材料力學(xué)-平面機(jī)構(gòu)的力分析

第九章平面機(jī)構(gòu)的力分析§9-1研究機(jī)構(gòu)力分析的目的和方法1一、作用于機(jī)構(gòu)中力的分類１）驅(qū)動(dòng)力：使機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的力。作正功-輸入功２）阻力：阻止運(yùn)動(dòng)的力。作負(fù)功有效阻力（工作阻力）－有效功或輸出功有害阻力：損失功３）運(yùn)動(dòng)副反力：運(yùn)動(dòng)副中產(chǎn)生的反作用法向反力－正壓力切向反力－摩擦力４）重力：作用于構(gòu)件質(zhì)心上的地球引力５）慣性力：加在變速運(yùn)動(dòng)構(gòu)件上的虛擬力2注意:運(yùn)動(dòng)副反力---對(duì)整體機(jī)構(gòu)而言是內(nèi)力，但對(duì)于單個(gè)構(gòu)件或桿組分析時(shí)則是外力。平衡力或平衡力矩---與驅(qū)動(dòng)力或阻力相平衡的未知外力(或力矩)

3二、研究機(jī)構(gòu)力分析的目的和方法

研究機(jī)構(gòu)力分析的目的１）確定機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)副反力２）確定機(jī)構(gòu)需加的平衡力或平衡力矩研究機(jī)構(gòu)力分析方法低速:靜力計(jì)算高速:動(dòng)力計(jì)算--動(dòng)態(tài)靜力法(對(duì)整個(gè)機(jī)構(gòu)或其中構(gòu)件皆可用靜力平衡計(jì)算)

具體解題方法：圖解法和解析法4§9－2構(gòu)件慣性力的確定一、構(gòu)件慣性力的計(jì)算具有質(zhì)量對(duì)稱平面的剛體作平面運(yùn)動(dòng)時(shí),其慣性力系可簡(jiǎn)化一力和一力偶矩56作平面復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件的慣性力和慣性力矩的關(guān)系把慣性力和慣性力矩合成一個(gè)慣性力，其偏離質(zhì)心距離為h71.質(zhì)量代換法：按一定條件將構(gòu)件的分布質(zhì)量用集中在若干選定點(diǎn)的假想質(zhì)量來代換的方法.2.代換質(zhì)量：假想的集中質(zhì)量；3.代換點(diǎn)：代換質(zhì)量所集中的點(diǎn)；4.代換條件：

1）集中在代換點(diǎn)的質(zhì)量總和應(yīng)等于原構(gòu)件質(zhì)量，即代換前后質(zhì)量不變；

2）集中在各代換點(diǎn)的質(zhì)量的總質(zhì)心與原構(gòu)件的質(zhì)心重合，即代換前后質(zhì)心位置不變；

3）集中在各代換點(diǎn)的質(zhì)量對(duì)質(zhì)心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量總和應(yīng)等于原構(gòu)件對(duì)該軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，即代換前后對(duì)質(zhì)心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不變；二、質(zhì)量代換法85.靜代換與動(dòng)代換

1）滿足前兩個(gè)條件的代換為靜代換，特點(diǎn)是代換前后慣性力不變；靜力效應(yīng)相同；

2）滿足三個(gè)條件的代換為動(dòng)代換，特點(diǎn)是代換前后慣性力和慣性力偶矩都不變，動(dòng)力效應(yīng)相同。注意：代換質(zhì)量常用兩個(gè)或三個(gè)，多用兩個(gè)9§9-3

運(yùn)動(dòng)副中摩擦力的確定10一、移動(dòng)副中的摩擦力1.平面移動(dòng)副中的摩擦力1)β<，減速或不動(dòng)-自鎖2)β＝，保持狀態(tài)不變3)b>j，加速運(yùn)動(dòng)(外力F方向在ab面之內(nèi))RBANVABFxFfaFyFbBAβ11外力F方向在ab面之外時(shí)12θθΦ△NNABQxyzQFRBAFf2θ90°-θ90°-θNQNBA2.楔形面移動(dòng)副中的摩擦力當(dāng)量摩擦系數(shù)和當(dāng)量摩擦角在z向，RBA與y向夾角△13例9-1在G作用下，不下滑其質(zhì)心S與軸線的距離h力平衡

平衡力矩又，不下滑14解題步驟

1）求摩擦角或摩擦圓半徑

2）受力分析

3）列矢量方程

4）取比例尺，畫力多邊形

5）據(jù)正弦定理列等式，求解未知量注意：已知條件是數(shù)據(jù)的計(jì)算可以直接按比例尺作圖求解；是字母時(shí)則用正弦定理求解。15二、轉(zhuǎn)動(dòng)副中的摩擦力徑向軸頸止推軸頸161.徑向軸頸轉(zhuǎn)動(dòng)副中的摩擦力rQABωAB

MRBA

Ff

N

O

ρ17Q與M

合并1)h<r，自鎖2)h＝r，保持3)h>r，加速轉(zhuǎn)動(dòng)副中總反力確定1）據(jù)靜力平衡確定基本受力方向2）與摩擦圓相切3）阻礙相對(duì)轉(zhuǎn)向18例9-2

軸頸的摩擦圓偏心圓盤與工件摩擦角自鎖條件:反力R12與摩擦圓相切或相割1920例9-3計(jì)算各轉(zhuǎn)動(dòng)副摩擦圓的半徑確定連桿兩轉(zhuǎn)動(dòng)副的摩擦力作用線確定轉(zhuǎn)動(dòng)副A的反力確定轉(zhuǎn)動(dòng)副D的反力(注:1.二力桿

2.三力匯交平衡)21DCBA3412Eω12

ω32

CB2ω32

ω12

FR21R23R23R21M3R43ω34

R41ω14

h22DCBA3412Eω12

ω32

FR23R21M3R43ω34

R41ω14

232.止推軸頸轉(zhuǎn)動(dòng)副中的摩擦力非跑合跑合注意：當(dāng)量摩擦半徑與壓力強(qiáng)度的分布規(guī)律相關(guān)24例9-425§9-4不考慮摩擦力的機(jī)構(gòu)力分析26一、動(dòng)態(tài)靜力法的應(yīng)用及靜定條件分析步驟：運(yùn)動(dòng)分析－確定慣性力和慣性力矩從已知外力的構(gòu)件開始計(jì)算運(yùn)動(dòng)副反力計(jì)算平衡力及其所作用構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)副反力對(duì)每一個(gè)構(gòu)件存在2個(gè)力平衡方程和一個(gè)力矩平衡方程整個(gè)機(jī)構(gòu)可列出3n個(gè)方程,據(jù)靜定條件有：

3n=227281324CBADS2S3xx(a)二、實(shí)例例9-5

作用在E點(diǎn)沿已知方向xx的平衡力Fb以及各運(yùn)動(dòng)副中的反力EG2G3291324CBADS2S3xxFr解：(1)運(yùn)動(dòng)分析(a)取μL、μv、μa作運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖、速度多邊形、加速度多邊形G2G330（2）求各構(gòu)件的慣性力及慣性力矩①對(duì)于構(gòu)件2②對(duì)于構(gòu)件31324CBADS2S3xxFr(a)Ehi2hi３Fi2′Fi３′G2G331（3）確定各運(yùn)動(dòng)副反力及平衡力從已知量開始1)求桿組2、3各運(yùn)動(dòng)副反力32CBDS2S3Frhi2hi３Fi2′Fi３′G2G3h1h3h2hrh4323332CBDS2S3Frhi2hi３Fi2′Fi３′G2G3h1h3h2hrh4agfecdbjiG3G2R43R32R4134agfecdbjiG3G2R43R32R41kR41FbxxOABER2135agfecdbjiG3G2R43R32R41kR41FbxxOABER21363732CBDS2S3Frhi2hi３Fi2′Fi３′G2G3（3）確定各運(yùn)動(dòng)副反力及平衡力從已知量開始1)求桿組2、3各運(yùn)動(dòng)副反力3839例9-640例9-741§9－5速度多邊形杠桿法42根據(jù)