第四章平面機構(gòu)的力分析

1、1第四章平面機構(gòu)的力分析第四章平面機構(gòu)的力分析l 平面機構(gòu)力分析的學(xué)習(xí)方法平面機構(gòu)力分析的學(xué)習(xí)方法l 平面機構(gòu)的力分析平面機構(gòu)的力分析l 構(gòu)件慣性力的確定構(gòu)件慣性力的確定l 用圖解法作機構(gòu)的動靜態(tài)力分析用圖解法作機構(gòu)的動靜態(tài)力分析24.1 平面機構(gòu)力分析的學(xué)習(xí)方法平面機構(gòu)力分析的學(xué)習(xí)方法返回返回34.2 平面機構(gòu)的力分析平面機構(gòu)的力分析4.2.1 作用在機械上的力作用在機械上的力 按力的性質(zhì)：按力的性質(zhì)： 按力對機械運動的影響不同：按力對機械運動的影響不同：附加動力：在運動副反力中，由慣性力引起的部分稱為附加動壓力。附加動力：在運動副反力中，由慣性力引起的部分稱為附加動壓力。正壓力：運動副反力

2、的法向分力。正壓力：運動副反力的法向分力。摩擦力：運動副反力的切向分力。摩擦力：運動副反力的切向分力。驅(qū)動力：凡是驅(qū)使機械產(chǎn)生運動的力統(tǒng)稱為驅(qū)動力。驅(qū)動力：凡是驅(qū)使機械產(chǎn)生運動的力統(tǒng)稱為驅(qū)動力。阻抗力：凡是阻止機械產(chǎn)生運動的力統(tǒng)稱為阻抗力。阻抗力：凡是阻止機械產(chǎn)生運動的力統(tǒng)稱為阻抗力。阻抗力又可以分為兩種：有效阻力和有害阻力。阻抗力又可以分為兩種：有效阻力和有害阻力。有效阻力：工作阻力。它是機械在生產(chǎn)過程中為了改變工作物的外形、位置有效阻力：工作阻力。它是機械在生產(chǎn)過程中為了改變工作物的外形、位置 或形態(tài)等所受到的阻力，克服了這些阻力就完成了有效的工作?；蛐螒B(tài)等所受到的阻力，克服了這些阻力就完

3、成了有效的工作。 有害阻力：機械為了克服這類阻力所做的功是一種純粹的浪費。有害阻力：機械為了克服這類阻力所做的功是一種純粹的浪費。44.2.2 機構(gòu)力分析的目的機構(gòu)力分析的目的4.2.3 機構(gòu)力分析的方法機構(gòu)力分析的方法 靜力分析：在不計慣性力的條件下，對機械進行的靜力分析：在不計慣性力的條件下，對機械進行的力分析稱為機構(gòu)的靜力分析。使用于慣性力不大的低速力分析稱為機構(gòu)的靜力分析。使用于慣性力不大的低速機械。機械。 動態(tài)靜力分析：將慣性力視為一般外力加于產(chǎn)生該動態(tài)靜力分析：將慣性力視為一般外力加于產(chǎn)生該慣性力的構(gòu)件上，就可以將該構(gòu)件視為處于靜力平衡狀慣性力的構(gòu)件上，就可以將該構(gòu)件視為處于靜力平

4、衡狀態(tài)。仍采用靜力學(xué)方法對其進行受力分析。態(tài)。仍采用靜力學(xué)方法對其進行受力分析。 確定運動副中的反力。確定運動副中的反力。 確定為了使機構(gòu)原動件按給定規(guī)律運動時需加確定為了使機構(gòu)原動件按給定規(guī)律運動時需加于機械上的平衡力。于機械上的平衡力。返回返回54.3 構(gòu)件慣性力的確定構(gòu)件慣性力的確定4.3.1 一般力學(xué)方法一般力學(xué)方法 作平面復(fù)合運動的構(gòu)件：作平面復(fù)合運動的構(gòu)件：6構(gòu)件構(gòu)件BC在平面繞在平面繞B做旋轉(zhuǎn)運動和平面移動的復(fù)合運動。做旋轉(zhuǎn)運動和平面移動的復(fù)合運動。由于由于BC構(gòu)件不是繞質(zhì)心構(gòu)件不是繞質(zhì)心S旋轉(zhuǎn)，所以要受到過質(zhì)心的慣性旋轉(zhuǎn)，所以要受到過質(zhì)心的慣性P1和力偶矩和力偶矩M1。 P1的

5、方向與的方向與BC構(gòu)件加速度的方向相反。構(gòu)件加速度的方向相反。 為了計算方便用一個大小等于為了計算方便用一個大小等于P1，作用線由質(zhì)心，作用線由質(zhì)心S偏移一段偏移一段距離距離 的總慣性力來代替慣性力和力偶矩的總慣性力來代替慣性力和力偶矩。 s1maP sJM111/PMlhhl1P7作平面運動的構(gòu)件作平面運動的構(gòu)件作平面運動的構(gòu)件作平面運動的構(gòu)件由于沒有角加速度，所由于沒有角加速度，所以不會產(chǎn)生慣性力偶矩。以不會產(chǎn)生慣性力偶矩。 當(dāng)構(gòu)件有加速度時，當(dāng)構(gòu)件有加速度時，將產(chǎn)生一個加于物體質(zhì)將產(chǎn)生一個加于物體質(zhì)心的慣性力。心的慣性力。8繞定軸轉(zhuǎn)動的構(gòu)件繞定軸轉(zhuǎn)動的構(gòu)件繞通過質(zhì)心的定軸轉(zhuǎn)動的構(gòu)繞通過質(zhì)

6、心的定軸轉(zhuǎn)動的構(gòu)件件(如齒輪如齒輪,飛輪飛輪)，因其質(zhì)心的加，因其質(zhì)心的加速度為零，故慣性力為零。當(dāng)構(gòu)速度為零，故慣性力為零。當(dāng)構(gòu)件做變速運動時，將產(chǎn)生一慣性件做變速運動時，將產(chǎn)生一慣性力偶矩力偶矩 繞不通過質(zhì)心的定軸轉(zhuǎn)動繞不通過質(zhì)心的定軸轉(zhuǎn)動的構(gòu)件（如曲柄，凸輪等），的構(gòu)件（如曲柄，凸輪等），如果構(gòu)件是變速轉(zhuǎn)動，則將產(chǎn)如果構(gòu)件是變速轉(zhuǎn)動，則將產(chǎn)生慣性力生慣性力 SIJMs1maP 及慣性力偶矩及慣性力偶矩 SIJM94.3.2質(zhì)量代換法質(zhì)量代換法 我們可設(shè)想把構(gòu)件的質(zhì)量，按一定的條件，用集中于構(gòu)我們可設(shè)想把構(gòu)件的質(zhì)量，按一定的條件，用集中于構(gòu)件上某幾個選定點上的集中質(zhì)量來代替。這樣，只要求出

7、這件上某幾個選定點上的集中質(zhì)量來代替。這樣，只要求出這些集中質(zhì)量的慣性力就可以了，而無需求慣性力偶矩，從而些集中質(zhì)量的慣性力就可以了，而無需求慣性力偶矩，從而可以簡化機構(gòu)力的分析。這種按一定條件將構(gòu)件的質(zhì)量假象可以簡化機構(gòu)力的分析。這種按一定條件將構(gòu)件的質(zhì)量假象地用集中于若干選定點上的集中質(zhì)量來代換的方法稱為質(zhì)量地用集中于若干選定點上的集中質(zhì)量來代換的方法稱為質(zhì)量代換法。代換法。 質(zhì)量代換法的條件：質(zhì)量代換法的條件： 代換前后構(gòu)件的質(zhì)量不變；代換前后構(gòu)件的質(zhì)量不變； 代換前后構(gòu)件的質(zhì)心位置不變；代換前后構(gòu)件的質(zhì)心位置不變； 代換前后構(gòu)件對質(zhì)心的轉(zhuǎn)動慣量不變。代換前后構(gòu)件對質(zhì)心的轉(zhuǎn)動慣量不變。1

8、0作為平面運動的構(gòu)件，根據(jù)上述三個條件，可以列出下列方程作為平面運動的構(gòu)件，根據(jù)上述三個條件，可以列出下列方程式：式：SKBJkmbm22mmmKBkmbmKB解之可得解之可得: )/(kbmbmKmbJkS/)/(kbmkmB11 靜代換靜代換當(dāng)質(zhì)量代換僅滿足前兩個條件時為靜代換當(dāng)質(zhì)量代換僅滿足前兩個條件時為靜代換根據(jù)靜代換的要求，如前圖所示，取通過構(gòu)件根據(jù)靜代換的要求，如前圖所示，取通過構(gòu)件質(zhì)心質(zhì)心S之直線上的兩點，則可列出下列方程式：之直線上的兩點，則可列出下列方程式：mmmCBcmbmCB解之可得解之可得 :)/(cbmcmB)/(cbmbmC 動代換動代換當(dāng)質(zhì)量代換同時滿足前述三個條

9、件時為動代換當(dāng)質(zhì)量代換同時滿足前述三個條件時為動代換返回返回129 93 3 運動副中摩擦力的確定運動副中摩擦力的確定一、一、研究摩擦的目的研究摩擦的目的1. 摩擦對機器的不利影響摩擦對機器的不利影響1）造成機器運轉(zhuǎn)時的動力浪費）造成機器運轉(zhuǎn)時的動力浪費 機械效率機械效率 2）使運動副元素受到磨損）使運動副元素受到磨損零件的強度零件的強度 、機器的精度、機器的精度和工作可靠性和工作可靠性 機器的使用壽命機器的使用壽命 3）使運動副元素發(fā)熱膨脹）使運動副元素發(fā)熱膨脹 導(dǎo)致運動副咬緊卡死導(dǎo)致運動副咬緊卡死機器機器運轉(zhuǎn)不靈活；運轉(zhuǎn)不靈活； 4）使機器的潤滑情況惡化）使機器的潤滑情況惡化機器的磨損機器

10、的磨損 機器毀壞。機器毀壞。132. 摩擦的有用的方面：摩擦的有用的方面：一、一、研究摩擦的目的（續(xù)）研究摩擦的目的（續(xù)） 有不少機器，是利用摩擦來工作的。有不少機器，是利用摩擦來工作的。如帶傳動、摩擦如帶傳動、摩擦離合器和制動器等離合器和制動器等。14二、移動副中的摩擦二、移動副中的摩擦1. 移動副中摩擦力的確定移動副中摩擦力的確定F21=f N21v當(dāng)外載一定時，運動副兩元素間法向反力當(dāng)外載一定時，運動副兩元素間法向反力的大小與運動副兩元素的幾何形狀有關(guān)：的大小與運動副兩元素的幾何形狀有關(guān)：1 1）兩構(gòu)件沿單一平面接觸兩構(gòu)件沿單一平面接觸 N21= -QF21=f N21=f Q2）兩構(gòu)件

11、沿一槽形角為兩構(gòu)件沿一槽形角為2q q 的槽面接觸的槽面接觸N21sinq q = -QQffNFv 2121QfQffNFq qq qsinsin2121 vff q qsin令令15二、移動副中的摩擦（續(xù)）二、移動副中的摩擦（續(xù)）3）兩構(gòu)件沿圓柱面接觸兩構(gòu)件沿圓柱面接觸vN21是沿整個接觸面各處反力的總和。是沿整個接觸面各處反力的總和。v整個接觸面各處法向反力在鉛垂方向整個接觸面各處法向反力在鉛垂方向的分力的總和等于外載荷的分力的總和等于外載荷Q。 取取N21=kQ（k 11.57）kfQfNF 2121QfFv 21vfkf 令令QffNFv 2121v -當(dāng)量擦系數(shù)當(dāng)量擦系數(shù)4 4）標(biāo)

12、準式標(biāo)準式 不論兩運動副元素的幾何形狀如何，兩元素間產(chǎn)生的不論兩運動副元素的幾何形狀如何，兩元素間產(chǎn)生的滑動摩擦力均可用通式：滑動摩擦力均可用通式：來計算。來計算。16 二、移動副中的摩擦（續(xù)）二、移動副中的摩擦（續(xù)）5 5）槽面接觸效應(yīng)槽面接觸效應(yīng) 當(dāng)運動副兩元素為槽面或圓柱面接觸時，均有當(dāng)運動副兩元素為槽面或圓柱面接觸時，均有v 其它條件相同的情況下其它條件相同的情況下，沿槽面或圓柱面接觸的運動副沿槽面或圓柱面接觸的運動副兩元素之間所產(chǎn)生的滑動摩擦力兩元素之間所產(chǎn)生的滑動摩擦力平面接觸運動副元素之平面接觸運動副元素之間所產(chǎn)生的摩擦力間所產(chǎn)生的摩擦力。2. 移動副中總反力的確定移動副中總反力

13、的確定1 1）總反力和摩擦角總反力和摩擦角v總反力總反力R21 ：法向反力：法向反力N21和摩擦力和摩擦力F21的合力。的合力。v摩擦角摩擦角 ：總反力和法向反力之間的夾角。：總反力和法向反力之間的夾角。fNfNNFtg 21212121 172 2）總反力的方向總反力的方向二、移動副中的摩擦（續(xù)）二、移動副中的摩擦（續(xù)）vR21與移動副兩元素接觸面的公法線偏與移動副兩元素接觸面的公法線偏斜一摩擦角斜一摩擦角 ；vR21與公法線偏斜的方向與構(gòu)件與公法線偏斜的方向與構(gòu)件1相對相對于構(gòu)件于構(gòu)件2 的相對速度方向的相對速度方向v12的方向相反的方向相反)( QtgP3. 斜面滑塊驅(qū)動力的確定斜面滑塊

14、驅(qū)動力的確定 1）求使）求使滑塊滑塊1 沿斜面沿斜面 2 2 等速上行時等速上行時所需的水平驅(qū)動力所需的水平驅(qū)動力P根據(jù)力的平衡條件根據(jù)力的平衡條件（正行程）（正行程）0 QRP18)( QtgP 如果如果，P為負值，成為驅(qū)動力的一部分，作用為促為負值，成為驅(qū)動力的一部分，作用為促使滑塊使滑塊1沿斜面等速下滑。沿斜面等速下滑。二、移動副中的摩擦（續(xù)）二、移動副中的摩擦（續(xù)）2）求保持）求保持滑塊滑塊1 1沿斜面沿斜面2 2等速下滑等速下滑所需的水平力所需的水平力 P 根據(jù)力的平衡條件根據(jù)力的平衡條件注意注意 當(dāng)滑塊當(dāng)滑塊1下滑時，下滑時，Q為驅(qū)動力，為驅(qū)動力，P為阻抗力，其作用為為阻抗力，其作

15、用為阻止滑塊阻止滑塊1 加速下滑。加速下滑。（反行程）（反行程）0 QRP19v 將螺紋沿中徑將螺紋沿中徑d2 圓柱面展開，其螺紋將展成為一個斜圓柱面展開，其螺紋將展成為一個斜面，該斜面的升角面，該斜面的升角 等于螺旋在其中徑等于螺旋在其中徑d2上的螺紋升角。上的螺紋升角。22dzpdltg 三、螺旋副中的摩擦三、螺旋副中的摩擦l-導(dǎo)程，導(dǎo)程，z-螺紋頭數(shù)，螺紋頭數(shù)， p-螺距螺距1. 矩形螺紋螺旋副中的摩擦矩形螺紋螺旋副中的摩擦1）矩形螺紋螺旋副的簡化）矩形螺紋螺旋副的簡化v 螺旋副可以化為斜面機構(gòu)進行力分析。螺旋副可以化為斜面機構(gòu)進行力分析。20)( QtgP)(2222 QtgddPM三

16、、螺旋副中的摩擦（續(xù)）三、螺旋副中的摩擦（續(xù)）2）擰緊和放松力矩擰緊和放松力矩v擰緊：螺母在力矩擰緊：螺母在力矩M作用下作用下 逆著逆著Q力等速向上運動力等速向上運動，相相當(dāng)于在滑塊當(dāng)于在滑塊2上加一水平力上加一水平力P，使滑塊，使滑塊2 沿著斜面等速向上沿著斜面等速向上滑動?；瑒?。v 放松：螺母順著放松：螺母順著Q力的方向力的方向等速向下運動，相當(dāng)于滑塊等速向下運動，相當(dāng)于滑塊 2 沿著斜面等速向下滑。沿著斜面等速向下滑。)( QtgP)(2222 QtgddPM21矩形螺紋：矩形螺紋：QN三角形螺紋：三角形螺紋：QNcos cos NN三、螺旋副中的摩擦（續(xù)）三、螺旋副中的摩擦（續(xù)）2.

17、三角形螺紋螺旋副中的摩擦三角形螺紋螺旋副中的摩擦 1） 三角形螺紋與矩形螺紋的異同點三角形螺紋與矩形螺紋的異同點v運動副元素的幾何形狀不同運動副元素的幾何形狀不同在軸向載荷完全相同的情在軸向載荷完全相同的情況下，兩者在運動副元素間的法向反力不同況下，兩者在運動副元素間的法向反力不同接觸面間產(chǎn)接觸面間產(chǎn)生的摩擦力不同。生的摩擦力不同。v螺母和螺旋的相對運動關(guān)系完全相螺母和螺旋的相對運動關(guān)系完全相同同兩者受力分析的方法一致。兩者受力分析的方法一致。222）當(dāng)量摩擦系數(shù)和當(dāng)量摩擦角）當(dāng)量摩擦系數(shù)和當(dāng)量摩擦角 cosffv vvfarctg 3）擰緊和放松力矩）擰緊和放松力矩)(2222vQtgddP

18、M )(2222vQtgddPM 三、螺旋副中的摩擦（續(xù)）三、螺旋副中的摩擦（續(xù)）QfQfNfF sinsin 三角形螺紋宜用于聯(lián)接緊固；矩三角形螺紋宜用于聯(lián)接緊固；矩形螺紋宜用于傳遞動力。形螺紋宜用于傳遞動力。ffvMMffv cosffv231. 軸頸摩擦軸頸摩擦四、轉(zhuǎn)動副中的摩擦四、轉(zhuǎn)動副中的摩擦24v用總反力用總反力R21來表示來表示N21及及F21四、轉(zhuǎn)動副中的摩擦（續(xù)）四、轉(zhuǎn)動副中的摩擦（續(xù)）1）摩擦力矩和摩擦圓）摩擦力矩和摩擦圓v摩擦力摩擦力F21對軸頸形成的摩擦對軸頸形成的摩擦力矩力矩 2121RrRfQrfMvvf rfRMvf 21 v摩擦圓：以摩擦圓：以 為半徑所作的圓。

19、為半徑所作的圓。QrfrFMvf 21v由由QR21 fdMRM 21由力平衡條件由力平衡條件25四、轉(zhuǎn)動副中的摩擦（續(xù)）四、轉(zhuǎn)動副中的摩擦（續(xù)）2） 轉(zhuǎn)動副中總反力轉(zhuǎn)動副中總反力R21的確定的確定（1 1）根據(jù)力平衡條件，根據(jù)力平衡條件，R21Q（2 2）總反力總反力R21必切于摩擦圓。必切于摩擦圓。（3 3）總反力總反力R21對軸頸軸心對軸頸軸心O之之矩的方向必與軸頸矩的方向必與軸頸1相對于軸承相對于軸承2的角速度的角速度 w w1212的方向相反。的方向相反。注意注意 R21是構(gòu)件2作用到構(gòu)件1上的力，是構(gòu)件1所受的力。w12是構(gòu)件1相對于構(gòu)件2的角速度。構(gòu)件1作用到構(gòu)件2上的作用力R1

20、2對轉(zhuǎn)動副中心之矩，與構(gòu)件2相對于構(gòu)件1的角速度w12方向相反。 26fpdsfdNdFdMf RrRrfdfpfpdsM 22四、轉(zhuǎn)動副中的摩擦（續(xù)）四、轉(zhuǎn)動副中的摩擦（續(xù)）2. 止推軸承（軸端）的摩擦止推軸承（軸端）的摩擦ds=2d dF= fdN= f p dsdN=pdsv非跑合止推軸承摩擦：不經(jīng)常旋轉(zhuǎn)的軸端。如：圓盤摩非跑合止推軸承摩擦：不經(jīng)常旋轉(zhuǎn)的軸端。如：圓盤摩擦離合器、螺母與被聯(lián)接件端面之間的摩擦。擦離合器、螺母與被聯(lián)接件端面之間的摩擦。v跑合止推軸承摩擦：經(jīng)常有相對轉(zhuǎn)動的軸端。如止推軸跑合止推軸承摩擦：經(jīng)常有相對轉(zhuǎn)動的軸端。如止推軸頸和軸承之間的摩擦屬于此類。頸和軸承之間的摩

21、擦屬于此類。27)(21rRfQMf 四、轉(zhuǎn)動副中的摩擦（續(xù)）四、轉(zhuǎn)動副中的摩擦（續(xù)）2） 跑合的止推軸承：軸端各處壓強跑合的止推軸承：軸端各處壓強 p不不 相等，相等， p =常數(shù)常數(shù)1） 非跑合的止推軸承：軸端各處壓強非跑合的止推軸承：軸端各處壓強 p 相等相等 223333232322rRrRfQrRfpdfpMRrf QrRpdpfpdspNRrRr 222 22rRQp 284-4 4-4 不考慮摩擦?xí)r機構(gòu)的受力分析不考慮摩擦?xí)r機構(gòu)的受力分析不考慮摩擦?xí)r，機構(gòu)動態(tài)靜力分析的步驟為：不考慮摩擦?xí)r，機構(gòu)動態(tài)靜力分析的步驟為：1）求出各構(gòu)件的慣性力，并把其視為外力加于產(chǎn)生該慣）求出各構(gòu)件的

22、慣性力，并把其視為外力加于產(chǎn)生該慣性力的構(gòu)件上；性力的構(gòu)件上；2）根據(jù)靜定條件將機構(gòu)分解為若干個構(gòu)件組和平衡力作）根據(jù)靜定條件將機構(gòu)分解為若干個構(gòu)件組和平衡力作用的構(gòu)件；用的構(gòu)件；3）由離平衡力作用最遠的構(gòu)件組開始，對各構(gòu)件組進行）由離平衡力作用最遠的構(gòu)件組開始，對各構(gòu)件組進行力分析；力分析；4）對平衡力作用的構(gòu)件作力分析。）對平衡力作用的構(gòu)件作力分析。29 W、Mdv123456FrR （不計摩擦）（不計摩擦）RnnCOR（302PL+Ph31例：例：在如圖所示的牛頭刨床機構(gòu)中在如圖所示的牛頭刨床機構(gòu)中,已知：各構(gòu)件的尺寸、原動已知：各構(gòu)件的尺寸、原動件的角速度件的角速度w w1、刨頭的重量

23、、刨頭的重量Q5，機構(gòu)在圖示位置時刨頭的，機構(gòu)在圖示位置時刨頭的慣性力慣性力PI5，刀具此時所受的切削阻力，刀具此時所受的切削阻力(即生產(chǎn)阻力即生產(chǎn)阻力)Pr。試求：機構(gòu)各運動副中的反力及需要施于原動件試求：機構(gòu)各運動副中的反力及需要施于原動件1上的平衡上的平衡力偶矩力偶矩(其他構(gòu)件的重力和慣性力等忽略不計其他構(gòu)件的重力和慣性力等忽略不計)。解：解：1、將該機構(gòu)分解為構(gòu)件、將該機構(gòu)分解為構(gòu)件5與與4及構(gòu)件及構(gòu)件3與與2所組成的兩所組成的兩個靜定桿組，和平衡力作個靜定桿組，和平衡力作用的構(gòu)件用的構(gòu)件1。2、按上述次序進行分析。、按上述次序進行分析。32，deRP65eaRP 45v對對E點取矩點

24、取矩R65的作用線的位置的作用線的位置65565RlPlQlhrrhqh 例例2（續(xù)）（續(xù)）1）構(gòu)件組）構(gòu)件組5、4的受力分析的受力分析大?。捍笮。?？ ？方向：方向： R65lh650456555RRPQPIr332）構(gòu)件組）構(gòu)件組3、2的受力分析的受力分析取構(gòu)件取構(gòu)件3為研究對象，為研究對象，0RRR634323 v R23的大小和方向：的大小和方向： 2為二力構(gòu)件為二力構(gòu)件 R23= R32 = R12 R23作用于點作用于點C，且與導(dǎo)桿且與導(dǎo)桿3垂直垂直構(gòu)件構(gòu)件3對點對點B取矩取矩BClRRh434323 v由圖解法由圖解法faRP 63例例2（續(xù)）（續(xù)）大小：大?。?可求出可求出 ？

25、方向：方向： 343）原動件）原動件1的受力分析的受力分析v對點對點A取矩：取矩：2121hblRM v根據(jù)構(gòu)件根據(jù)構(gòu)件1的力平衡條件的力平衡條件機架對該構(gòu)件的反力：機架對該構(gòu)件的反力：2161RR 例例2（續(xù)）（續(xù)）vR21= R12 = R32 354-5 4-5 考慮摩擦?xí)r機構(gòu)的受力分析考慮摩擦?xí)r機構(gòu)的受力分析考慮摩擦?xí)r，機構(gòu)受力分析的步驟為：考慮摩擦?xí)r，機構(gòu)受力分析的步驟為：1）計算出摩擦角和摩擦圓半徑，并畫出摩擦圓；）計算出摩擦角和摩擦圓半徑，并畫出摩擦圓；2）從二力桿著手分析，根據(jù)桿件受拉或受壓及該桿相對于）從二力桿著手分析，根據(jù)桿件受拉或受壓及該桿相對于另一桿件的轉(zhuǎn)動方向，求得作

26、用在該構(gòu)件上的二力方向；另一桿件的轉(zhuǎn)動方向，求得作用在該構(gòu)件上的二力方向；3）對有已知力作用的構(gòu)件作力分析；）對有已知力作用的構(gòu)件作力分析；4）對要求的力所在構(gòu)件作力分析。）對要求的力所在構(gòu)件作力分析。36例例1:如圖所示為一四桿機構(gòu)。曲柄如圖所示為一四桿機構(gòu)。曲柄1為主動件，在力矩為主動件，在力矩M1的的作用下沿作用下沿w w1方向轉(zhuǎn)動，試求轉(zhuǎn)動副方向轉(zhuǎn)動，試求轉(zhuǎn)動副 B及及 C中作用力的方中作用力的方向線的位置。向線的位置。（圖中虛線小圓為摩擦圓。解題時不考慮構(gòu)件的自（圖中虛線小圓為摩擦圓。解題時不考慮構(gòu)件的自重及慣性力。重及慣性力。 ）解：解：1）在不計摩擦?xí)r，各轉(zhuǎn)動副中的作用力應(yīng)通過軸

27、頸中心）在不計摩擦?xí)r，各轉(zhuǎn)動副中的作用力應(yīng)通過軸頸中心 構(gòu)件構(gòu)件 2 2為二力桿為二力桿此二此二力大小力大小相等、方向相反、作用在同一條相等、方向相反、作用在同一條直線上，作用線與軸頸直線上，作用線與軸頸B B、C 的的中心連線重合。中心連線重合。分析：分析：由機構(gòu)的運動情況由機構(gòu)的運動情況連桿連桿2 受受拉力。拉力。B372）當(dāng)計及摩擦?xí)r，作用力應(yīng)切于摩擦圓。）當(dāng)計及摩擦?xí)r，作用力應(yīng)切于摩擦圓。分析：分析：轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動副B處：構(gòu)件處：構(gòu)件2、1之間的夾角之間的夾角g g 逐漸逐漸減少減少w w21為順時針方向為順時針方向2受拉力受拉力作用力作用力R12切于摩擦圓上方。切于摩擦圓上方。在轉(zhuǎn)動副在

28、轉(zhuǎn)動副C處：構(gòu)件處：構(gòu)件2、3之間的夾角之間的夾角 逐漸增大逐漸增大w w2323為順時針方向。為順時針方向。R32切于摩擦圓下方。切于摩擦圓下方。構(gòu)件構(gòu)件2在在R12、R32二力個作用下平衡二力個作用下平衡 R32 和和R12共線共線 R32 和和R12的作用線切于的作用線切于B 處摩擦圓上方和處摩擦圓上方和C 處摩擦圓的下方。處摩擦圓的下方。例例1(續(xù)）續(xù)）38vw w14為逆時針方向為逆時針方向例例2: 在上例所研究的四桿機構(gòu)中在上例所研究的四桿機構(gòu)中, 若驅(qū)動力矩若驅(qū)動力矩M1的值為已知的值為已知, 試求在圖示位置時各運動副中的作用力及構(gòu)件試求在圖示位置時各運動副中的作用力及構(gòu)件3上所

29、能上所能承受的阻抗力矩承受的阻抗力矩(即平衡力矩即平衡力矩)M3。（。（解題時仍不考慮構(gòu)件解題時仍不考慮構(gòu)件的重量及慣性力）的重量及慣性力）解：解： 1）取曲柄）取曲柄1為分離體為分離體v曲柄曲柄1在在R21、R41及力矩及力矩M1的作用下平衡的作用下平衡R41= -R21R21R41vR21= -R12vR41與與R21的力偶矩與力矩的力偶矩與力矩M1平衡平衡R41與與R21平行且切于平行且切于A處摩擦圓下方。處摩擦圓下方。 M1=R21LLMRRR1211232 39例例2（續(xù)）續(xù)）2）取構(gòu)件取構(gòu)件3為分離體為分離體v根據(jù)力平衡條件根據(jù)力平衡條件 R23= -R43R23= -R32vw

30、w34（即（即w w3）為逆時針方向）為逆時針方向R43切于切于D處摩擦圓上方處摩擦圓上方R23R43構(gòu)件構(gòu)件3上所能承受的阻抗力矩上所能承受的阻抗力矩M3為：為： M3=R23 LL為為R23與與R43之間的力臂。之間的力臂。40例例3如圖所示為一曲柄滑塊機構(gòu)，設(shè)各構(gòu)件的尺寸如圖所示為一曲柄滑塊機構(gòu)，設(shè)各構(gòu)件的尺寸(包括轉(zhuǎn)動包括轉(zhuǎn)動副的半徑副的半徑)已知，各運動副中的摩擦系數(shù)均為已知，各運動副中的摩擦系數(shù)均為f，作用在滑，作用在滑塊上的水平阻力為塊上的水平阻力為Q，試對該機構(gòu)在圖示位置時進行力分，試對該機構(gòu)在圖示位置時進行力分析析(設(shè)各構(gòu)件的重力及慣性力均略而不計設(shè)各構(gòu)件的重力及慣性力均略而

31、不計)，并確定加于點，并確定加于點B與曲柄與曲柄AB垂直的平衡力垂直的平衡力Pb的大小。的大小。解解 :1）根據(jù)已知條件作出）根據(jù)已知條件作出各轉(zhuǎn)動副處的摩擦圓各轉(zhuǎn)動副處的摩擦圓(如圖中虛線小圓所示如圖中虛線小圓所示)。2）取二力桿連桿）取二力桿連桿3為研究對象為研究對象v構(gòu)件構(gòu)件3在在B、C兩運動副處分別受到兩運動副處分別受到R23及及R43的作用的作用R23和和R43分別切于該兩處的摩擦圓外，且分別切于該兩處的摩擦圓外，且R23=-R43。R23R4341R23R43例例3（續(xù)）（續(xù)）滑塊滑塊4 在在Q、R34及及R14三個力的作用下平衡三個力的作用下平衡3）根據(jù)）根據(jù)R23及及R43的方

32、向，定的方向，定出出R23及及R43的方向。的方向。4）取滑塊）取滑塊4為分離體為分離體R32R43且三力應(yīng)匯于一點且三力應(yīng)匯于一點F R145）取曲柄）取曲柄2為分離體為分離體曲柄曲柄2在在Pb 、 R32和和R12作用下平衡作用下平衡 PbR32R120R12E6）用圖解法求出各運動副的反力）用圖解法求出各運動副的反力R14、R34(= -R43)、R32(= -R23= R43)、R12、及平衡、及平衡力力Pb的大小。的大小。QR34R140424.6用圖解法作機構(gòu)的動態(tài)靜力分析用圖解法作機構(gòu)的動態(tài)靜力分析4.6.1構(gòu)件組的靜定條件構(gòu)件組的靜定條件根據(jù)構(gòu)件組所能列出的獨立的平衡方程式的數(shù)

33、目，應(yīng)等于構(gòu)根據(jù)構(gòu)件組所能列出的獨立的平衡方程式的數(shù)目，應(yīng)等于構(gòu)件組中所有力的未知要素數(shù)目。件組中所有力的未知要素數(shù)目。 轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動副當(dāng)不考慮摩擦?xí)r，轉(zhuǎn)動當(dāng)不考慮摩擦?xí)r，轉(zhuǎn)動副中的總反力應(yīng)通過副中的總反力應(yīng)通過轉(zhuǎn)動副的中心轉(zhuǎn)動副的中心O。即反。即反力的作用點為已知，力的作用點為已知，而其大小及方向未知而其大小及方向未知 RR43 移動副移動副當(dāng)不考慮摩擦?xí)r，移動當(dāng)不考慮摩擦?xí)r，移動副的總反力副的總反力 應(yīng)與移動應(yīng)與移動副兩元素的接觸面垂直。副兩元素的接觸面垂直。即反力即反力 的方向為已知，的方向為已知，而其大小和作用點未知而其大小和作用點未知 RR44 平面高副平面高副當(dāng)不考慮摩擦?xí)r，高副當(dāng)不

34、考慮摩擦?xí)r，高副兩元素間之反力兩元素間之反力 應(yīng)通應(yīng)通過接觸點過接觸點C，并沿兩元，并沿兩元素的公法線方向，既反素的公法線方向，既反力力 的作用點和方向均的作用點和方向均為已知，僅大小為未知。為已知，僅大小為未知。RR45hlppn 23123pn 結(jié)論：當(dāng)作用在該構(gòu)件組各構(gòu)件上的外力均為已知時，該構(gòu)結(jié)論：當(dāng)作用在該構(gòu)件組各構(gòu)件上的外力均為已知時，該構(gòu)件組的靜定條件應(yīng)為件組的靜定條件應(yīng)為:而當(dāng)構(gòu)件組僅有低副時，則為而當(dāng)構(gòu)件組僅有低副時，則為:所有的基本桿組都滿足靜定條件，即所有的基本所有的基本桿組都滿足靜定條件，即所有的基本桿組都是靜定桿組。桿組都是靜定桿組。464.6.2 機構(gòu)的動態(tài)靜力分析機構(gòu)的動態(tài)靜力分析 求出各件的慣性力，并把它們視為外力加于產(chǎn)生這些慣性求出各件的慣性力，并把它們視為外力加于產(chǎn)生這些慣性力的構(gòu)件上力的構(gòu)件上 然后根據(jù)靜定條件將機構(gòu)分解為若干個構(gòu)件組和平衡力作然后根據(jù)靜定條件將機構(gòu)分解為若干個構(gòu)件組和平衡力作用的構(gòu)件用的構(gòu)件 力分析的順序先由離平衡力作用的構(gòu)件最遠的構(gòu)件組開始，力分析的順序先由離平衡力作用的構(gòu)件最遠的構(gòu)件組開始，逐步推算到平衡力作用的構(gòu)件逐步推算到平衡力作用的構(gòu)件4748 圖解法主要思路圖解法主要思路：圖解法主要利用了平衡物體所受的作：圖解法主要利用了平衡物體所受的作