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1、第四章平面机构力分析 结束 一 作用在机械上的力 1 驱动力 FV为锐角 作正功 原动力由原动机提供 它是驱动力 那么驱动力只来自原动力吗 2 阻抗力 FV为钝角 作负功 常提到的力 原动力 摩擦力 运动副反力 重力 惯性力 一提到摩擦力 多会认为是有害阻力 对搅拌机 带传动 自行车呢 运动副反力 法向 切向 是内力还是外力 它作功吗 什么时候应考虑重力 作功如何 惯性力是一种什么性质的力 大小如何求 它作正功还是负吗 什么时候会用到它 可以忽略吗 4 1机构力分析的任务 目的和方法 结束 二 机构力分析的任务和目的 4 1机构力分析的任务 目的和方法 1 确定运动副中的反力用于计算强度 机械
2、效率 摩擦磨损 决定轴承结构等2 确定机械上的平衡力 或平衡力偶 根据作用在机构上的已知外力 或力偶 确定要维持给定运动规律时所需的未知外力 或力偶 三 机构力分析的方法 1 静力学方法不考虑惯性力因素 低速机械 2 动态静力学方法将惯性力视为外力 加于相应构件上 按静力方法分析图解法 解析法 结束 4 2构件惯性力的确定 确定惯性力 设已知构件的质量 转动惯量及运动学参数 实际上 在设计新机械时 力分析还未进行时 根本不能作强度计算 构件的质量 转动惯量是未知的 常用方法 类比和经验公式 或按纯静力学方法对机构在某一特定位置时大体估算出构件的尺寸 材料 粗略地得到质量 转动惯量 将它作为初值
3、代入进行力分析 待第一次力分析完成后 作强度计算 对其进行修正 这个过程反复循环进行 直至满足要求为止 结束 4 2构件惯性力的确定 一 一般力学方法 1 作平面复合运动的构件 把FI按图示平移lh 将两者合二为一 2 作平面移动的构件 3 绕定轴转动的构件 惯性力FI mas 惯性力矩MI Js 结束 4 2构件惯性力的确定 二 质量代换法 确定惯性力和惯性力矩 a 复杂将构件的质量等效简化成几个集中质量 只有惯性力 方便 质量代换法 1 动代换问题 三个方程 四个未知量 b k mB mK 如确定b 结束 4 2构件惯性力的确定 二 质量代换法 确定惯性力和惯性力矩 a 复杂将构件的质量等
4、效简化成几个集中质量 只有惯性力 方便 质量代换法 2 静代换问题 两点代换 同时选定b c 只满足条件1 2 结束 4 2构件惯性力的确定 二 质量代换法 确定惯性力和惯性力矩 a 复杂将构件的质量等效简化成几个集中质量 只有惯性力 方便 质量代换法 2 静代换问题 两点代换 同时选定b c 只满足条件1 2 结论 1 两代换点连线必然通过质心 2 静代换简单方便 代换点B C可随意选定 对于一般要求机构 采用静代换较多 3 动代换满足了质量代换的全部条件 其代换点只能随意选定一点 而另外一个代换点则由代换条件确定 4 使用静代换 其惯性力偶矩将产生误差 结束 4 3运动副中摩擦力的确定 一
5、 移动副中摩擦力的确定 摩擦力F21 Ff21 fFN21 在外载荷一定时 法向反力FN21的其大小与运动副表面的几何形状有关 1 平面 FN21 GFf21 fG 2 槽面 FN21 G sin Ff21 fFN21 fG sin 令当量摩擦系数 fv f sin Ff21 fvG 结束 4 3运动副中摩擦力的确定 一 移动副中摩擦力的确定 摩擦力F21 Ff21 fFN21 在外载荷一定时 法向反力FN21的其大小与运动副表面的几何形状有关 3 半圆柱面FN21 kGFf21 fFN21 fkG 若圆柱面为点 线接触 k 1若为均匀圆柱面接触 k 2其余则介于两者之间 令当量摩擦系数 fv
6、 fk Ff21 fvG 结束 4 3运动副中摩擦力的确定 二 移动副中总反力的确定 1 平面移动 FR21 FN21 Ff21 Ff21 FN21tan 摩擦角 arctanf 总反力方向的确定 1 与法向反力偏斜一摩擦角 2 偏斜方向与相对速度方向相反 结束 4 3运动副中摩擦力的确定 二 移动副中总反力的确定 2 斜面移动 1 滑块沿斜面上升 力平衡条件 F G FR21 0 由力多边形得 F Gtan 2 滑块沿斜面下降 驱动力为G 同理 F G F R21 0F Gtan 注意 1 当 时 F 0 滑块在载荷G作用下自行下滑 若使滑快静止或匀速下滑 需借助外部阻力 2 当 时 F 0
7、 滑块在载荷G作用下 不能自行下滑 需借助外部推动力才能滑下 自锁 结束 4 3运动副中摩擦力的确定 二 移动副中总反力的确定 3 螺旋副中的摩擦 1 矩形螺纹 施加扳手力矩M旋紧螺母 类似于用螺旋千斤顶克服载荷G 将重物升起 施加扳手力矩M放松螺母 若M 0 即 表明螺纹本身在载荷G作用下能够自行松脱 需借助外力矩才能使螺母匀速松脱 自锁 结束 4 3运动副中摩擦力的确定 二 移动副中总反力的确定 3 螺旋副中的摩擦 2 三角形螺纹 相当于曹面摩擦 在矩形螺纹公式将 用 v代替即可 三角螺纹的牙型半角 则槽形半角 90 当量摩擦系数 fv f sin f cos 当量摩擦角 v arctan
8、fv 结束 4 3运动副中摩擦力的确定 三 转动副中摩擦力的确定 1 轴径的摩擦 轴径在轴承中转动 摩擦力 阻止其转动 结束 4 3运动副中摩擦力的确定 三 转动副中摩擦力的确定 摩擦圆半径 fvr 半圆柱面摩擦 Ff21 fvGfv 1 2 f 运动副总反力 FR21 FN21 Ff21 G 摩擦阻力矩 Mf Ff21r Gfvr FR21 1 匀速转动时 轴承总反力FR21恒切于摩擦圆 2 匀速转动时 Mf FR21 G 类似平面摩擦系数 其大小fv和r有关 3 将Md与G合成为G Md G 1 轴径的摩擦 结束 4 3运动副中摩擦力的确定 三 转动副中摩擦力的确定 2 总反力的确定 1
9、不计摩擦 平衡条件 总反力方向 2 考虑摩擦 总反力与摩擦圆相切 3 摩擦力矩方向总是与转向相反 阻止 如 总反力FR21对轴心之矩的方向必与其相对转向 12的方向相反 结束 4 3运动副中摩擦力的确定 三 转动副中摩擦力的确定 P92例4 1曲柄1为主动件 求各构件受力方向 不计重力 惯性力 结束 4 3运动副中摩擦力的确定 三 转动副中摩擦力的确定 3 轴端的摩擦 取微环 其上压强p为常量面积ds 2 d 正压力dFN pds摩擦力dFf fdFN fpds摩擦力矩dMf dFf fpds 讨论 结束 4 3运动副中摩擦力的确定 三 转动副中摩擦力的确定 3 轴端的摩擦 2 跑合轴端 p 常数 p 常数轴心处压力极大 容易将轴压溃 轴端常作成空心状 结束 4 3运动副中摩擦力的确定 四 平面高副中摩擦力的确定 平面高副 滚动 滑动滚动摩擦 滑动摩擦机构力分析时 滑动摩擦力 结束 思考题 P1074 2 4 3 4 5 4 10 作业 P1104 12 4 13 结束