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1、第四章第四章 平面机构的力分析、效平面机构的力分析、效率和自锁率和自锁内容简介内容简介1.1.平面机构的力分析平面机构的力分析: : 确定各运动副中的约束反力确定各运动副中的约束反力; ;2.2.运动副中的摩擦和机械效率及自锁运动副中的摩擦和机械效率及自锁: : 移动副和转动副中的摩擦移动副和转动副中的摩擦; ; 机构的自锁。机构的自锁。学习要求学习要求 会确定考虑摩擦时平面机构中各总反力作用会确定考虑摩擦时平面机构中各总反力作用线的方向和位置线的方向和位置; ;掌握机构的效率计算方法和自锁的概念及其掌握机构的效率计算方法和自锁的概念及其判断。判断。4-1 机构力分析的任务、目的和方法机构力分
2、析的任务、目的和方法 学习要求学习要求本节要求了解机构力分析的任务、目的和方法本节要求了解机构力分析的任务、目的和方法主要内容主要内容机构力分析的任务；机构力分析的任务；机构力分析的原理和方法。机构力分析的原理和方法。1. 作用在机械上的力作用在机械上的力 （1）驱动力：与作用点的速度方向）驱动力：与作用点的速度方向相同或成锐角相同或成锐角，作，作正功正功。 （2）阻抗力：与作用点的速度方向）阻抗力：与作用点的速度方向相反或成钝角相反或成钝角，作，作负功负功。 具体分为：有效阻抗力和有害阻抗力具体分为：有效阻抗力和有害阻抗力2.机构力分析的任务机构力分析的任务 (1) 确定各运动副中的约束反力
3、，用于强度设计确定各运动副中的约束反力，用于强度设计 、估算机械、估算机械 效率、研究运动副中的摩擦和润滑效率、研究运动副中的摩擦和润滑; (2) 确定需加于机构上的平衡力或平衡力矩。确定需加于机构上的平衡力或平衡力矩。3. 机构力分析的方法：机构力分析的方法：(1) 图解法图解法: 形象、直观；但精度低，不便于进行机构在形象、直观；但精度低，不便于进行机构在一个运动循环中的力分析。一个运动循环中的力分析。（重点）（重点） (2) 解析法解析法: 不但精度高，而且便于进行机构在一个运动不但精度高，而且便于进行机构在一个运动循环中的力分析，便于画出运动线图；但直观性差。循环中的力分析，便于画出运
4、动线图；但直观性差。(不要求不要求)（1）摩擦力的确定移动副中滑块在力F 的作用下右移时,所受的摩擦力为Ff21 = f FN21式中 f 为 摩擦系数。 FN21 的大小与摩擦面的几何形状有关：1）平面接触: FN21 = G，2）槽面接触: FN21= G / sin4-2 移动副中总反力的确定移动副中总反力的确定 1移动副中摩擦力的确定GFN212FN212GFN2112GFN21Fv12 称 为摩擦角，（2）总反力方向的确定 运动副中的法向反力与摩擦力的合力FR21 称为运动副中的总反力，总反力与法向力之间的夹角， 即 arctan f总反力方向的确定方法：1）FR21偏斜于法向反力一
5、摩擦角 ；2）其偏斜的方向应与相对速度v12的方向相反。举例：正行程：FG tan( +)反行程：F G tan( - ） FR21Ff21FN21FGv1212例1 斜面机构2、楔形面移动副反力 xoy面 yoz面 斜面平滑块的摩擦斜面平滑块的摩擦 1滑块沿斜面等速上升时滑块沿斜面等速上升时Fd水平驱动力；水平驱动力；FR212作用于滑块作用于滑块1的总反力；的总反力； FQ铅垂载荷（包括滑块的自重）。铅垂载荷（包括滑块的自重）。 方向：方向： 水平水平 竖直竖直 大小：大小： ？ ？ 2滑块沿斜面等速下降时滑块沿斜面等速下降时 FQ驱动力驱动力，而而F阻力阻力（或滑块等速下降的维持力）；（
6、或滑块等速下降的维持力）； FR212作用于滑块作用于滑块1的总反力；的总反力； 方向：水平方向：水平 竖直竖直大小：大小： ？ ？ 机械效率的概念机械效率的概念 1. 有关概念有关概念输入功输入功（驱动功驱动功）Wd 作用在机械上的驱动力所作的功作用在机械上的驱动力所作的功;输出功输出功（有效功有效功） Wr 克服生产阻力所作的功克服生产阻力所作的功;损失功损失功 Wf 克服有害阻力所作的功克服有害阻力所作的功;2. 机械效率的概念机械效率的概念在机器的稳定运转时期，输入功等于输出功与损失功之和。即在机器的稳定运转时期，输入功等于输出功与损失功之和。即 用用机械效率机械效率来表示机械功在传递
7、过程中有效利用程度。它等于输出功与输入来表示机械功在传递过程中有效利用程度。它等于输出功与输入功的比值。功的比值。或或上式中的上式中的称为称为机械损失系数（损失率）机械损失系数（损失率）。 若将上面三式的各项均除以做功的时间若将上面三式的各项均除以做功的时间t，分别以分别以Pd、Pr和和Pf表示输入功率、表示输入功率、输出功率输出功率和和损失功率损失功率。则。则机械的效率和运动副中的摩擦及自锁机械的效率和运动副中的摩擦及自锁3.分析：分析： 总是小于总是小于 1，当，当Wf 增加时将导致增加时将导致下降。下降。4. 努力方向努力方向 机械的效率和运动副中的摩擦及自锁机械的效率和运动副中的摩擦及
8、自锁设计设计机械时，尽量减少摩擦损失。机械时，尽量减少摩擦损失。 （1 1）用滚动代替滑动）用滚动代替滑动（2）尽量简化机械传动系统）尽量简化机械传动系统; （3）考虑润滑，合理选材考虑润滑，合理选材机械效率的计算机械效率的计算 Fd实际的驱动力实际的驱动力 ; Fr 实际的生产阻力实际的生产阻力 ;Vd Fd作用点并沿作用点并沿Fd作用线方向的速度作用线方向的速度 ; Vr Fr作用点并沿作用点并沿Fr作用线方向的速度作用线方向的速度 ; 由式由式 可得可得 （5-71） 为了将上式变为便于使用的形式，设法将其中的速度消去。为了将上式变为便于使用的形式，设法将其中的速度消去。设想不存在有害阻
9、力的机械特称为设想不存在有害阻力的机械特称为理想机械理想机械，而理想机械的效率，而理想机械的效率 。另设生产阻力。另设生产阻力Fr不变不变,理想机械克服理想机械克服Fr所需要的驱动力（矩）为所需要的驱动力（矩）为理想驱动力理想驱动力（矩矩） Fdo(Mdo), 因因 故故 可得可得:上式表明：上式表明：在生产阻力不变时，实际机械的效率等于理想驱动力在生产阻力不变时，实际机械的效率等于理想驱动力（矩）与实际驱动力（矩）之比。（矩）与实际驱动力（矩）之比。机械的效率和运动副中的摩擦及自锁机械的效率和运动副中的摩擦及自锁斜面机构传动的效率斜面机构传动的效率 1. 当滑块等速上升时当滑块等速上升时 由
10、前式可知，理想的驱动力（假设没由前式可知，理想的驱动力（假设没有摩擦）为有摩擦）为: 此时斜面的效此时斜面的效率为率为: 2. 当滑块等速下滑时当滑块等速下滑时 由前式可知，此时的驱动力由前式可知，此时的驱动力FQ和理想的驱动力和理想的驱动力FQ0分别为分别为故其效率为故其效率为 : 例115 分析偏心夹具的工作原理偏心盘只要不逆时针转动，工件就不会松动，工件作用于偏心或相割，则产生自锁。盘的力相切113 考虑摩擦时机构的受力分析 图示压榨机求与Q力平衡的力P，又当P力撤掉后保持Q力不变，机构应满足的条件。思考题：撤掉P力后Q力为驱动力自锁条件为？1、径向轴颈，止推轴颈 2、径向轴颈的反力 与
11、材料、粗糙度、润滑条件有关 确定RBA： RBA与y方向成角二、转动副中的运动副反力其中： （f为滑动摩擦系数） 对于接触面经过一段时间的运转，其表面被磨成平滑，接触更加完善的跑合者，取小值，未经磨合的取大值。 转动副总反力的确定：转动副总反力的确定： 1）首先确定不计摩擦时的总反力方向；）首先确定不计摩擦时的总反力方向； 2）考虑摩擦时，总反力应与摩擦圆相切）考虑摩擦时，总反力应与摩擦圆相切 3）轴承）轴承B对轴颈对轴颈A的总反力的总反力RBA对轴颈中心对轴颈中心的力矩必与轴颈的力矩必与轴颈A对轴承对轴承B的相对角速度的相对角速度方向相反。方向相反。根据力偶等效定律，M和Q合并成合力Q （1） A作减速至静止，原来静止，自锁自锁 （2） （3） A匀速转动，或保持静止 A加速运动 例 设各构件尺寸已知（包括转动副半径），摩擦系数f，水平阻力Q已知。求需加于曲柄上的驱动力矩T1。例 设各构件尺寸已知（包括转动副半径），摩擦系数f，水平阻力Q已知。求需加于曲柄上的驱动T1。应用举例应用举例
