《機械設(shè)計手冊》慣性摩擦力

第四章平面機構(gòu)力分析§4-1

機構(gòu)力分析的任務(wù)、目的和方法§4-2

構(gòu)件慣性力的確定

§4-3

運動副中摩擦力的確定§4-4

不考慮摩擦力時機構(gòu)力分析§4-5考慮摩擦力時機構(gòu)力分析（簡介）結(jié)束一、作用在機械上的力1）驅(qū)動力：FV為銳角，作正功

原動力由原動機提供，它是驅(qū)動力，那么驅(qū)動力只來自原動力嗎？2）阻抗力：FV為鈍角，作負功生產(chǎn)阻力（有效阻力）

由害阻力常提到的力：原動力、摩擦力、運動副反力、重力、慣性力…一提到摩擦力，多會認為是有害阻力。對攪拌機、帶傳動、自行車呢？運動副反力（法向、切向）是內(nèi)力還是外力？它作功嗎？什么時候應(yīng)考慮重力？作功如何？慣性力是一種什么性質(zhì)的力，大小如何求？它作正功還是負嗎？什么時候會用到它？可以忽略嗎？§4-1機構(gòu)力分析的任務(wù)、目的和方法結(jié)束二、機構(gòu)力分析的任務(wù)和目的§4-1機構(gòu)力分析的任務(wù)、目的和方法1）確定運動副中的反力用于計算強度、機械效率、摩擦磨損、決定軸承結(jié)構(gòu)等2）確定機械上的平衡力（或平衡力偶）根據(jù)作用在機構(gòu)上的已知外力（或力偶），確定要維持給定運動規(guī)律時所需的未知外力（或力偶）三、機構(gòu)力分析的方法1）靜力學(xué)方法不考慮慣性力因素（低速機械）2）動態(tài)靜力學(xué)方法將慣性力視為外力，加于相應(yīng)構(gòu)件上，按靜力方法分析圖解法、解析法結(jié)束§4-2構(gòu)件慣性力的確定確定慣性力：設(shè)已知構(gòu)件的質(zhì)量、轉(zhuǎn)動慣量及運動學(xué)參數(shù)。實際上：在設(shè)計新機械時，力分析還未進行時，根本不能作強度計算，構(gòu)件的質(zhì)量、轉(zhuǎn)動慣量是未知的。常用方法：類比和經(jīng)驗公式，或按純靜力學(xué)方法對機構(gòu)在某一特定位置時大體估算出構(gòu)件的尺寸、材料。粗略地得到質(zhì)量、轉(zhuǎn)動慣量，將它作為初值代入進行力分析。待第一次力分析完成后，作強度計算，對其進行修正。這個過程反復(fù)循環(huán)進行。直至滿足要求為止。結(jié)束§4-2構(gòu)件慣性力的確定SasFIMIFIlh一、一般力學(xué)方法1）作平面復(fù)合運動的構(gòu)件慣性力

FI=-m

as慣性力矩

MI=-Js把FI按圖示平移lh，將兩者合二為一。2）作平面移動的構(gòu)件3）繞定軸轉(zhuǎn)動的構(gòu)件慣性力

FI=-m

as慣性力矩

MI=-Js繞質(zhì)心軸轉(zhuǎn)動繞非質(zhì)心軸轉(zhuǎn)動慣性力FI=-m

as慣性力矩

MI=-Js結(jié)束§4-2構(gòu)件慣性力的確定二、質(zhì)量代換法確定慣性力和慣性力矩→a、→復(fù)雜將構(gòu)件的質(zhì)量等效簡化成幾個集中質(zhì)量→只有慣性力→方便質(zhì)量代換法代換條件代換前后的總質(zhì)量保持不變代換前后的總質(zhì)心位置保持不變代換前后的總轉(zhuǎn)動慣量保持不變SBCmBmCmkmBmcbk1、動代換問題三個方程，四個未知量（b、k、mB、mK），如確定b結(jié)束§4-2構(gòu)件慣性力的確定二、質(zhì)量代換法確定慣性力和慣性力矩→a、→復(fù)雜將構(gòu)件的質(zhì)量等效簡化成幾個集中質(zhì)量→只有慣性力→方便質(zhì)量代換法代換條件代換前后的總質(zhì)量保持不變代換前后的總質(zhì)心位置保持不變代換前后的總轉(zhuǎn)動慣量保持不變SBCmBmCmkmBmcbk2、靜代換問題（兩點代換）同時選定b、c，只滿足條件1、2結(jié)束§4-2構(gòu)件慣性力的確定二、質(zhì)量代換法確定慣性力和慣性力矩→a、→復(fù)雜將構(gòu)件的質(zhì)量等效簡化成幾個集中質(zhì)量→只有慣性力→方便質(zhì)量代換法代換條件代換前后的總質(zhì)量保持不變代換前后的總質(zhì)心位置保持不變代換前后的總轉(zhuǎn)動慣量保持不變SBCmBmCmkmBmcbk2、靜代換問題（兩點代換）同時選定b、c，只滿足條件1、2結(jié)論：1）兩代換點連線必然通過質(zhì)心。2）靜代換簡單方便，代換點B、C可隨意選定。對于一般要求機構(gòu)，采用靜代換較多。3）動代換滿足了質(zhì)量代換的全部條件。其代換點只能隨意選定一點，而另外一個代換點則由代換條件確定。4）使用靜代換，其慣性力偶矩將產(chǎn)生誤差結(jié)束§4-3運動副中摩擦力的確定一、移動副中摩擦力的確定摩擦力F21：Ff21=f

FN21在外載荷一定時，法向反力FN21的其大小與運動副表面的幾何形狀有關(guān)。G

12v12FN21Ff21FR21F1）平面：FN21=

G

Ff21=f

G2）槽面：

FN21=

G/sin

Ff21=f

FN21=fG/sin

令當(dāng)量摩擦系數(shù)：fv=f

/sin

Ff21=f

vGGFN212FN212212結(jié)束§4-3運動副中摩擦力的確定一、移動副中摩擦力的確定摩擦力F21：Ff21=f

FN21在外載荷一定時，法向反力FN21的其大小與運動副表面的幾何形狀有關(guān)。G

12v12FN21Ff21FR21F3）半圓柱面FN21=

kG

Ff21=f

FN21=fkG若圓柱面為點、線接觸：k≈1若為均勻圓柱面接觸：k=/2其余則介于兩者之間。Gv2121令當(dāng)量摩擦系數(shù)：fv=fk

Ff21=f

vG結(jié)束§4-3運運動副中摩摩擦力的確定定二、移動副中中總反力的確確定G

12v12FN21Ff21FR21F1、平面移動動FR21=FN21+Ff21Ff21=FN21tan——摩擦角=arctanf總反力方向的的確定：（1）與法向向反力偏斜一一摩擦角（2）偏斜方方向與相對速速度方向相反反結(jié)束§4-3運運動副中摩摩擦力的確定定二、移動副中中總反力的確確定2、斜面移動動GFFNFFR21

vFGFR21+FGFR21-(1)滑塊沿斜面上上升力平衡條件：：F+G+FR21=0由力多邊形得得：F=Gtan(+)（2）滑滑塊沿斜斜面下降降（驅(qū)動動力為G）同理：F+G+FR21=0F’=Gtan(-)注意：1）當(dāng)>時時,F>0,滑滑塊在載載荷G作用下自自行下滑滑，若使使滑快靜靜止或勻勻速下滑滑，需借借助外部部阻力。。2）當(dāng)<時時，F(xiàn)<0,滑滑塊在載載荷G作用下,不能自自行下滑滑，需借借助外部部推動力力才能滑滑下?！枣i（<）結(jié)束§4-3運運動副中中摩擦力力的確定定二、移動動副中總總反力的的確定3、螺旋旋副中的的摩擦(1)矩形螺紋紋pGFFR21vd2d2lGM21施加扳手手力矩M旋旋緊螺母母:類似于用用螺旋千千斤頂克克服載荷荷G，將重物物升起。。施加扳手手力矩M放放松螺母母：若M<0(即<)：表明螺螺紋本身身在載荷荷G作用下,不能自自行松脫脫，需借助外力力矩才能能將螺母母擰下。。若M>0（即＞））：表明螺螺紋本身身在載荷荷G作用下能能夠自行行松脫，，需借助外力力矩才能能使螺母母勻速松松脫?！枣i結(jié)束§4-3運運動副中中摩擦力力的確定定二、移動動副中總總反力的的確定3、螺旋旋副中的的摩擦(2)三角形螺螺紋（相相當(dāng)于曹曹面摩擦擦）90o-

90o-

Q在矩形螺螺紋公式式將用v代替即可可。三角螺紋紋的牙型型半角則槽形半半角=90o-當(dāng)量摩擦擦系數(shù)：：fv=f/sin=f/cos當(dāng)量量摩摩擦擦角角：：v=arctanfv結(jié)束束§4-3運運動動副副中中摩摩擦擦力力的的確確定定三、、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動動副副中中摩摩擦擦力力的的確確定定1、、軸軸徑徑的的摩摩擦擦軸徑徑在在軸軸承承中中轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動動→摩擦擦力力→阻止止其其轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動動結(jié)束束§4-3運運動動副副中中摩摩擦擦力力的的確確定定三、、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動動副副中中摩摩擦擦力力的的確確定定摩擦擦圓圓半半徑徑：：=fvrGａGFf21FN21FR21Mdr21半圓圓柱柱面面摩摩擦擦:Ff21=fvGfv=（（1~/2））f運動動副副總總反反力力：：FR21=FN21+Ff21=G摩擦擦阻阻力力矩矩:Mf=Ff21r=Gfvr=FR21結(jié)論：1））勻勻速速轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動動時時，，軸軸承承總總反反力力FR21恒切切于于摩摩擦擦圓圓。2））勻勻速速轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動動時時，，Mf=FR21=G，類似似平平面面摩摩擦擦系系數(shù)數(shù)。。其大小小fv和r有關(guān)關(guān)。。3））將將Md與G合成成為為G，，ａ=Md/Gａ=

軸勻速轉(zhuǎn)動（或靜止）。ａ>

軸將加速轉(zhuǎn)動（或由靜止開始運動）ａ<

軸將減速轉(zhuǎn)動（靜止時則卡死不動）1、、軸軸徑徑的的摩摩擦擦12自鎖結(jié)束束§4-3運運動動副副中中摩摩擦擦力力的的確確定定三、、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動動副副中中摩摩擦擦力力的的確確定定2、、總總反反力力的的確確定定GａGFf21FN21FR21Mdr211））不不計計摩摩擦擦，，平平衡衡條條件件→總反反力力方方向向。。2））考考慮慮摩摩擦擦，，總總反反力力與與摩摩擦擦圓圓相相切切。。3））摩摩擦擦力力矩矩方方向向總總是是與與轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向向相相反反（（阻阻止止））如：：總反反力力FR21對軸軸心心之之矩矩的的方方向向必必與其其相相對對轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向向12的方方向向相相反反。。12結(jié)束束§4-3運運動動副副中中摩摩擦擦力力的的確確定定三、、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動動副副中中摩摩擦擦力力的的確確定定P92例4-1曲柄柄1為為主主動動件件，，求求各各構(gòu)構(gòu)件件受受力力方方向向。。（（不不計計重重力力、、慣慣性性力力））M11ABCDM3123FR12FR322123M114A1BFR21FR41LFR12FR32CDM33FR2334F