第五章平面机构的力分析 内容简介 1平面机构的力分析: 确定各运动副中的约束反力和平衡力(或平衡力矩) 动态静力分析法中的解析法 平衡力和平衡力矩的概念及其直接解析确定法; 构件惯性力的确定。 2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; 机构的自锁。 学习要求 会确定惯性力和惯性力偶并将其合成为总惯性力; 掌握平衡力和平衡力矩、平面机构动态静力分析和机械效率的概念及其计算; 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; 掌握机构自锁的概念及其判断
第五章 平面机构的力分析 内容简介 1.平面机构的力分析: 确定各运动副中的约束反力和平衡力（或平衡力矩）; 动态静力分析法中的解析法； 平衡力和平衡力矩的概念及其直接解析确定法； 构件惯性力的确定。 2.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; 机构的自锁。 学习要求 会确定惯性力和惯性力偶并将其合成为总惯性力； 掌握平衡力和平衡力矩、平面机构动态静力分析和机械效率的概念及其计算； 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; 掌握机构自锁的概念及其判断
本章重点 平衡力(包括平衡力矩)的概念及其直接确定的方法;用解析法作 平面机构力分析的方法;机械效率的概念及其计算;机构自锁的概 念及其判断。本章的难点是:考虑摩擦时平面机构中各总反力作用 线的方向和位置如何确定。 主要内容 第一节概述 第二节作用在机械上的力 第三节不考虑摩擦时平面机构的动态静力分析 第四节平衡力和平衡力矩的直接解析确定 第五节机械的效率和运动副中的摩擦及自锁
本章重点 平衡力（包括平衡力矩）的概念及其直接确定的方法；用解析法作 平面机构力分析的方法；机械效率的概念及其计算；机构自锁的概 念及其判断。本章的难点是：考虑摩擦时平面机构中各总反力作用 线的方向和位置如何确定。 主要内容 第一节 概述 第二节 作用在机械上的力 第三节 不考虑摩擦时平面机构的动态静力分析 第四节 平衡力和平衡力矩的直接解析确定 第五节 机械的效率和运动副中的摩擦及自锁
第一节概述 学习要求 本节要求了解机构力分析的任务、原理和方法 主要内容 机构力分析的任务; 机构力分析的原理和方法
第一节 概述 • 学习要求 本节要求了解机构力分析的任务、原理和方法 • 主要内容 机构力分析的任务； 机构力分析的原理和方法
概述 机构力分析的任务 1.机构力分析的任务 ·(1)确定各运动副中的约束反力,用于强度设计、估算机械 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 2.平衡力和平衡力矩的概念 所谓平衡力(矩)是与作用在机械上的已知外力(包括外力 矩)以及当该机械按给定规律运动时各构件的惯性力(包括 惯性力矩)相平衡的未知力(矩)。 3.说明 在对机构进行力分析的过程中,不考虑运动副中的间隙,且 只涉及由刚性构件构成的平面机构力分析的有关问题
机构力分析的任务 • 1. 机构力分析的任务 • (1) 确定各运动副中的约束反力，用于强度设计 、估算机械 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。 • 2. 平衡力和平衡力矩的概念 所谓平衡力（矩）是与作用在机械上的已知外力（包括外力 矩）以及当该机械按给定规律运动时各构件的惯性力（包括 惯性力矩）相平衡的未知力（矩）。 • 3. 说明 在对机构进行力分析的过程中，不考虑运动副中的间隙，且 只涉及由刚性构件构成的平面机构力分析的有关问题。 概述
概述 机构力分析的原理和方法 1.机构力分析的原理 根据达伦伯尔原理,将惯性力和惯性力矩看作外力加在相应的 构件上,动态的机构就可以被看作处于静力平衡状态,从而用静 力学的方法进行分析计算,称为机构的动态静力分析法 2.机构力分析的方法 (1)图解法: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。 (2)解析法: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。这里只介绍后 者
机构力分析的原理和方法 • 1. 机构力分析的原理 根据达伦伯尔原理，将惯性力和惯性力矩看作外力加在相应的 构件上,动态的机构就可以被看作处于静力平衡状态，从而用静 力学的方法进行分析计算，称为机构的动态静力分析法。 • 2. 机构力分析的方法 (1) 图解法: 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。 (2) 解析法: 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。这里只介绍后 者。 概述
第二节作用在机械上的力 学习要求 熟悉作用在机械上的各力的名称及其概念,掌握作转 动、移动和一般平面运动的构件惯性力和惯性力偶的确定 方法。 主要内容 作用在机械上的力; 构件惯性力和惯性力偶的确定; 本节例题
第二节 作用在机械上的力 学习要求 熟悉作用在机械上的各力的名称及其概念，掌握作转 动、移动和一般平面运动的构件惯性力和惯性力偶的确定 方法。 主要内容 作用在机械上的力； 构件惯性力和惯性力偶的确定； 本节例题
作用在机械上的力 作用在机械上的力 惯性力(矩):由于构件的变速运动而产生的。当构件加速运 动时,是阻力(矩);当构件减速运动时,是驱动力(矩)。 1.给定力 驱动力和驱动力矩—→输入功 外加力 工作阻力(矩)→输出功或有益功 阻力和阻力矩 有害阻力(矩)→损失功 法向反力 2.约束反力 切向反力,即摩擦力 约束反力对机构而言是内力,对构件而言是外力。 单独由惯性力(矩)引起的约束反力称为附加动压力
作用在机械上的力 惯性力（矩）:由于构件的变速运动而产生的。当构件加速运 动时，是阻力（矩）；当构件减速运动时，是驱动力(矩)。 1．给定力 驱动力 和驱动力矩 输入功 外加力 工作阻力（矩） 输出功或有益功 阻力和阻力矩 有害阻力（矩） 损失功 法向反力 2．约束反力 切向反力, 即摩擦力 约束反力对机构而言是内力，对构件而言是外力。 单独由惯性力（矩）引起的约束反力称为附加动压力。 作用在机械上的力
构件惯性力和惯性力偶的确定 作用在机械上的力 ·1.作一般平面运动且具有平行于运动平面的对称面的构件 构件2作一般平面运动; B F 2质心;as2-质心加速度 Frds 3 J2-转动惯量,α2-角加速度 77777 其惯性力系可简化为一个通过质心 =-m,t 2S2 的惯性力F12和一个惯性力偶M12; C m2是构件2的质量,负号表示F2的方向与as2的方向 相反以及M2的方向与α2的方向相反。 通常可将F2和M2合成一个总惯性力F’F与F12间的 距 h2 2 离 2.作平面移动的构件 因角加速度α为零,故只可能有惯性力,如图示邮柄滑块机构中的滑块3, 若其质量为m3、加速度为a3,则其惯性力 若加速度也为零,则惯性力也为零
构件惯性力和惯性力偶的确定 • 1．作一般平面运动且具有平行于运动平面的对称面的构件 • 构件2作一般平面运动; S2— 质心; as2—质心加速度; Js2—转动惯量，α2—角加速度; • 其惯性力系可简化为一个通过质心 的惯性力FI2和一个惯性力偶MI2 ； • m2是 构件2的质量，负号表示FI2的方向与as2的方向 相反以及MI2的方向与α2 的方向相反。 通常可将FI2和MI2合成一个总惯性力 ， 与FI2间的 距 离 • 2．作平面移动的构件 因角加速度α为零，故只可能有惯性力 ， 如图示曲柄滑块机构中的滑块3， 若其质量为m3、加速度为a3，则其惯性力 若加速度也为零，则惯性力也为零。 作用在机械上的力 FI 2 = −m2 aS 2 I 2 S 2 2 M = −J 2 2 2 / h = MI FI FI 2 FI 2 FI 3 = −m3 a3
作用在机械上的力 3.绕通过质心轴转动的构件 因质心的加速度a=0,故只可能有惯性力偶。(》m 如曲柄滑块机构中的曲柄1 上式中α1是角加速度,J1是过质心轴的转动惯 量,若α1=0,则M=0 4.质心与转轴不重合的转动件 如图所示,转动件的质心S与转轴不重合。其运动可以看作随质 心的移动和绕该质心的转动的合成,可以用式(5-1)和(52) 求惯心力和惯性力偶。即 =-m2s2(5-1) Js2a2(52) 若角加速度q2=0 则M=0,而惯性力为离心惯性力
• 3．绕通过质心轴转动的构件 • 因质心的加速度as=0，故只可能有惯性力偶。 如曲柄滑块机构中的曲柄1； • 上式中 α1 是角加速度，Js1 是过质心轴的转动惯 量，若α1 =0，则MI1=0。 • 4．质心与转轴不重合的转动件 如图所示，转动件的质心S与转轴不重合。其运动可以看作随质 心的移动和绕该质心的转动的合成，可以用式（5-1）和（5-2） 求惯心力和惯性力偶。即 • 若角加速度α2=0 则 ，而惯性力为离心惯性力。 （5-2） （5-1） 作用在机械上的力 I1 S1 1 M = −J FI 2 = −m2 aS 2 I 2 S 2 2 M = −J MI 2 = 0
作用在机械上的力 本节例题 已知:lB=0.1,c=033n1-1500mn=常数, G3=21N,G2=25NJs2=0.0425kg/m2, 2=BC/3a=1800ms as2=21225ms2,a2=5000ad/s2(逆时针方向) 求:活塞的惯性力以及连杆的总惯性力。 解: 活塞3:F13=m2ac=aG3/g=1800×2/981=38532(N) 连杆2:F2=m2a32=as2G2/g=2122.5×25/981=5409(N) Mn2=J2O2=0.0425×5000=212.5(Mm) 总惯性力:F2=F2=5409(N) n2=Mn2/F2=0.0393(m)
本节例题 • 已知： • 求：活塞的惯性力以及连杆的总惯性力。 • 解： 活塞3： 连杆2： 总惯性力： 作用在机械上的力 lAB=0.1, lBC=0.33, n1=1500r/min=常数， G3=21N， G2=25N JS2=0.0425kg/m2 ， lBS2=lBC/3 aC=1800m/s2 aS2=2122.5m/s2 ， α2=5000rad/s2（逆时针方向） / 1800 21/ 9.81 3853.2 ( ) FI 3 = m3 aC = aC G3 g = = N / 2122.5 25 / 9.81 5409 ( ) FI 2 = m2 aS 2 = aS 2 G2 g = = N 0.0425 5000 212.5 ( ) M I 2 = J S 2 2 = = Nm 5409 ( ) FI 2 = FI 2 = N / 0.0393 ( ) l h2 = M I 2 FI 2 = m