力的确定运动副中摩擦力的确定 一、移动副中摩擦力的确定一、移动副中摩擦力的确定 摩擦力F21：Ff21 =f FN21 在外载荷一定时，法向反力FN21的其大小 与运动副表面的几何形状有关。G 1 2 v12 FN21 Ff21 FR21 F 1）平面：FN21=G Ff21 =f G 2）槽面：FN21=G/sin Ff21 =f FN21=f G/sin
9、令当量摩擦系数：fv=f/sin Ff21 =f vG G FN21 2 FN21 2 2 1 2 结束 一、移动副中摩擦力的确定一、移动副中摩擦力的确定 摩擦力F21：Ff21 =f FN21 在外载荷一定时，法向反力FN21的其大小 与运动副表面的几何形状有关。G 1 2 v12 FN21 Ff21 FR21 F 3）半圆柱面 FN21=k G Ff21 =f FN21=f k G 若圆柱面为点、线接触：k 1 若为均匀圆柱面接触：k=/2 其余则介于两者之间。G v21 2 1 令当量摩擦系数：fv=f k Ff21 =f vG 结束 二、移动副中总反力的确定二、移动副中总反力的确定 G
10、 1 2 v12 FN21 Ff21 FR21 F 1、平面移动 FR21 =FN21+Ff 21 Ff21 =FN21tan 摩擦角摩擦角 =arctan f 总反力方向的确定：总反力方向的确定：（1 1）与法向反力偏斜一摩擦角）与法向反力偏斜一摩擦角 （2 2）偏斜方向与相对速度方向相反）偏斜方向与相对速度方向相反 结束 2、斜面移动 G F FN F FR21 v F G FR21 +F G F R21 -(1)滑块沿斜面上升 力平衡条件：F+G+FR21=0 由力多边形得：F=G tan(+)（2）滑块沿斜面下降（驱动力为 G）同理：F +G+F R21=0 F=G tan(-)注意：
