1机械原理课件_东南大学_郑文纬_第七版第09章_平面机构的力分析1

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)

§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

§9-2 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

§9-3 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)

结束

引言

机构分析 组成原理 运动学分析 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。

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臵)。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。

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。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。

确定为维持机构作给定运动而需加的平衡力(力 矩)。

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

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

离合器和制动器等。

平面移动副N VABΦ

RBA

F(合外力) Φ 摩擦角

Fx/Fy=tgβ Ff/N=tgΦ =f 摩擦锥

A Fxβ

Ff B

讨论：N=Fy,Ff=Fx tgΦ/ tgβ 当β<Φ ,Ff>Fx,减速或自锁 当β =Φ ,Ff=Fx,保持原 运动状态或自锁临界 当β >Φ ,Ff<Fx,加速

F

Fy

楔形面移动副yθ θ x θ

θ

θ

ψ

Δ

Q~铅垂载荷 F~水平驱动力 N21~每一槽面的正压力 F21~每一槽面摩擦力 Q N 21 Fy 0 2 N 21 sin Q 0 由 得 2 sin 由 FZ 0 F 2F21 0 得 F 2 F21F21 fN 21

将⑴ ⑶代入⑵式 fv(为当量摩擦系数)

F 2 F21 2 fN 21 2 f

Q f Q Qf v 2 sin sin

⑴ ⑵ ⑶

斜面