機(jī)械原理NO17第四章平面機(jī)構(gòu)的力分析課件

1、 第4章 平面機(jī)構(gòu)的力分析 Chapter 4 Force Analysis of Planar Mechanism主要內(nèi)容：4-1 機(jī)構(gòu)力分析的任務(wù)、目的和方法4-2 構(gòu)件慣性力的確定（自學(xué)）4-3 運(yùn)動副中摩擦力的確定4-4不考慮摩擦?xí)r機(jī)構(gòu)的力分析（自學(xué)）4-5考慮摩擦?xí)r機(jī)構(gòu)的受力分析機(jī)械原理第4章 平面機(jī)構(gòu)的力分析4-1 機(jī)構(gòu)力分析的任務(wù)、目的和方法1。作用在機(jī)械上的力（1）驅(qū)動力(driving force)：驅(qū)動機(jī)械運(yùn)動的力，其變化規(guī)律取決于原動機(jī)的機(jī)械特性。驅(qū)動功（輸入功 input work）：作用在機(jī)械上驅(qū)動力所做的功。Wd（2）阻抗力（resistance）阻礙機(jī)械運(yùn)動的力。

2、1）有效阻抗力（effective resistance，工作阻力，生產(chǎn)阻 力）：機(jī)械工作時需要克服的工作負(fù)荷，它是由機(jī)械的工藝特點(diǎn)決定的。有效功（輸出功 output work)：機(jī)械克服生產(chǎn)阻力所做的功。Wr2）有害阻力（detrimental resistance ）：機(jī)械在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中所受到的非生產(chǎn)阻力損耗功（loss work)：機(jī)械克服有害阻力所做的功。Wf功：Wd=Wr+Wf 功率：Pd=Pr+Pf機(jī)械原理第4章 平面機(jī)構(gòu)的力分析2。機(jī)構(gòu)力分析的任務(wù)、目的（1）確定運(yùn)動副中的反力（reaction of kinematic pair）（2）確定機(jī)械上的平衡力(equilibrant

3、 force)或平衡力偶(equilibrant moment)3。機(jī)構(gòu)力分析的方法（1）力多邊形圖解法；（幾何法、圖解法）（2）力多邊形解析法；（幾何法）（3）解析法4-2 構(gòu)件慣性力的確定（自學(xué)）機(jī)械原理第4章 平面機(jī)構(gòu)的力分析4-3 運(yùn)動副中摩擦力的確定1。移動副中的摩擦 Friction in the sliding pair （1）移動副中摩擦力的確定 1) 平面接觸的移動副2) 槽面接觸的移動副機(jī)械原理第4章 平面機(jī)構(gòu)的力分析3)半圓柱面接觸的移動副 平面接觸 fv = f 槽面接觸 fv= f/sin f 半圓柱面接觸 fv = k f( k=11.57 )移動副中的摩擦力(Fr

4、iction force) ：fv為當(dāng)量摩擦系數(shù): (equivalent coefficient of friction)機(jī)械原理第4章 平面機(jī)構(gòu)的力分析(2)移動副中總反力(resultant force)的確定 構(gòu)件1 、2組成移動副，受外力F、G，F(xiàn)N21是構(gòu)件2給構(gòu)件1的法向反力，F(xiàn)f21是構(gòu)件2給構(gòu)件1的摩擦反力.總反力的大小根據(jù)力的平衡條件來確定。移動副總反力的方向確定：1）F R21與移動副兩元素接觸面的 公法線偏斜一當(dāng)量摩擦角；2）F R21與公法線的偏斜方向和 V12相反 （即FR21與V12的夾角為90+ ）。 F N21 、 Ff21 的合力 FR21叫構(gòu)件2給構(gòu)件1的

5、總反力，它與法線方向成角， 叫當(dāng)量摩擦角 (equivalent friction angle) 。機(jī)械原理第4章 平面機(jī)構(gòu)的力分析斜面移動副的受力分析： 設(shè)滑塊1放置于升角為 的斜面2上，滑塊1受鉛垂載荷G，若滑塊1沿斜面等速上升時所需水平驅(qū)動力為F取滑塊1為受力分離體分析受力如圖：當(dāng)滑快1等速下滑，F(xiàn)為阻抗力，G為驅(qū)動力，F(xiàn)R21方向如圖，分析方法同上，得 F=Gtg(-)，此為反行程。滑塊1在F、G、FR21作用下平衡F+G+FR21=0作力多邊形，得 F=G tg ( + )此為正行程。機(jī)械原理第4章 平面機(jī)構(gòu)的力分析2。螺旋副中的摩擦Friction in the helical p

6、air螺紋(thread)的形成： 將一傾角為的直線繞在圓柱體上便形成一條螺旋線(helix)。 取一平面圖形，使它沿著螺旋線運(yùn)動，運(yùn)動時保持此圖形通過圓柱體的軸線，就形成螺紋。（1）矩形螺紋(rectangular thread)螺旋副中的摩擦 擰緊螺母時:放松螺母時:機(jī)械原理第4章 平面機(jī)構(gòu)的力分析（2）三角形螺旋副中的摩擦 設(shè)三角形螺紋(triangular thread)的工作面的牙形斜角為，則槽形表面的槽形角為q=90- ，當(dāng)量摩擦系數(shù)、當(dāng)量摩擦角分別為：擰緊螺母時所需力矩：放松螺母時所需力矩：機(jī)械原理第4章 平面機(jī)構(gòu)的力分析3。轉(zhuǎn)動副中的摩擦(Friction in the rev

7、olute pair)（1）軸頸摩擦(friction in the journal):軸頸(journal) 1置于軸承(bearing)2中，軸頸受徑向載荷G（包括自重），軸頸在驅(qū)動力矩Md作用下等速回轉(zhuǎn)，軸承2給軸頸1的摩擦力：Ff21 = fv G fv = kf k=11.57此摩擦力對軸頸形成摩擦力矩：Mf = Ff21 r = fv G r取軸頸1作為受力分離體：將軸頸所受的法向反力FN21與摩擦力Ff21合成總反力FR21，則：FR21 = - GMd = - FR21 =- Mf = - fv G r = fv r 摩擦圓半徑 (radius of friction circ

8、le)總反力FR21總是切于摩擦圓。 機(jī)械原理第4章 平面機(jī)構(gòu)的力分析1）在不考慮摩擦的情況下，根據(jù)力的平衡條件，初步定出總反力的方向；2）總反力FR21必切于摩擦圓；3）總反力FR21對軸心之矩與12方向相反。轉(zhuǎn)動副中總反力方位的確定：機(jī)械原理第4章 平面機(jī)構(gòu)的力分析（2）軸端摩擦(friction in the shaft end) 止推軸承承受軸向載荷G，軸承2給軸端1的摩擦力對軸心的力矩Mf的確定： 取軸端一微環(huán)面積 ds=2 d ，其上壓強(qiáng) p 為常數(shù)， 微環(huán)上的正壓力： dFN= pds 微環(huán)上的摩擦力： dFf=f dFN= f pds 微環(huán)上的摩擦力矩： dMf= dFf= f

9、 pds 軸端總的摩擦力矩： 1)新軸端(new shaft end)： p處處相等 2）跑和軸端： p =常數(shù) ： (running-in shaft end)機(jī)械原理第4章 平面機(jī)構(gòu)的力分析4。平面高副中的摩擦 平面高副兩運(yùn)動元素之間的相對運(yùn)動通常是滾動兼滑動，由于滾動摩擦較小，故一般將其忽略，只考慮滑動摩擦，摩擦力與平面低副的滑動摩擦力類似。機(jī)械原理第4章 平面機(jī)構(gòu)的力分析 4-4不考慮摩擦?xí)r機(jī)構(gòu)的受力分析（自學(xué)） 4-5考慮摩擦?xí)r機(jī)構(gòu)的受力分析 考慮摩擦?xí)r機(jī)構(gòu)的受力分析，是應(yīng)用理論力學(xué)中的靜力學(xué)中的平面匯交力系的解題方法對機(jī)構(gòu)進(jìn)行受力分析，從已知力求得未知力。解題時一般不計構(gòu)件的重力和

10、慣性力。其解題方法有三類： （1）力多邊形圖解法；（幾何法） （2）力多邊形解析法；（幾何法） （3）解析法機(jī)械原理第4章 平面機(jī)構(gòu)的力分析一、力多邊形圖解法例1如圖已知各構(gòu)件尺寸、各轉(zhuǎn)動副的摩擦圓、各移動副的摩擦角，水平阻力Q，忽略各構(gòu)件的重力和慣性力，求平衡力Fb解：（1）按比例畫出機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖；（2）分析各個構(gòu)件受力（外力、運(yùn)動副的總反力）（一般先從二力構(gòu)件開始）；（3）列出構(gòu)件力平衡方程式，選定力比例尺，畫出各構(gòu)件力多邊形，用圖解法直接求出未知力。機(jī)械原理第4章 平面機(jī)構(gòu)的力分析力多邊形圖解法的特點(diǎn)： 簡單明快，除了折算力比例尺外，不需進(jìn)行計算，但解題精度不高，不能建立驅(qū)動力與工作阻力

11、之間的解析關(guān)系式，故不能用來判定自鎖條件和計算機(jī)構(gòu)效率。機(jī)械原理第4章 平面機(jī)構(gòu)的力分析二、力多邊形解析法 例2 夾緊機(jī)構(gòu)，F(xiàn)為水平推力，G為工作阻力， 為摩擦角， 為傾角，設(shè)G、 、 為已知，求F解：（1）畫出機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖 （2）畫出各構(gòu)件所受外力、運(yùn)動副總反力（ 3）畫出各構(gòu)件的力多邊形（不一定按比例），準(zhǔn)確確定各力之間的夾角，利用平面三角公式，列出主動力與工作阻力之間的關(guān)系式，代入已知力求解未知力。機(jī)械原理第4章 平面機(jī)構(gòu)的力分析力多邊形解析法的特點(diǎn)： 可得出足夠精確的結(jié)果，可用來判定自鎖條件和計算機(jī)構(gòu)效率，但求各力之間的夾角時可能會遇到一些困難且容易出錯（應(yīng)反復(fù)校核）。機(jī)械原理第4章 平面機(jī)構(gòu)的力分析三、解析法步驟：（1）畫出機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖