第章平面機構的力3

第四章平面機構的力分析§4－1機構力分析的任務、目的與方法§4－2構件慣性力的確定§4－3運動副中摩擦力的確定§4－4機構力分析實例§4－1機構力分析的任務、目的與方法▲作用在機械上的力是影響機械運動和動力性能的主要因素；▲是決定構件尺寸和結構形狀的重要依據(jù)。力分析的必要性：1.作用在機械上的力力的類型原動力生產阻力重力摩擦力介質阻力慣性力運動副反力按作用分為阻抗力驅動力有效阻力有害阻力驅動力----驅使機械運動，其方向與力的作用點速度之間的夾角為銳角，所作功為正功。阻抗力----阻礙機械運動，其方向與力的作用點速度之間的夾角為鈍角，所作功為負功。有效(工作)阻力----機械在生產過程中為了改變工作物的外形、位置或狀態(tài)所受到的阻力，克服了阻力就完成了有效的工作。如車削阻力、起重力等。有害(工作)阻力----機械運轉過程受到的非生產阻力，克服了這類阻力所作的功純粹是浪費能量。如摩擦力、介質阻力等。▲確定運動副中的反力----為進一步研究構件強度、運動副中的摩擦、磨損、機械效率、機械動力性能等作準備。2.機械力分析的任務和目的▲確定機械平衡力（或力偶）---目的是已知生產負荷確定原動機的最小功率；或由原動機的功率來確定所能克服的最大生產阻力。反力----運動副元素接觸處的正壓力與摩擦力的合力平衡力----機械在已知外力作用下，為了使機械按給定的運動規(guī)律運動所必需添加的未知外力。3.機械力分析的方法圖解法解析法機械力分析的理論依據(jù)：靜力分析----適用于低速機械，慣性力可忽略不計；動態(tài)靜力分析----適用于高速重型機械，慣性力往往比外力要大，不能忽略。一般情況下，需要對機械做動態(tài)靜力分析時，可忽略重力和摩擦力，通?？蓾M足工程要求。作者：潘存云教授§4－2構件慣性力的確定1.一般的力學方法慣性力：FI=FI(mi,Jsi，asi,αi

)慣性力偶：MI=MI(mi,Jsi，asi,αi

)其中：mi----構件質量;Jsi----繞質心的轉動慣量;asi----質心的加速度;

αi----構件的角加速度。作者：潘存云教授CBA321S3S1S2as2as1as3α2α1作者：潘存云教授CBA321S3S1S2as2as1as3α2α1構件運動形式不同，慣性力的表達形式不一樣。1)作平面運動的構件：FI2=-m2as2

MI2=-Js2α2

2)作平移運動的構件FI=-miasi

3)作平定軸轉動的構件合力：F’I2=FI2

lh2=MI2/FI2一般情況：FI1=-m1as1

MI1=-Js1α1

合力：F’I1=FI1,lh1=MI1/FI1FI2MI2lh2lh1F’I2F’I1FI3FI1MI1若質心位于回轉中心：MI1=-Js1α1

作者：潘存云教授CBA321S3S1S2as2as1as32.質量代換法一般力學方法的缺陷：▲質心位置難以精確測定；質量代換法的思路：將各構件的質量，按一定條件用集中于某些特定點的假象質量來替代，只需求集中質量的慣性力，而無需求慣性力偶矩。從而將問題簡化。質量代換的條件：1）代換前后各構件質量不變；2）質心位置不變；3）對質心軸的轉動慣量不便。▲求解各構件質心加速度較繁瑣。BCmBmCS2作者：潘存云教授CBA321m2S3S1S2代換質量的計算：若替換質量集中在B、K兩點，則由三個條件分別得：mB+mk=m2只有三個方程，故四個未知量:（b,k,mB,mk

）可以先選定一個。例如選定b，則解得：bkmBb=mkkmBb2+mkk2=JS2k=JS2/(m2b)mB=m2k/(b+k)mk=m2b/(b+k)滿足此三個條件稱為動代換，代換前后構件的慣性力和慣性力偶矩不變。但K點位置不能任選。BKCmBmkS2作者關：潘顯存云亡教授CBA321m2S3S1S2為了殼計算鳥方便燈，工固程上種常采才用靜所代換拿，只鞭滿足療前兩選個條扯件。mB+mk=m2此時會可同土時選珠定B、C兩點駕作為遵質量仆代換州點。副則有慈：bckBKCmBmkmBb矮=mkkmBb2+mkk2=JS2mB=梯m2c牛/(園b+頑c)mC=輸m2b木/(己b+州c)BCS2S2因為竿不滿降足第憂三個掛條件淋，故辜構件沫的慣掙性力向偶會帝產生一定艘誤差，但圓不會槐超過晚允許談值，脊所以范這種賞簡化鑄處理俯方法趕為工開程上縣所采勞用?！?－3運動繡副中咸摩擦鋤力的就確定概述炭：摩擦桿產生六源－永運動艇副元匙素之愉間相程對滑辱動。摩擦它的缺點：優(yōu)點禿：研究痕目的絨：發(fā)熱責↑效率洪↓磨損遠↑→強部度↓→精慚度↓→壽嬌命↓利用蜓摩擦談完成波有用廳的工企作。如摩汪擦傳降動（須皮帶換、摩攏擦輪議）、離合胃器(摩托打車)、制動笨器（鋒剎車專）。減少醫(yī)不利脹影響租，發(fā)構揮其舊優(yōu)點綿?！鷿櫬劵瑦涸砘▉G死。低副鋒－產歉生滑柿動摩胳擦力高副盼－滑鞠動兼薄滾動碑摩擦僚力。運動瞧副中幕摩擦冶的類鞠型：v2121一、禾移動犁副的董摩擦1.移動陡副中列摩擦蠟力的漲確定由庫狠侖定半律得爪：F21＝f虛N21G－鉛垂架載荷;GFF－水平脆力，N21N21－法向勵反力;F21F21－摩擦決力。摩擦系數(shù)摩擦副材料靜摩擦動摩擦無潤滑劑有潤滑劑無潤滑劑有潤滑劑鋼－鋼鋼－鑄鐵鋼－青銅鑄鐵－鑄鐵鑄鐵－青銅青銅－青銅橡皮－鑄鐵0.150.1~0.120.10.05~0.10.2~0.30.16~0.180.05~0.150.1~0.150.15~0.180.070.15~0.160.150.07~0.120.280.160.15~0.210.15~0.200.04~0.10.3~0.50.80.5皮革－鑄鐵或鋼0.07~0.150.12~0.15作者擊：潘醉存云租教授作者豆：潘銅存云爪教授G12F21＝f離N21當材涌料確克定之鄙后，F(xiàn)21大小押取決企于法進向反迫力N21而G一定架時，N21的大乘小又猜取決精于運核動副趙元素老的幾掘何形朵狀。槽面志接觸解：N”21N’21F21=隙f外N’21+雄f賞N”21平面澤接觸圓：N’21=供N”21=注G盲/(2s璃inθ)GN21N21=－GF21=f階N21=沸f膚GF21N’21+N”21=-GN’21Gθ=(f毯/姥si終nθ)?G=假fvGθθfv－稱為厭當量英摩擦史系數(shù)N”21v2121F作者合：潘庫存云僚教授G12結論它：不論前何種伙運動賤副元密素，盤有計鑼算通出式：矢量和：N21=Σ△N21理論冤分析帝和實黎驗結朗果有煩：k=1即~π/2F21=子f目N?！?1F21=器f仿N21柱面葉接觸躺：=-G代數(shù)口和：N’21=Σ|趕△N21|=帶f截k姨G=豬fvG=灘fvG=kG>|N21|△N21N21同理鳳，稱fv為當情量摩雪擦系榆數(shù)。非平津面接乏觸時汪，艦摩擦鋸力增寺大了適，為梢什么圈？是f增大擔了？原因雁：是由陸于N21分布兄不同釀而導汁致的鐘。作者伍：潘塵存云處教授作者危：潘堤存云投教授v2121GPN21F21應用添：當需嘆要增菜大滑繪動摩付擦力翠時，著可將杏接觸沖面設筆計成撫槽面壯或柱差面。覆如圓鎮(zhèn)形皮甩帶（患縫紉色機）霉、三啦角形摩皮帶品、螺掌栓聯(lián)駁接中哄采用酷的三水角形芽螺紋館。對于吹三角杠帶：θ＝18躍°2.移動賣副中摔總反舞力的由確定總反坑力為憲法向賀反力殊與摩鎮(zhèn)擦力獅的合鋸成：FR2攜1=N21+F21tgφ=F21/缺N21φ－摩擦濕角，φ方向:∠FR2辛1V12＝(9燃0°毅+φ)摩擦牲錐--島--以FR2機1為母遍線所經作圓山錐。結論剃：移動將副中別總反潔力恒逢切于秀摩擦辭錐。fv＝3化.2訪4f=f瓣N21/辦N21=f不論P的方鑰向如稅何改液變，P與R兩者危始終寶在同栗一平好面內θθFR21作者達：潘挨存云射教授作者望：潘妄存云互教授F’F’R2112Gα12Gαa)求使湊滑塊接沿斜版面等膚速上困行所循需水法平力Fb)求使嚷滑塊晨沿斜方面等鋒速下益滑所持需水宿平力F’作圖作圖若α>地φ，則F’為阻辟力;根據(jù)平衡條件：F+FR21+G=0

大小側：？方向愁：√得：F=Gtg傘(α+咬φ)Gα-φφ根據(jù)平衡條件：F’+F’R21+G=0若α<鞋φ，則F’方向鏡相反漲，成飛為驅側動力牙。得：F’=Gtg究(α-企φ)大小努：雷？涌？宜√方向辭：√期√截√力分予析實端例：？√√√NF21nnFR21vFαGα+φFR21FNF21nnvF’F’R21φα作者掏：潘殘存云妄教授作者坡：潘課存云舟教授二、愁螺旋難副中的待摩擦螺紋翅的牙店型有缸：矩形螺紋三角形螺紋梯形螺紋鋸齒形螺紋15o30o3o30o螺紋羞的用予途：傳遞燥動力脈或聯(lián)圣接從摩織擦的衰性質淡可分憂為：墳矩形南螺紋確和三栽角形省螺紋螺紋厲的旋強向：作者：潘存云教授右旋左旋作者：潘存云教授1.矩形魚螺紋暫螺旋宮中的輕摩擦式中l(wèi)－導程趴，z－螺紋燦頭數(shù)哪，p－螺距螺旋逼副的琴摩擦奔轉化涉為=>斜面侵摩擦思。擰緊傳時直單接引忙用斜磨面摩含擦的秩結論支有：假定帖載荷絹集中鞏在中盼徑d2圓柱忽面內揉，展塞開πd2斜面恰其升翠角為晌：tgαα螺紋財?shù)臄Q陽松－螺賢母在F和G的聯(lián)撤合作野用下爪，順豪著G等速粘向下?lián)爝\動燙。v螺紋區(qū)的擰牲緊－螺程母在F和G的聯(lián)凡合作上用下董，逆躺著G等速螞向上催運動構。v=l揚/πd2=zp/πd2從端沃面看d2Gd3d1lGFF－螺紋訂擰緊帥時必幸須施會加在藝中徑捎處的塊圓周伐力，究所產憶生的擰緊本所需鄙力矩M為：擰松隔時直非接引演用斜薯面摩筒擦的起結論艱有：F’－螺紋布擰松桶時必爆須施詠加在芬中徑胡處的嫩圓周米力，竹所產賓生的擰練松所成需力垃矩M’為：若α>橋φ，則M’為正近值，副其方周向與替螺母歐運動住方向茫相反洽，是阻星力；若α<軟φ，則M’為負犧值，沉方向田相反州，其刑方向沒與預安先假邊定的方賽向相猛反，螺而與唐螺母按運動縱方向傘相同仰，成澡為放松苦螺母迎所需舅外加鐵的驅離動力輸矩。Mfd2F作者循：潘宋存云滾教授2.三角柄形螺葬紋螺暈旋中頭的摩茄擦矩形觀螺紋――忽略度升角莫影響礦時，△N近似誰垂直通向上,比較識可得污：∑△N△co煉sβ＝G＝∑△N引入往當量從摩擦鬼系數(shù):fv=印f聞/co奮sβ三角步形螺逮紋――∑△N△co腿sβ＝G，β－牙形轟半角∑△N＝G當量農摩擦它角:φv＝ar稈ct糾gfv∑△N△＝∑△N辣/co世sβGββββ△N△NG△N△N作者爭：潘竹存云拐教授作者駐：潘娛存云沿教授21rN21擰緊：擰松：可直蒜接引恢用矩叼形螺鵝紋的此結論雀：三、洞轉動愁副中御的摩覽擦1.軸徑殃摩擦直接壞引用坡前面涉的結身論有賣：產生能的摩撇擦力閥矩為呼：軸軸徑軸承ω12方向哄：與ω12相反企。Mf根據(jù)平衡條件有：

FR21＝-G,

Md=－Mf

=拍Gρ=弱fkG=撕fvGMf=絹F21r=狀fvr關G=f柿N21rF21=瓦f掙N21MdGFR21F21作者稈：潘宜存云灰教授作者晝：潘瓶存云影教授21ω12MfMd21rN21ω12MfMdGFR21F21GN21F21FR21ρρ當G的方合向改按變時編，F(xiàn)R2閣1的方盛向也博跟著弟改變脂，以ρ作圓歐稱為挽摩擦涂圓，ρ－摩擦巴圓半失徑。寧且R21恒切框于摩槍擦圓筒。分析晝：由ρ=劇fvr知，r↑→ρ↑→Mf↑對減物小摩療擦不昏利。但ρ不變下。作者密：潘木存云趨教授作者但：潘闊存云意教授213ABC4FMr運動麗副總命反力頑判定筍準則1.由力以平衡貓條件最，初糟步確進定總縣反力送方向捧（受英拉或暫壓）澇。2.對于街轉動崖副有石：FR2爬1恒切籠于摩競擦圓順。3.對于挖轉動刻副有侍：Mf的方仍向與ω12相反對于他移動慣副有值：FR2建1恒切遍于摩矩擦錐對于恥移動錦副有任：∠FR2摟1V12＝(9繞0°菠+φ)ω14MrFω21例1：圖作示機亦構中補，已經知驅裕動力F和阻禮力Mr和摩擦絹圓半嘴徑ρ，畫出偏各運箭動副脖總反雀力的延作用艇線。ω23FR23FR21FR41v3490°+φFR43R12R32作者耗：潘暴存云壓教授212r2RrR取環(huán)蕉形面角積:ds＝2π豪ρd崇ρ2.軸端哭摩擦在G的作卸用下鏡產生撿摩擦聯(lián)力矩Mf(1稿)新軸仙端，p＝常數(shù)統(tǒng)，則偵：摩擦討力為褲：dF=劇fdN總摩蘇擦力亭矩：摩擦衣力矩嶼：dMf=ρdFdN=pds設ds上的嗎壓強矮為p,正壓顏力為攀：=ρfdN=ρf晌pds=致f翅pdsGdρρωωMMf作者到：潘弦存云隨教授(2仇)跑合門軸端跑合王初期:p＝常數(shù)跑合猜結束貴：正壓串力分怠布規(guī)婚律為:數(shù)pρ=常數(shù)內圈V↓→磨損劇快→p↓→磨損蝴變慢結論煉：Mf=尸f離G(苦R+滲r)消/2pq=c盼on沒st佩,中心滅壓強低高，核容易召壓潰考，故蚊做成爹中空展狀?！p軟慢→p↑→磨損駝變快外圈V↑212r2RrRGdρρωωMMf作者沸：潘園存云旅教授21四、未平面好高副村中的周摩擦嫩力的秀確定相對朝運動:滑動+滾動v12ω摩擦齒力:滑動冤摩擦蹄力+滾動檢摩擦淋力∵滾動跳摩擦到力<<滑動杰摩擦摔力∴

可忽略滾動摩擦力總反后力為是法向剝反力笨與滑始動摩督擦力捆的合刑成：FR21=N21+F21F21FR21N21總反地力的煌方向騾：∠R21V12＝(9漿0°雨+φ)90°+φφ作者洗：潘尖存云摧教授作者執(zhí)：潘極存云庸教授dFbcFR23§4－4機構呼力分仙析實牧例ω14Frω21例1：圖紹示機疼構中咽，已膝知構覽件尺絹寸、垮材料朵、運腦動副半徑鋤，水絹平阻碎力Fr，求平獨衡力Fb的大舊小。ω23213ABC4Fbv3490°+φFR21FR41FR43FR23FR21FR41EFR43φFFR12FR32FR43+

FR23+Fr=0大小貴：？酒？撤√方向陶：√廣√速√解：1)根據(jù)秋已知據(jù)條件杰求作趁摩擦雜圓2)求作盲二力瓶桿運遇動副躬反力鞭的作蔑用線3)列出蜂力平預衡向館量方高