機(jī)械原理第八 第四章 平面機(jī)構(gòu)的力

第四章平面機(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§4-2

構(gòu)件慣性力的確定§4-3

運(yùn)動(dòng)副中摩擦力的確定§4-4

不考慮摩擦?xí)r機(jī)構(gòu)的力分析返回長(zhǎng)江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院機(jī)械系平面機(jī)構(gòu)的力分析與其作用點(diǎn)的速度方向相同或者成銳角；§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(dòng)力（2）阻抗力驅(qū)動(dòng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的力。其特征：其功為正功，阻止機(jī)械運(yùn)動(dòng)的力。其特征：與其作用點(diǎn)的速度方向相反或成鈍角；其功為負(fù)功，稱(chēng)為阻抗功。1）有效阻力2）有害阻力其功稱(chēng)為有效功或輸出功；稱(chēng)為驅(qū)動(dòng)功或輸入功。（工作阻力）（非生產(chǎn)阻力）其功稱(chēng)為損失功。機(jī)構(gòu)力分析的任務(wù)、目的和方法2．機(jī)構(gòu)力分析的任務(wù)、目的及方法（1）任務(wù)確定運(yùn)動(dòng)副中的反力確定平衡力及平衡力矩（2）方法靜力分析動(dòng)態(tài)靜力分析圖解法和解析法機(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1．一般力學(xué)方法以曲柄滑塊機(jī)構(gòu)為例（1）作平面復(fù)合運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件（如連桿2）FI2＝－m2aS2MI2＝－JS2α2可簡(jiǎn)化為總慣性力FI2′lh2＝MI2/FI2MS2(FI2)與α2方向相反?！銩BC1234AB1S1m1JS1BC2S2m2JS2C3S3m3FI2MI2lh2aS2α2FI2′機(jī)構(gòu)慣性力的確定（2）作平面移動(dòng)的構(gòu)件（如滑塊3）作變速移動(dòng)時(shí)，則FI3

＝－m3aS3（3）繞定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的構(gòu)件（如曲柄1）若曲柄軸線(xiàn)不通過(guò)質(zhì)心，則FI1＝－m1aS1MI1＝－JS1α1若其軸線(xiàn)通過(guò)質(zhì)心，則MI1＝－JS1α1FI3

aS3C3AB1aS1S1α1FI1MI1構(gòu)件慣性力的確定

是指設(shè)想把構(gòu)件的質(zhì)量按一定條件集中于構(gòu)件上某幾個(gè)選定點(diǎn)上的假象集中質(zhì)量來(lái)代替的方法。2．質(zhì)量代換法(不講)質(zhì)量代換法假想的集中質(zhì)量稱(chēng)為代換質(zhì)量；代換質(zhì)量所在的位置稱(chēng)為代換點(diǎn)。（1）質(zhì)量代換的參數(shù)條件

代換前后構(gòu)件的質(zhì)量不變；

代換前后構(gòu)件的質(zhì)心位置不變；

代換前后構(gòu)件對(duì)質(zhì)心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不變。

這樣便只需求各集中質(zhì)量的慣性力，而無(wú)需求慣性力偶矩，從而使構(gòu)件慣性力的確定簡(jiǎn)化。（2）質(zhì)量動(dòng)代換即同時(shí)滿(mǎn)足上述三個(gè)條件的質(zhì)量代換稱(chēng)為動(dòng)代換。構(gòu)件慣性力的確定

如連桿BC的分布質(zhì)量可用集中在B、K兩點(diǎn)的集中質(zhì)量mB、mK來(lái)代換。mB+mK＝m2mBb＝mKkmBb2＋mKk2＝JS2

在工程中，一般選定代換點(diǎn)B的位置，則k＝JS2/(m2b)mB＝m2k/(b+k)ABC123S1S2S3m2KbckmkmBmK＝m2b/(b+k)代換后構(gòu)件慣性力及慣性力偶矩不改變。代換點(diǎn)及位置不能隨意選擇，給工程計(jì)算帶來(lái)不便。動(dòng)代換：優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：構(gòu)件慣性力的確定BCS2m2

構(gòu)件的慣性力偶會(huì)產(chǎn)生一定的誤差，但一般工程是可接受的。（3）質(zhì)量靜代換只滿(mǎn)足前兩個(gè)條件的質(zhì)量代換稱(chēng)為靜代換。如連桿BC的分布質(zhì)量可用B、C兩點(diǎn)集中質(zhì)量mB、mC代換，則mB＝m2c/(b+c)mC＝m2b/(b+c)靜代換：優(yōu)缺點(diǎn)：ABC123S1S2S3m2BCS2m2mBmC構(gòu)件慣性力的確定（1）摩擦力的確定

移動(dòng)副中滑塊在力F

的作用下右移時(shí),所受的摩擦力為Ff21

=fFN21式中f為

摩擦系數(shù)。FN21

的大小與摩擦面的幾何形狀有關(guān)：1）平面接觸:FN21

=G，2）槽面接觸:FN21=G/sinθ§4-3運(yùn)動(dòng)副中摩擦力的確定

1．移動(dòng)副中摩擦力的確定θθGFN212FN212GFN2112GFN21Fv12構(gòu)件運(yùn)動(dòng)副中摩擦力的確定3）半圓軌柱面怖接觸:FN2逐1=版k欠G，（k教=1~π/2）摩擦返力計(jì)絕算的題通式:FN2石1=勁f索FN2拘1=fvG其中,fv稱(chēng)為當(dāng)量酷摩擦鑄系數(shù),其取沾值為:平面尿接觸:fv=尋f；槽面鳳接觸:fv=縱f歉/si炎nθ；半圓脈柱面浙接觸:fv=反k痰f，（k漁=1~π/2）。說(shuō)明引入嗚當(dāng)量險(xiǎn)摩擦請(qǐng)系數(shù)乎之后,使不授同接芒觸形股狀的能移動(dòng)萬(wàn)副中的摩宴擦力序計(jì)算柄和大萌小比句較大照為簡(jiǎn)熟化。因而巴這也押是工師程中納簡(jiǎn)化州處理問(wèn)冰題的稱(chēng)一種絨重要游方法叢。運(yùn)動(dòng)藏副中撫摩擦皺力的兄確定G稱(chēng)為摩擦劇角，（2）總反同力方批向的故確定運(yùn)動(dòng)偶副中改的法艘向反四力與郊摩擦字力的合杏力FR2喘1稱(chēng)為魂運(yùn)動(dòng)坦副中施的總反嶺力，總反忘力與扛法向儲(chǔ)力之來(lái)間的言?shī)A角φ，

即φ＝arctanf總反底力方木向的販確定夜方法銀：1）FR2序1偏斜尋于法會(huì)向反緩力一照摩擦災(zāi)角φ；2）FR2罵1偏斜無(wú)的方遣向應(yīng)殃與相變對(duì)速殲度v12的方亮向相奶反。舉例朽：擰緊：M＝Gd2tan(α+φv)/2放松：M′＝Gd2tan(α-φv)/2正行程：F＝Gtan(α+φ)反行程：F＝Gtan(α-φ）′FR21Ff21FN21FGv1212φ運(yùn)動(dòng)膏副中擋摩擦鞠力的蜘確定例1斜面辨機(jī)構(gòu)例2螺旋皇機(jī)構(gòu)軸承鄰對(duì)軸平頸的筐總反悉力FR2勻1將始終切圓于摩策擦圓套，且突與G大小暑相等肆，方檢向相登反。rρ稱(chēng)為摩擦孤圓半別徑。2．轉(zhuǎn)愛(ài)動(dòng)副贊中摩芬擦力甘的確原定2.奴1軸頸挺的摩怎擦（1）摩瞇擦力累矩的姐確定轉(zhuǎn)動(dòng)兔副中服摩擦階力Ff2右1對(duì)軸男頸的嗓摩擦力胞矩為Mf=Ff2陸1r涌=麗fvG間r軸承2對(duì)軸溉頸1的作蛙用力豪也用總反疫力FR2磚1來(lái)表淘示,則FR2如1=那-G,故Mf=悅fvG狐r式中ρ督=小fvr,具體章軸頸花其ρ為定艘值,故可拋?zhàn)髂Σ令~圓,結(jié)論=FR2擺1ρ只要象軸頸噴相對(duì)評(píng)軸承隔運(yùn)動(dòng)止，運(yùn)動(dòng)葬副中客摩擦謀力的表確定GMdω12MfFR21FN21Ff21ρρFf2律1=fvGfv=(扯1～π/肅2)f（2）總拴反力萬(wàn)方向圖的確怖定1）根知據(jù)力估的平勢(shì)衡條勿件，旅確定枕不計(jì)吃摩擦唱時(shí)總課反力鮮的方器向；2）計(jì)仙摩擦耽時(shí)的渠總反籠力應(yīng)擇與摩捷擦圓親相切盤(pán)；3）總數(shù)反力FR2憑1對(duì)軸潔心之略矩的焦方向必必與拍軸頸1相對(duì)隙軸承2的相臣對(duì)角速悶度的壞方向袍相反劃。舉例示：運(yùn)動(dòng)燒副中耕摩擦鑰力的松確定例1鉸鏈謎四桿這機(jī)構(gòu)憂(yōu)考慮貪摩擦扣時(shí)的貧受力認(rèn)分析例2曲柄導(dǎo)滑塊花機(jī)構(gòu)沾考慮碼摩擦策時(shí)的毅受力姜分析軸端接觸面當(dāng)軸賤端1在止川推軸葵承2上旋轉(zhuǎn)宏時(shí)，歲接觸堆面間闖也將賞產(chǎn)生疼摩擦者力。2.忙2軸端薪的摩謠擦則其國(guó)正壓力dFN=pds，取環(huán)廚形微需面積ds=克2πρdρ，設(shè)ds上的禮壓強(qiáng)p為常頌數(shù)，摩擦奮力dFf=fdFN=fρds，故其勿摩擦點(diǎn)力矩dMf為dMf=ρdFf=ρf殃pds軸用格以承騾受軸冶向力挽的部懲分稱(chēng)勉為軸端。其摩造擦力會(huì)矩的同大小糞確定釀如下滾：運(yùn)動(dòng)豪副中逃摩擦欺力的友確定2r2RGMω12MfdρρrRω極易壓王潰，樂(lè)故軸滿(mǎn)端常踢作成?？招募业?。而較符初合實(shí)課際的乞假設(shè)徹是軸貓端與底軸承傘接觸餐面間萄處處崇等磨嘴損，敗即近稍似符合pρ＝常內(nèi)數(shù)的菊規(guī)律燈。對(duì)于擁新制塊成的幫軸端城和軸傳承，藝或很容少相絹對(duì)運(yùn)陡動(dòng)的軸端虛和軸鼻承，1）新軸帥端各接稻觸面滲壓強(qiáng)年處處針相等,即p=G/[π(R2-r2)]裂=常數(shù)殊，2）跑合際軸端=fG(R+r)/窄2根據(jù)pρ=常數(shù)抄的關(guān)秀系知填，在軸齒端中胞心部判分的畜壓強(qiáng)階非常兩大，Mf=fG(R3-r3)/(R2-r2),則32軸端獨(dú)經(jīng)過(guò)脂一定之時(shí)間僚的工的作后咬，稱(chēng)別為跑合忍軸端。此時(shí)蛾軸端腸和軸笨承接御觸面寇各處漲的壓母強(qiáng)已縣不能穴再假寨定為遺處處麻相等缸。Mf=2πf∫r

(pρ)ρdρR則總摩世擦力惕矩Mf為Mf=∫rρfpds=2πf∫r

pρ2dρRR運(yùn)動(dòng)嶄副中全摩擦械力的畫(huà)確定故有申滾動(dòng)摩唯擦力襲和滑涌動(dòng)摩碎擦力栗；3．平俊面副甲中摩遼擦力背的確唐定平面箭高副亭兩元或素之收間的慨相對(duì)幫運(yùn)動(dòng)厲通常移是滾坑動(dòng)兼蕩滑動(dòng)不，因滾動(dòng)摩捉擦力圖一般鋒較小系，平面披高副酒中摩紐奉擦力襪的確最定，其總醬反力課方向圈的確營(yíng)定為泥：1）總?cè)f反力FR2稱(chēng)1的方宗向與法向柿反力還偏斜嶄一摩說(shuō)擦角基；2）偏委斜方跳向應(yīng)珍與構(gòu)燒件1相對(duì)排構(gòu)件2的相茅對(duì)速隔度v12的方枕向相亦反。機(jī)構(gòu)訂力分析時(shí)儲(chǔ)通常帆只考而慮滑殺動(dòng)摩其擦力份。通?？嗍菍倌Σ翀?bào)力和仔法向嘆反力桶合成一卸總反慢力來(lái)構(gòu)研究蔬。運(yùn)動(dòng)里副中砍摩擦懇力的鑄確定ttnnV12ω12MfFf21FN21FR21φ§4寒-4不考?jí)|慮摩近擦?xí)r鄭機(jī)構(gòu)俊的受器力分現(xiàn)析1．機(jī)含構(gòu)組燭的靜循定條無(wú)件:在不畢考慮姥摩擦回時(shí)，蕉平面轟運(yùn)動(dòng)辭副中傷的反涼力公的窄作用驅(qū)線(xiàn)、多方向恐及大小未螞知要甚素如沸下：轉(zhuǎn)動(dòng)嚴(yán)副通過(guò)逢轉(zhuǎn)動(dòng)旁副中線(xiàn)心，維大小畝及方頑向未姻知；移動(dòng)生副沿導(dǎo)宅路法碎線(xiàn)方矩向，忽作用召點(diǎn)的腥位置陶及大景小未先知；平面汪高副沿高梯副兩狠元素色接觸軍點(diǎn)的管公法吐線(xiàn)上喜，僅坑大小販未知悠。不考監(jiān)慮摩配擦?xí)r泥機(jī)構(gòu)沿的受損力分枯析根據(jù)撈每個(gè)構(gòu)刃件可打列獨(dú)健立力蛇平衡蝴方程此數(shù)等弄于力廣的未袋知數(shù)逝，設(shè)由n個(gè)構(gòu)編件和pl個(gè)低閥副和ph個(gè)高柏副組嫁成的層構(gòu)件啄組，結(jié)論基本毛桿組晶都滿(mǎn)迫足靜駱定條巷件。則得幼此構(gòu)弱件組得靜默定條頃件為3n=棗2pl+ph2．用錫圖解誘法作坡機(jī)構(gòu)芬的動(dòng)鼠態(tài)靜號(hào)力分喂析（1）分麗析步錫驟：首先,求出答各構(gòu)該件的污慣性屈力，農(nóng)并把蛇它們園視為拴外力園加于股產(chǎn)生綢慣性力犧的機(jī)享構(gòu)上畫(huà)；其次,再根救據(jù)靜碰定條艦件將引機(jī)構(gòu)蝴分解竹