第4讲 第4章 平面机构的力分析.pptx

第四讲 平面机构的力分析 机械原理 本章目录： §4-1 机构力分析的任务、目的与方法； §4-2 构件惯性力的确定； §4-3 运动副中摩擦力的确定； 重点与难点 1、运动副中摩擦力及总反力的确定； 2、斜面滑块的受力分析； §4-1 机构力分析的任务、目的与方法 作用在机械上的力是影响机械运动和动力性能 的主要因素； 是决定构件尺寸和结构形状的重要依据。 力分析的必要性： 1.作用在机械上的力 力的类型 原动力 生产阻力 重力 摩擦力 介质阻力 惯性力 运动副反力 §4-1 机构力分析的任务、目的与方法 按作用分为 阻抗力 驱动力 有效阻力 有害阻力 驱动力----驱使机械运动，其方向与力的作用点速 度之间的夹角为锐角，所作功为正功。 阻抗力----阻碍机械运动，其方向与力的作用点速 度之间的夹角为钝角，所作功为负功。 有效(工作)阻力----机械在生产过程中为了改变工作物的外形、位置或状态所受到的阻力，克服了阻力就完成了有效的工作。如车削阻力、起重力等。 有害(工作)阻力----机械运转过程受到的非生产阻力，克服了这类阻力所作的功纯粹是浪费能量。如摩擦力、介质阻力等。 §4-1 机构力分析的任务、目的与方法 ▲确定运动副中的反力----为进一步研究构件强度、运动副中的摩擦、磨损、机械效率、机械动力性能等作准备。 2.机械力分析的任务和目的 ▲确定机械平衡力（或力偶）---目的是已知生产负荷确定原动机的最小功率；或由原动机的功率来确定所能克服的最大生产阻力。 反力----运动副元素接触处的正压力与摩擦力的合力 平衡力----机械在已知外力作用下，为了使机械按给定的运动规律运动所必需添加的未知外力。 §4-1 机构力分析的任务、目的与方法 3.机械力分析的方法 机械力分析的理论依据 ： 静力分析----适用于低速机械，惯性力可忽略不计； 动态静力分析----适用于高速重型机械，惯性力往往比外力要大，不能忽略。 注：一般情况下，需要对机械做动态静力分析时，可忽略重力和摩擦力，通常可满足工程要求。 § 4-3 运动副中摩擦力的确定 1、移动副中的摩擦 （1）摩擦力的确定 低副 —— 滑动摩擦力 高副 —— 滑动兼滚动摩擦力 运动副中摩擦的类型： 移动副中滑块在力 F 的作用下右移时, 所受的摩擦力的大小为： Ff 21 = f FN21 式中： f 为摩擦系数 FN21 的大小与接触面的几何形状有关。 G FN21 F 1 2 Ff21 方向与滑块1相对于平台2的相对速度v12的方向相反 FN21 —— 法向反力 Ff21 —— 摩擦力 G —— 铅垂载荷 F —— 水平力 § 4-3 运动副中摩擦力的确定 （1）摩擦力的确定 1）平面接触 FN21 = G 2）槽面接触 FN21= G / sinθ Ff21 = f FN21 = f G Ff21 = f FN21 = f G /2sinθ § 4-3 运动副中摩擦力的确定 （1）摩擦力的确定 摩擦力计算的通式: Ff21 = f FN21 = fv G 其中, fv 称为当量摩擦系数, 其取值为: 平面接触： fv = f ； 槽面接触： fv = f / sin； 引入当量摩擦系数，无论相互接触的运动副两元素的几何形状如何，均可将其视为单一平面接触来计算摩擦力，只需引入不同的当量摩擦系数即可；因而是工程中简化处理问题的一种重要方法。 § 4-3 运动副中摩擦力的确定 （2）总反力方向的确定 总反力：运动副中的法向反力(正压力)和切向反力(摩擦力)的合力称为运动副中的总反力。 摩擦角：总反力与法向反力之间的夹角φ 称为摩擦角。即：φ ＝ arctan f 总反力方向的确定方法： 总反力与法向反力偏斜一角度φ (摩擦角)； 总反力FR21与法向反力偏斜的方向与构件1相对于构件2的相对速度v12的方向相反。 1、移动副中的摩擦 § 4-3 运动副中摩擦力的确定 （3）实例分析 1、移动副中的摩擦 考虑摩擦时斜面机构的力分析 正行程 (滑块沿斜面等速上升) 反行程 (滑块沿斜面等速下降) 若 φ， 若 φ， F 为驱动力， G为阻抗力 G为驱动力 § 4-3 运动副中摩擦力的确定 2、转动副中的摩擦 机器中所有的转动轴都要支承在轴承中。轴放在轴承中的部分称之为轴颈。 2.1 轴颈的摩擦 § 4-3 运动副中摩擦力的确定 2、转动副中的摩擦 2.1 轴颈的摩擦 Mf = Ff21r = fv G r 则：FR21 =－ G （ ρ =fv r ） = FR21  Ff21 = fv G