機(jī)械原理_第4章平面機(jī)構(gòu)的力分析2222

1、 第四章第四章 平面機(jī)構(gòu)的力分析平面機(jī)構(gòu)的力分析 一、基本要求一、基本要求 二、基本概念和基礎(chǔ)知識二、基本概念和基礎(chǔ)知識 三、學(xué)習(xí)重點(diǎn)及難點(diǎn)三、學(xué)習(xí)重點(diǎn)及難點(diǎn) 四、例題精選四、例題精選 五、試題自測及答案五、試題自測及答案 一、基本要求一、基本要求 1 . 了解機(jī)構(gòu)中作用的各種力的分類及機(jī)構(gòu)力分析了解機(jī)構(gòu)中作用的各種力的分類及機(jī)構(gòu)力分析 的目的及方法。的目的及方法。 4 . 能對能對級機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)態(tài)靜力分析。級機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)態(tài)靜力分析。 2 . 會(huì)對常見的運(yùn)動(dòng)副中的摩擦力進(jìn)行分析和計(jì)算。會(huì)對常見的運(yùn)動(dòng)副中的摩擦力進(jìn)行分析和計(jì)算。 3 . 會(huì)計(jì)算機(jī)械的效率及判斷機(jī)械自鎖的條件。會(huì)計(jì)算機(jī)械的效率及判斷機(jī)

2、械自鎖的條件。 二、基本概念和基礎(chǔ)知識二、基本概念和基礎(chǔ)知識 1.作用在機(jī)械上的力作用在機(jī)械上的力 2.慣性力及其確定慣性力及其確定 F螺旋副螺旋副 F移動(dòng)副移動(dòng)副 3.運(yùn)動(dòng)副中的摩擦和總反力運(yùn)動(dòng)副中的摩擦和總反力 F轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)副 4.機(jī)械效率與自鎖機(jī)械效率與自鎖 作用在機(jī)械上的力作用在機(jī)械上的力 慣性力及其確定慣性力及其確定 Si maF Si JM i Fi M Si maF ， 若回轉(zhuǎn)軸線通過質(zhì)心 回轉(zhuǎn)軸線不通過質(zhì)心 0 i F Si JM Si maF Si JM S 2n s la s n ss aaa S s la F移動(dòng)副移動(dòng)副 水平面摩擦水平面摩擦 v12 21 N Q 21

3、F P 21 R =f 方向方向：與相對運(yùn)動(dòng) 方向相反 v12 o 90 212121 NFR f N fN N F 21 21 21 21 tanfarctan v12 21 N 21 F P 21 R 自鎖條件自鎖條件 外加驅(qū)動(dòng)力的作用線在摩擦角之內(nèi)時(shí)，該運(yùn)動(dòng) 副處于自鎖狀態(tài)，即 分析分析 cos 21 PN tancos 2121 PfNF sin t PP 12t FP 斜平面摩擦斜平面摩擦 v12 Q P 21 R 21 N 21 F Q P 21 R )tan( QP 0 21 RQP 0 90 cos t PP sintansin 21 PfPF sintansin 21 PfP

4、F cos t PP tan sin cos 0 90 斜平面摩擦斜平面摩擦 v12 Q P 21 R 21 N 21 F Q P 21 R )tan( QP 0 21 RQP 0P 0P 滑塊等速下滑的有效驅(qū)動(dòng)力為 sinQ 斜面給滑塊的摩擦阻力為tancoscos 21 QfQF 若要求滑塊在鉛直載荷 作用下發(fā)生自鎖Q sinQtancoscos 21 QfQF f f f sin v v 2 21 N 2 21 N 槽面摩擦槽面摩擦 v12 21 N Q 21 F P 21 R vv arctan f 結(jié)論：結(jié)論： 摩擦力的計(jì)算通式為摩擦力的計(jì)算通式為 槽面摩擦槽面摩擦 平面摩擦平面摩擦

5、 應(yīng)用：應(yīng)用： ff v 12v12 NfF sin v f f 槽面摩擦產(chǎn)生的摩擦力大于平面摩擦產(chǎn)生的摩擦力。槽面摩擦產(chǎn)生的摩擦力大于平面摩擦產(chǎn)生的摩擦力。 F螺旋副螺旋副 v Q P 2 d S S 2 d v 擰緊螺母，相當(dāng)于滑塊沿斜面等速上升，擰緊螺母，相當(dāng)于滑塊沿斜面等速上升， 一般稱為正行程。一般稱為正行程。 v 放松螺母，相當(dāng)于滑塊沿斜面等速下降，放松螺母，相當(dāng)于滑塊沿斜面等速下降， v )tan( QP )tan( 2 2 Q d T )tan( QP )tan( 2 2 Q d T 2 N 2 N 2 21 N 2 21 N cos)90sin(sin v fff f cos

6、 arctanarctan vv f f 擰緊螺母擰緊螺母 )tan( 2 v 2 Q d T )tan( 2 v 2 Q d T 放松螺母放松螺母 v F轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)副 徑向軸頸與軸承的摩擦 徑向軸頸是指外力通過軸的直徑方向的軸頸 d M 12 21 F 21 N 21 R :總反力 到軸心的距離 21 R 以軸心為圓心， 為半徑的圓， 稱為摩擦圓 驅(qū)動(dòng)力矩 d M N21法向力 徑向載荷 21 F軸承2與軸頸1的總摩擦力。 R21軸承2給軸頸1的總反力 方向： 對軸心的矩與軸頸1相 對于軸承2的相對角速度 方向相反并切于摩擦圓。 R21軸承2給軸頸1的總反力 R21 數(shù)值 ：R21=Q Qf

7、RfQ f f R f f fNF v21v 2 21 2 2121 11 12vv21 rRfrQfrFM f rfv R21 d M 12 21 F 21 N 21 R 外力 （ 與 ） 的合力 P 的 作用線在摩擦圓之內(nèi)。 d M 12 機(jī)械效率與自鎖機(jī)械效率與自鎖 機(jī)械效率機(jī)械效率 自鎖自鎖 r W d W d r W W d r P P M M F F 00 00,M F MF, 0 移動(dòng)副移動(dòng)副:外加驅(qū)動(dòng)力的作用線在摩擦角之內(nèi)時(shí)，該運(yùn)動(dòng)副處于自鎖 狀態(tài). 轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)副:外加驅(qū)動(dòng)力的作用線在摩擦圓之內(nèi). 螺旋副螺旋副:螺旋升角小于當(dāng)量摩擦角。 三、學(xué)習(xí)重點(diǎn)及難點(diǎn)三、學(xué)習(xí)重點(diǎn)及難點(diǎn) 學(xué)

8、習(xí)重點(diǎn) 摩擦的基本概念；移動(dòng)副、轉(zhuǎn)動(dòng)副中摩擦力 及總反力作用線的確定；機(jī)械自鎖條件的確 定。 學(xué)習(xí)難點(diǎn) 運(yùn)動(dòng)副中總反力作用線的確定；機(jī)械自鎖條件的 確定。 四、例題精選四、例題精選 Q 2 1 3 A B C 4 Md 1 C A B D 1 2 3 4 M 1 3 v 1 v l 例4 圖示為一斜面機(jī)構(gòu)中，摩擦角為 求 1.P為主動(dòng)力，Q為工作阻力（正行程）時(shí)，機(jī)構(gòu)的 效率及不自鎖條件。 2. Q為主動(dòng)力，P為工作阻力（反行程）時(shí)，機(jī)構(gòu)的 效率及自鎖條件。 、 1 2 3 4 例5 圖中構(gòu)件1為一凸輪機(jī)構(gòu)的推桿，它在P力作用下 沿導(dǎo)軌2向上運(yùn)動(dòng)，設(shè)兩者的摩擦系數(shù)f=0.1,試問為 避免發(fā)生自

9、鎖，導(dǎo)軌長度L應(yīng)滿足什么條件。 、 Q 2 1 3A B C 4 Md 1 C A B D 1 2 3 4 1 M 34 v R43 23 21 R12 R32 R21 R23 R41 21 23 R12 R32 R23 R41 34 R43 R21 3 v 1 v 21 23 R32 R12 3 v 1 v rfv R23 R43 R21 R41 l 2 arcsin F F0 0 4121 RRG 0 2343 RRF R21 R41 O 90 )(90O O 90 )(90 O R23 R43 )cos()(90sin()90sin( 21 GGR )sin()90sin( 23 FR

10、)sin(cos 23 FR 2321 RR )tan( GF 0, 0, 0f )tan( 0 GF )tan( tan 0 F F )tan( GF )tan( F G oo 090, o 90 0 )tan( F G o 90 R12 R12 R12 R32 sin)sin( 1212 RR cos)cos( 1212 RR tan)tan( 2 R41 1 2 3 R21 4 R23 R43 0 2141 RRP )2sin( cos 21 PR 0 411232 RRR )2cos( )2cos( 1232 RR 0 4323 QRR cos )2sin( 23 RQ 2 )2tan

11、( )2tan( PQ o 902 2 290o)2tan(tan )2tan(tan 0 Q Q cos )2sin( 21 RP )2cos( )2cos( 3212 RR )2sin( cos 23 QR )2tan( )2tan( QP 2 O 902 )2tan(tan )2tan(tan 0 P P 2 O 902 0 R21b R21c 2 . 0arctan coscos c21b21 RRFRR c21b21 cos100LFP cos 100 L P F sin2FQP ) tan200 1 (tan 1002 L P L P PQ PQ 0 LLQ Q40 1tan 20

12、0 1 0 0 40 1 L mm40L 五、試題自測及答案五、試題自測及答案( (1. 2. 3.1. 2. 3.) ) 1. 楔 塊 裝 置， 兩面摩擦系數(shù)均為 f。求將楔塊1 打入2 后能自鎖的條件。 即 撤 去P力 后，在楔緊力 作 用下，楔 塊1 不 能 脫 出 的 條 件。 2.在 圖 示 的 機(jī) 構(gòu) 運(yùn) 動(dòng) 簡 圖 中， 位置比例尺 =0.005 m/mm， 細(xì) 實(shí) 線 圓 為 摩 擦 圓。 試 (1)在 圖示 位 置欲 產(chǎn) 生夾緊 力Q100 N 所 需 的 驅(qū) 動(dòng) 力 P ；(2) 該機(jī)構(gòu)瞬 時(shí) 位 置 的 效 率 。 注： 構(gòu) 件2、4 之 間 摩 擦 不 計(jì)， 規(guī)定力比例尺 =1 N/mm。 l p 3. 圖中 所 示 用 螺 釘 將 繩 索 壓 緊 在 卷 揚(yáng) 機(jī) 鼓 輪 壁 上。 已 知 沿 繩 的 軸 向 力P=1000 N， 楔 塊 與 繩 間 的 摩 擦 系 數(shù) ，楔 形 角 。 試 確 定 壓 緊 力 的 大 小。 15. 0f 60 Q (1)作 出 楔 塊 的 受 力 圖 (2) 作 出 力 三 角 形 (3) 2121 RR )sin(2 21 RP (4) 即 自 鎖。 P 0 (1) 考 慮 摩 擦 時(shí)：作出力作用 線分析如圖中細(xì)實(shí)線所示。 031