平面机构的力分析..

•作用力：原动力、生产阻力、重力、摩擦力、惯性力、运动副反力等按力对机械运动影响不同分类：•驱动力：驱使机械运动的力•阻抗力：阻止机械运动的力–有效阻力–有害阻力§4-1机构力分类及研究方法一、机构力分类•确定运动副的反力•确定机械上的平衡力（或平衡力偶）二、机构力分析的目的动态静力法——动静法•达朗伯原理–假想地在运动的构件上加上惯性力，则构件在主动力、约束力及惯性力作用下处于平衡•动态静力分析——动静法：–根据达朗伯原理将构件运动时产生的惯性力作为已知外力加在相应的构件上，将动态受力系统转化为瞬时静力平衡系统，用静力学的方法对机构进行受力分析，即动态静力分析。•动静法将动力学问题转化为静力学问题，因而可运用全部静力学知识与解题技巧求解。•机构的动态静力分析从本质上讲，仍然是一种在假定条件下的受力分析，但它的分析结果较静力分析更接近机构的真实受力情况。这种受力分析方法是中、高速机械受力分析主要采用的方法。惯性力Inertiaforce：•任何物体都将给予企图改变它运动状态的其它物体以阻力•当物体受到力的作用，其运动状态发生变化时，由于物体的惯性，对外界产生反作用，抵抗运动的变化。这种抵抗力称为惯性力•惯性力的大小等于质量乘加速度，方向与加速度相反，作用在使此物体上构件惯性力的确定：•作平面移动构件•绕定轴转动构件•作平面复合运动构件cmaFsmaFsJMsmaFsJM一、一般力学方法一、摩擦概述二、移动副中的摩擦三、螺旋副中的摩擦四、转动副中的摩擦五、摩擦在机械中的应用§4-3运动副中摩擦力的确定•移动副中的摩擦是运动副中摩擦的一种简单的形式，广泛存在于机械运动中。分三种情况介绍：•1平面摩擦•2斜面摩擦•3槽面摩擦2112二、移动副中的摩擦21F1平面摩擦力分析：•摩擦力：•总反力：•摩擦角•总反力FR21与相对移动速度v21之间的夹角为钝角(90O+j)•平衡条件：•自锁条件：当bj时，滑块自锁v12jFR21Ff21GFN212121fNFfF212121RNfFFF21212121tanfNNNFfFfFFarctanfFRb210RFGF210RRFF2斜面摩擦分析使滑块等速运动所需要的水平力等速上升：•平衡条件：•驱动力：等速下滑：•平衡条件：•维持力：自锁条件：•当αj时，F’0，原工作阻力F’反向作用，作为驱动力时，滑块才能移动•结论：当αj时，滑块自锁ααFGR21α+jVGFFNFfvF’Gα–jFR21’FR21’GF’FN’Ff’jFR21210RFGFtan()FGjj21'0RFGF'tan()FGj3槽面摩擦力分析：•摩擦力：•当量摩擦角：2121fNFfF12G212NF212NF2jv212NF212NFG思考:与平面摩擦比较？结论：槽面的摩擦力大于平面的摩擦力21sinfGFf21fvFfGtansinvvffarctanvvf1111PV121FR21FN21Ff12G1矩形螺纹•螺旋副（螺母与螺杆）的相对运动滑块沿斜面运动•假设：1)载荷分布在中线上;2)单面产生摩擦力•螺旋升角Gd2dd1αd2s=zpv12FR21nnFGα22tanszpdd拧紧力tan()FG22tan()22ddMFG拧紧力矩防松力'tan()FG22''tan()22ddMFG防松力矩自锁条件'tan()0FGαj效率/tan/tan()rdWW2三角形螺纹•反力•摩擦力•当量摩擦角GFN/2FN/2GFN’FN’bb900-b900-bbb2'cosvNfGFFfffGb2'cosNFGbarctanarctancosvvffb3三角形螺纹•拧紧力•拧紧力矩''tan()22vddMFGtan()vFG22tan()22vddMFG'tan()vFG自锁条件'tan()0vFGαjv效率/tan/tan()rdvWW•防松力•防松力矩GFN/2FN/2GFN’FN’bb900-b900-bbb•转动副按载荷作用情况的不同，可分为两种：•1轴颈的摩擦——径向轴颈与轴承•2轴端的摩擦——止推轴颈与轴承21四、转动副中的摩擦1轴颈的摩擦•当量摩擦系数21vffMFrfrG2121fNvFfFfG摩擦力矩12Md12rGFR21轴承轴颈轴vjFN21总反力21RFG力平衡21RdfMFM力矩平衡即21vRfMFfrGrfv对于具体的轴颈，为定值，是摩擦圆半径摩擦圆212121RNfFFF12FFR21FFR211221FFR211221转动副总反力方位线的确定1）FR21与载荷F大小相等，方向相反；2）FR21的作用线必切于摩擦圆；3）FR21产生的摩擦力矩与12转动方向相反。轴颈的摩擦小结•总反力FR21与载荷G大小相等，方向相反•FR21产生的摩擦力矩与轴转动角速度12的方向相反•FR21的作用线必切于摩擦圆•若将驱动力矩Md用载荷G表示(即G’等效代替G、Md)•当e时，MdMf,则轴颈将加速运动•当e=时，Md=Mf,则轴颈保持平衡•当e时，MdMf,则轴颈将减速直至停止•自锁条件：当e时，不论G多大，也无法使轴转动12Md12rGFR21vjFN21'dMGeGeG’e例题1：一四杆机构如图，曲柄1为主动件，在力矩M1的作用下沿1方向转动。试求各转动副中作用力的方向线。图中虚线小圆为摩擦圆。解题时不考虑构件的自重及惯性力。解：•各杆均视为二力杆；•2杆为拉杆；•摩擦力矩的作用与驱动力矩相反b4AD1231M1BCM3FR32FR12FR41R23FR21FR432轴端的摩擦——止推轴承•摩擦力矩的计算设压强为p微环上正压力dFN=pds摩擦力dFf=fpds摩擦力矩dMf=dFf=fpds21G2r2RdMdRr•总摩擦力矩RrRrRrffdpffpdsdMM22212r2R22RfrMfpd2RfrMfpd2()RrGpdspRr？为什么止推轴承一般采用空心轴端•新轴端:P=常数=G/(R2-r2)•跑合轴端：p=常数33332222()33RrfpRrfGRr22()2RrfpRrfG2轴端的摩擦——止推轴承