西安理工大学：《机械原理》第四章 平面机构力分析（4.1-4.3）

第四章平面机构力分析 本章教学内容 本章重点: 机构力分析的目的和方游☆构件惯性力的确定及质量代换法 ★图解法作平面机构动态静力分析 构件惯性力的确定 ☆考虑摩擦时平面机构的力分析 运动副中的摩擦 不考虑摩擦和考虑摩擦肘 机构的受力分析 本章难点 机构的平衡力(或平衡力矩) 本章教学目的 及构件的质量代换兩个概念。 √了解作用在机构上的力及机构力分析的目的和方法; √掌握构件惯性力的确定方法和机构动态静力分析的方法; √能对几种最常见的运动副中的摩擦力进行分析和计算

✓了解作用在机构上的力及机构力分析的目的和方法； ✓掌握构件惯性力的确定方法和机构动态静力分析的方法； ✓能对几种最常见的运动副中的摩擦力进行分析和计算。 本章教学目的 第四章 平面机构力分析 ▪ 机构力分析的目的和方法 ▪ 构件惯性力的确定 ▪ 运动副中的摩擦 ▪ 不考虑摩擦和考虑摩擦时 机构的受力分析 本章教学内容 本章重点：  构件惯性力的确定及质量代换法  图解法作平面机构动态静力分析  考虑摩擦时平面机构的力分析 本章难点： 机构的平衡力（或平衡力矩） 及构件的质量代换两个概念

§4-1机构力分析的目的和方法 作用在机械上的力 1.按作用在机械系统的内外分: 1)外力:如原动力、生产阻力、介质阻力和重力; 2)内力:运动副中的反力(也包括运动副中的摩擦力和 惯性力引起的附加动压力) 2、按作功的正负分: 1)驱动力:驱使机械产生运动的力。 特征:(F1)90°(M,O反向),作负功

一、作用在机械上的力 1. 按作用在机械系统的内外分： 1） 外力：如原动力、生产阻力、介质阻力和重力； 2） 内力：运动副中的反力（也包括运动副中的摩擦力和 惯性力引起的附加动压力 ） 2、按作功的正负分： 1） 驱动力：驱使机械产生运动的力。 2） 阻抗力：阻止机械产生运动的力。 ( )    特征： F,V 90 （M，同向），作正功。称 驱动功或输入功。 ( )    特征： F,V 90 （M，反向），作负功。 §4-1 机构力分析的目的和方法

☆阻抗力又可分为有益阻力和有害阻力 (1)有益阻力一—生产阻力(工作阻力),如切削力。 √有效功(输出功):克服有效阻力所作的功。 (2)有害阻力——一非生产阻力,如摩擦力、介质阻力。 √损耗功(输出功):克服有害阻力所作的功。 摩擦力和重力既可作为作正功的驱动力,也可成为 作负功的阻力

❖阻抗力又可分为有益阻力和有害阻力。 （1）有益阻力——生产阻力（工作阻力），如切削力。 （2）有害阻力——非生产阻力，如摩擦力、介质阻力。 注意 摩擦力和重力既可作为作正功的驱动力，也可成为 作负功的阻力。 ✓有效功（输出功）：克服有效阻力所作的功。 ✓损耗功（输出功）：克服有害阻力所作的功

二、机构力分析的目的和方法 1.机构力分析的任务 1)确定运动副中的反力及各构件的受力; —设计构件的尺寸、形状、强度及整机效率等。 2)确定为了使机构原动件按给定规律运动时需加于机 械上的平衡力。 驱动力m 阻抗力确定机构所能克服的最大阻 力(即机器的工作能力)。 阻抗力m~驱动力确定原动机的功率

1. 机构力分析的任务 1）确定运动副中的反力及各构件的受力； 2） 确定为了使机构原动件按给定规律运动时需加于机 械上的平衡力。 ——设计构件的尺寸、形状、强度及整机效率等。 驱动力 阻抗力 确定机构所能克服的最大阻 力（即机器的工作能力）。 阻抗力 驱动力 确定原动机的功率。 二、机构力分析的目的和方法

2.机构力分析的方法 静力分析( static force analysis 用于低速,惯性力的影响不大。 动态静力分析( dynamic force analysis) 用于高速,重载,惯性力很大。 具体方法:利用达朗伯原理。有图解法和解析法

2. 机构力分析的方法 具体方法：利用达朗伯原理。有图解法和解析法。 静力分析 (static force analysis)—— 用于低速，惯性力的影响不大。 动态静力分析(dynamic force analysis)—— 用于高速，重载，惯性力很大

§4-2构件惯性力的确定 、一般力学方法 1.作平面复合运动的构件 令作平面复合运 动的构件上的惯 性力系可简化为: M 加于构件质心上S 的惯性力F和一 个惯性力偶M 用一个力简化之「F =- S I =-mas d S 绕质心的转动惯量

§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 ❖作平 面复合运 动的构件上的惯 性力系可简化为： 加于构件质心上S 的惯性力FI和一 个惯性力偶MI。  S a  S MI  FI  lh FI     = − = −      I S I S M J F ma 绕质心的转动惯量 用一个力简化之      = = = − S S I I h I S ma J F M l F ma     

2.作平面移动的构件 令等速运动:F1=0;M1=0 心变速运动:F=-mis;M1=0

2. 作平面移动的构件 ❖变速运动： ❖等速运动： FI = 0;MI = 0   FI = −maS ; MI = 0    B C  S as FI MI

3.绕定轴转动的构件 1)绕通过质心的定轴转动的构件 心等速转动:F=0;M1=0 变速运动:只有惯性力偶 P=0; M=-Jsa 2)绕不通过质心的定輻转动 令等速转动:产生离心惯性力 升D I=-mas; MI=0 令变速转动:F=-masi;M1=-Jsa 可以用总惯性力F1来代替F和M1,F'=F1,作用线由质心 S偏移b

1）绕通过质心的定轴转动的构件 3. 绕定轴转动的构件 PI MI JS s    = 0; = − 2）绕不通过质心的定轴转动 ❖等速转动： ❖等速转动：产生离心惯性力 ❖变速转动： ✓可以用总惯性力FI ’来代替FI和MI，FI ’ = FI，作用线由质心 S 偏移 lh I I h F M l = FI = 0;MI = 0   FI = −maS ; MI = 0         FI = −maS MI = −JS ; FI  FI ❖变速运动：只有惯性力偶

在确定构件惯性力时,如用一般的力学方法,就需先求出 构件质心的加速度和角加速度,如对一系列位置分析非常繁琐, 为简化,可采用质量代换法 质量代换法 1.质量代换法 按一定条件,把构件的质量假想地用集中于某几个选完的点 上的集中质量来代替的方法。 2.代换点和代换质量 令代换点:上述的选定点。 令代换质量:集中于代换点上的假想质量

二、质量代换法 1. 质量代换法 按一定条件，把构件的质量假想地用集中于某几个选定的点 上的集中质量来代替的方法。 2. 代换点和代换质量 ❖代换点：上述的选定点。 ❖代换质量：集中于代换点上的假想质量。 在确定构件惯性力时，如用一般的力学方法，就需先求出 构件质心的加速度和角加速度，如对一系列位置分析非常繁琐， 为简化，可采用质量代换法

3.质量代换条件 1)代换前后构件的质量不变;∑m1=m 2)代换前后构件的质心位置不变; 静 心以原构件的质心为坐标原点时,应满足:》代 换 m.x.=0 ∑ 0 动代换 3)代换前后构件对质心的转动惯量不变。 ∑m(x2+y2)

2）代换前后构件的质心位置不变； 3）代换前后构件对质心的转动惯量不变。        = =   = = 0 0 1 1 i n i i i n i i m y m x ( ) i i s n i i m x + y = J = 2 2 1 ❖以原构件的质心为坐标原点时，应满足： 3. 质量代换条件 m m n i  i = =1 1）代换前后构件的质量不变； 静 代 换 动 代 换