第1页：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
第2页：§9-1 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为本节标题页，本节依次讲解作用于机构中力的分类、研究机构力分析的目的、研究机构力分析的方法等内容。
第3页：作用于机构中力的分类
作用于机构中力的分类
- 驱动力
- 驱使机构产生运动的力
- 作正功
- 例如
- 推动内燃机活塞的燃气压力
- 加在各种工作机主轴上的原动机提供的外力矩
第4页：作用于机构中力的分类
作用于机构中力的分类
- 阻力
- 阻止机构运动的力
- 作负功
- 可分为有效阻力和有害阻力。
- 有效阻力又称工作阻力
- 例如
- 机床的切削阻力
- 起重机的荷重
- 有害阻力是阻力中除有效阻力外的无效部分
- 例如
- 齿轮机构中的摩擦力
第5页：作用于机构中力的分类
作用于机构中力的分类
- 运动副反力
- 当机构运转时，在运动副中产生的反作用力。
- 可分解为沿运动副两元素接触处的法向和切向两个分力。
- 法向反力称正压力
- 不作功
- 切向反力即运动副中的摩擦力
第6页：作用于机构中力的分类
作用于机构中力的分类
- 重力
- 作用在构件质心上
- 因地球吸引产生
- 在一个运动循环中重力所作的功的和为零
- 重力在很多情况下(尤其在高速机械的计算中)可以忽略不计
第7页：作用于机构中力的分类
作用于机构中力的分类
- 惯性力
- 虚拟力
- Fi=-mas
- 在一个运动循环中所作功的和为零
第8页：作用于机构中力的分类
作用于机构中力的分类
- 内力与外力
- 对整个机构而言运动副反力是内力
- 对于一个构件而言运动副反力是外力
- 其余各力均是外力
- 待定未知外力称为平衡力或平衡力矩
第9页：研究机构力分析的目的
研究机构力分析的目的
- 确定机构运动副反力
- 可用于
- 零件设计和强度校核
- 测算机构中的摩擦力和机械效率等
- 确定机构需加的平衡力或平衡力矩
- 可用于
- 确定机器工作时所需的驱动功率
- 确定能承受的最大负荷等
第10页：研究机构力分析的方法
研究机构力分析的方法
- 静力计算
- 不计动载荷而仅考虑静载荷的计算
- 低速机械
- 动力计算
- 同时计及静载荷和动载荷的计算
- 高速机械
- 使用动态静力法
第11页：研究机构力分析的方法
研究机构力分析的方法
- 动态静力法
- 根据达朗贝尔原理，假想地将惯性力加在产生该力的构件上，则在惯性力和所有的其他外力作用下，该机构或其中构件都可以认为是处于平衡状态，因此可以用静力学的方法进行计算。
- 虚拟加惯性力→类似静力平衡状态→使用静力学的方法
第12页：研究机构力分析的方法
研究机构力分析的方法
第13页：研究机构力分析的方法
研究机构力分析的方法
第14页：§9-2 构件惯性力的确定
§9-2 构件惯性力的确定为本节标题页，本节依次讲解构件惯性力的计算作平面复杂运动的构件FiMi平面移动-mas0平面一般运动-mas-Jsα轴线通过质心匀速00变速0-Jsα轴线不通过质心匀速-mas0变速-mas-Jsα、构件惯性力的计算、质量代换法等内容。
第15页：构件惯性力的计算作平面复杂运动的构件Fi
构件惯性力的计算作平面复杂运动的构件FiMi平面移动-mas0平面一般运动-mas-Jsα轴线通过质心匀速00变速0-Jsα轴线不通过质心匀速-mas0变速-mas-Jsα
构件惯性力的计算作平面复杂运动的构件FiMi平面移动-mas0平面一般运动-mas-Jsα轴线通过质心匀速00变速0-Jsα轴线不通过质心匀速-mas0变速-mas-Jsα
第16页：构件惯性力的计算
构件惯性力的计算
- 总惯性力
- 将构件同时具有的惯性力Fi和惯性力偶矩Mi合成总惯性力Fi’
第17页：质量代换法
质量代换法
- 按一定条件将构件的分布质量用集中在若干选定点的假想质量来代换的方法称为质量代换法。
- 该假想的集中质量称为代换质量
- 代换质量所集中的点称为代换点。
第18页：质量代换法
质量代换法
- 代换条件1)集中在各代换点的质量总和应等于原构件的质量，即代换前后构件的质量不变；2)集中在各代换点的质量的总质心应与原构件的质心相重合，即代换前后构件的质心位置不变；3)集中在各代换点的质量对质心轴的转动惯量总和应等于原构件对该轴的转动惯量，即代换前后对质心轴的转动惯量不变。
第19页：质量代换法
质量代换法
- 静代换
- 凡满足前两个代换条件的代换，其惯性力不变，这种代换的原构件和代换系统的静力效应完全相同
- 动代换
- 凡满足上述所有三个代换条件的代换，其惯性力和惯性力偶矩都不变，这种代换的原构件和代换系统的动力效应完全相同
第20页：质量代换法
质量代换法
质量代换法
第21页：质量代换法
质量代换法
第22页：质量代换法
质量代换法
第23页：§9-3 运动副中摩擦力的确定
§9-3 运动副中摩擦力的确定为本节标题页，本节依次讲解移动副中的反力、确定RBA（力的三要素：点、方向、大小）①方向：RBA与VAB成90+ψ②大小（1）A加速运动（2）A减速直至静止，若A原来不动，自锁（3）A匀速或静止、F作用线作用在接触面之外等内容。
第24页：移动副中的反力
移动副中的反力
- 1、平面移动副反力根据滑块A的平衡，Ff与VAB相反，大小根据滑动摩擦定律ψ——摩擦角f——摩擦系数（材料、光滑度、润滑）
第25页：确定RBA（力的三要素
确定RBA（力的三要素：点、方向、大小）①方向：RBA与VAB成90+ψ②大小（1）A加速运动（2）A减速直至静止，若A原来不动，自锁（3）A匀速或静止
确定RBA（力的三要素：点、方向、大小）①方向：RBA与VAB成90+ψ②大小（1）A加速运动（2）A减速直至静止，若A原来不动，自锁（3）A匀速或静止
第26页：F作用线作用在接触面之外
F作用线作用在接触面之外
- 确定RBA如果材料很硬，可近似认为两反力集中在b、c两点
第27页：楔形面移动副反力xoy面yoz面fΔ——
楔形面移动副反力xoy面yoz面fΔ——当量摩擦系数ψΔ——当量摩擦角
2、楔形面移动副反力xoy面yoz面fΔ——当量摩擦系数ψΔ——当量摩擦角
第28页：与平滑块相同
与平滑块相同
- 楔形滑块所受的运动副总反力RBA与VAB成90+ψΔ角RBA：大小由平衡方程求得。
第29页：转动副中的运动副反力1、径向轴颈，止推轴
转动副中的运动副反力1、径向轴颈，止推轴颈2、径向轴颈的反力由实验测量得：f
- ——径向轴颈的当量摩擦系数（与材料、粗糙度、润滑条件有关）确定RBA：RBA与y方向成α角
第30页：其中：（f为滑动摩擦系数）（该式当A、B
其中：（f为滑动摩擦系数）（该式当A、B间存在间隙时成立）若A、B间没有间隙：对于A、B间没有摩损或磨损极少的非跑合者，f
- =1.57f对于接触面经过一段时间的运转，其表面被磨成平滑，接触更加完善的跑合者，f
- =1.27f
第31页：由式知：ρ只与f0
由式知：ρ只与f0
- r有关，P变向时，RBA变向，但相对轴心O始终偏移一个距离ρ，即RAB与以O为圆心，以为半径的圆相切，与摩擦角作用相同，此圆决定了总反力作用线的位置，称摩擦圆由于摩擦力矩阻止相对运动，∴RBA相对轴心O的力矩为ωAB相反。RBA：大小RBA=Q方向与Q相反作用线与摩擦圆相切，对O的矩与ωAB相反
第32页：根据力偶等效定律
根据力偶等效定律
- M和Q合并成——合力Q’（1）A作减速至静止，原来静止，自锁（2）（3）A匀速转动，或保持静止A加速运动
第33页：止推轴颈的摩擦力r’——当量摩擦半径非跑
止推轴颈的摩擦力r’——当量摩擦半径非跑合：跑合
3、止推轴颈的摩擦力r’——当量摩擦半径非跑合：跑合：
第34页：例：已知各转动副半径r
例：已知各转动副半径r
- fo，F 求，R41，R21，R23，R45，M3的方向，R14，R12，R32，R34（不计各构件的重力和惯性力）
第35页：§9-4 不考虑摩擦力的机构力分析
§9-4 不考虑摩擦力的机构力分析为本节标题页，本节依次讲解运动线图主要表示形式等内容。
第36页：运动量用线图表示，能迅速了解其时间上或局
- 运动量用线图表示，能迅速了解其时间上或局部的变化概貌。
第37页：运动线图主要表示形式
运动线图主要表示形式
- 位移-时间线图（s-t线图）
- 速度-时间线图（v-t线图）
- 加速度-时间线图（a-t线图）
- 速度-位移线图（v-s线图）
第38页：§9-5 速度多边形杠杆法
§9-5 速度多边形杠杆法为本节标题页，本节依次讲解运动线图主要表示形式等内容。
第39页：运动量用线图表示，能迅速了解其时间上或局
- 运动量用线图表示，能迅速了解其时间上或局部的变化概貌。
第40页：运动线图主要表示形式
运动线图主要表示形式
- 位移-时间线图（s-t线图）
- 速度-时间线图（v-t线图）
- 加速度-时间线图（a-t线图）
- 速度-位移线图（v-s线图）
