第4章 力分析.ppt

* 第四章 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 运动副中摩擦力的确定 §4-4 不考虑摩擦时机构的力分析 §4-5 考虑摩擦时机构的力分析 返回 力与其作用点的速度方向相同或者成锐角； §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 （2）阻抗力 驱动机械运动的力。 其特征： 其功为正功， 阻止机械运动的力。 其特征： 力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 2）有害阻力 其功称为有效功或输出功； 称为驱动功 或输入功。 （工作阻力） （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:计算强度,摩擦,磨损,效率等必需的资料 确定平衡力及平衡力矩:确定为了使机构原动件按给定规律运动时需加于机械上的平衡力(与已知外力相平衡的未知外力)。 （2）方法 静力分析:对于低速度机械 动态静力分析:对于高速及重型机械 图解法和解析法 机构力分析的任务、目的和方法(2/2) §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 （1）作平面复合运动的构件（如连杆2） FI2＝－m2aS2 MI2＝－JS2α2 可简化为总惯性力FI2 ′ lh2＝MI2/FI2 MS2(FI2)与α2方向相反。 ′ A B C 1 2 3 4 A B 1 S1 m1 JS1 B C 2 S2 m2 JS2 C 3 S3 m3 FI2 MI2 lh2 aS2 α2 FI2 ′ （2）作平面移动的构件（如滑块3） 作变速移动时，则 FI3 ＝－m3aS3 （3）绕定轴转动的构件（如曲柄1） 若曲柄轴线不通过质心，则 FI1＝－m1aS1 MI1＝－JS1α1 若其轴线通过质心，则 MI1＝－JS1α1 FI3 aS3 C 3 A B 1 aS1 S1 α1 FI1 MI1 构件惯性力的确定(2/5) 可简化为总惯性力FI1 ′ lh1＝MI1/FI1 是指设想把构件的质量按一定条件集中于构件上 某几个选定点上的假象集中质量来代替的方法。 2．质量代换法 质量代换法 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。 这样便只需求各 集中质量的惯性力，而无需求惯性力偶矩， 从而使构件惯性力的 确定简化。 （2）质量动代换 即同时满足上述三个条件的质量代换称为动代换。 构件惯性力的确定(3/5) 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＝ m2 mB b＝ mK k mB b2＋mK k2＝JS 2 在工程中，一般选定 代换点B的位置，则 k＝ JS 2 /(m2b) mB＝ m2k/(b+k) A B C 1 2 3 S1 S2 S3 m2 K b c k mk mB mK＝ m2b/(b+k) 代换后构件惯性力及惯性力偶矩不改变。 代换点及位置不能随意选择，给工程计算带来不便。 动代换： 优点： 缺点： 构件惯性力的确定(4/5) B C S2 m2 构件的惯性力偶会产生一定的误差，但一般工程是可接受的。 （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) 静代换： 优缺点： A B C 1 2 3 S1 S2 S3 m2 B C S2 m2 mB mC 构件惯性力的确定(5/5) （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 = f FN21 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 = G， 2）槽面接触: FN21= G / sinθ §4-3 运动副中摩擦力的确定 1．移动副中摩擦力的确定 θ θ G FN21 2 FN21 2 G FN21 1 2 G FN21 F v12 Ff21 = f G Ff21 = f G/ sinθ = f vG f v= f / sinθ 3）半圆柱面接触: FN21= k G，（k =