第八章 平面机构的力分析
平面机构的结构分析
平面机构的结构分析
平面机构是一种由多个连接体组成的机械结构，可以用来传递力和运动。
平面机构通常由连杆、转动副和滑动副组成，可以用来实现直线运动、旋转运动等。
在平面机构中，连杆是连接各个连接体的基本元素，它们可以是刚性的，也可以是柔性的。
转动副和滑动副则是连接连杆的关节，用来传递运动或者力的。
转动副能够使连杆产生相对转动运动，滑动副则能使连杆产生相对滑动运动。
根据不同的传动方式，平面机构可以分为平行四杆机构、串联四杆机构、曲柄摇杆机构等。
平行四杆机构由四个长度相等、平行的连杆组成，可以实现直线运动。
串联四杆机构则由多个连杆相互连接组成，可以使得最后一个连杆产生复杂的轨迹运动。
曲柄摇杆机构由一个转动副和一个滑动副组成，可以实现旋转运动。
在设计和分析平面机构时，需要考虑到各个连接体之间的角度关系、长度关系以及运动规律。
通过运用静力学、运动学和动力学等原理，可以对平面机构进行有效地分析和设计，来确定各个连接体之间的关系和运动规律，以实现所需的运动或者力传递。
总之，平面机构是一种重要的机械结构，通过对其结构和运动规律的分析，可以有效地实现力和运动的传递，被广泛应用于各种机械设备和工程中。
机械原理平面机构的力分析
机械原理平面机构的力分析机械原理平面机构的力分析是对平面机构进行力学分析和力学设计的过程。
平面机构是平面运动副的组合，由多个刚体构成，通过运动副连接起来的，因此需要进行力学分析来了解各个部件之间的力的传递和影响。
平面机构力分析的目的是确定各个部件之间的相对运动和受力情况，从而确定设计参数和优化设计。
首先，进行平面机构的力分析需要了解机构的运动副类型和特点。
平面机构包括直线副、转动副和滑动副等，而不同类型的运动副对应不同的受力情况。
例如，直线副的受力主要是拉力和压力，转动副的受力主要是转轴上的扭矩和轴承力，滑动副的受力主要是摩擦力和压力等。
其次，需要确定机构的约束和自由度，以及受力分析的基准点和坐标系。
约束是机构中连接各部件的运动约束，包括固定约束和运动约束；自由度是机构允许的运动自由度，通过自由度的分析可以了解机构的运动特性。
基准点和坐标系的选择是为了方便受力分析和结果的表示。
接下来，通过自由度分析和约束条件，可以得到机构中各个部件之间的受力关系。
根据受力分析的原理，可以采用静平衡条件、动力学方程或功率分析等方法来计算各个部件的受力情况。
静平衡条件可以用来计算处于平衡状态时的受力情况，动力学方程可以用来计算部件在运动过程中的受力情况，功率分析可以用来计算部件之间的能量传递和能量转换情况。
最后，通过力分析的结果可以进行力学设计和性能评估。
根据受力情况，可以确定各个部件的尺寸、材料和结构形式，以满足所要求的工作条件。
同时，还可以通过分析得到的各个部件的受力情况，来评估机构的运动稳定性和工作性能，从而进行优化设计和改进。
总的来说，机械原理平面机构的力分析是对平面机构进行力学分析和力学设计的过程。
通过力分析可以了解机构中各个部件之间的力的传递和影响，为机构的设计和优化提供基础。
力分析需要了解机构的运动副类型和特点，确定约束和自由度，选择基准点和坐标系，采用适当的方法进行受力分析，最后进行力学设计和性能评估。
平面机构的力分析
平面机构的力分析平面机构被广泛应用于机械工程中，其主要功能是将输入力或运动转化为需要的输出力或运动。
在进行力学设计时，了解和分析平面机构的力分布是非常重要的，本文将对平面机构的力分析进行详细介绍。
首先，平面机构可以通过静力学方法进行力分析。
静力学是研究物体静止或平衡的力学学科，可以用来分析静态平面机构中各个零件的力。
在进行平面机构的力分析时，一般需要考虑以下几个方面：1.合力和力矩：平面机构中各个零件受到的力可以相互作用，产生合力和合力矩。
合力是所有力的矢量和，而合力矩是所有力矩的矢量和。
通过计算合力和合力矩，可以判断机构是否平衡，以及零件上的受力情况。
2.内力：内力是作用在零件内部的力，由于平均剪应力和平均正应力引起。
在平面机构中，内力可以通过应力分析和静力平衡方程求解。
通过分析内力，可以判断零件的强度和稳定性。
3.杆件受力：平面机构中的杆件是承受力的主要部分，因此对于杆件的受力进行分析是非常重要的。
通常，可以通过静力平衡方程和力矩平衡方程来计算杆件上的受力。
根据受力情况，可以选择合适的杆件材料和尺寸。
4.关节受力：平面机构中的关节是连接零件的部分，受到的力会传递到相邻的零件上。
通过分析关节受力，可以确定关节的强度和稳定性，并进行合理的设计。
在进行平面机构的力分析时，可以使用手动计算方法或计算机辅助设计软件。
手动计算方法需要进行力学方程的推导和计算，需要较高的数学和力学知识。
计算机辅助设计软件可以通过输入机构的几何参数和力参数，自动进行力分析和力矩分析，快速得到各个零件的受力情况。
总之，平面机构的力分析是机械设计中的重要内容，可以通过静力学方法进行。
在进行力分析时，需要考虑合力和力矩、内力、杆件受力和关节受力等因素。
通过合理的力分析，可以为机构的设计提供有用的参考和指导。
工程力学 第八章 刚体的平面运动
例8.1.曲柄连杆机构OA=AB=l，曲柄OA以匀 转动。 求： 当 =45º 时, 滑块B的速度及AB杆的角速度。 a.基点法; b.速度投影法 解：机构中,OA作定轴转动, AB作平面运动,滑块B作平移。
基点法
研究 AB，以 A为基点， 且 v A l , 方向如图示。 根据
vB vA vBA ,
va ve vr vB vA vBA
所以，任意A，B两点，若A为基点，则：
v
B
v
A
v
BA
v
B
v
A
v
BA
平面图形内任一点的速度等于基点的速度与该点随图形绕 基点转动速度的矢量和。这种求解速度的方法称为基点法．
其中
vBA
大小
vBA AB
方向垂直于 AB ，指向同
2 l ( )
在Ｂ点做速度平行四边形，如图示。
vB v A / sin l / sin 45 vBA v A /tg l / tg 45 l AB vBA / AB l / l
（
）
速度投影法
研究AB, vA l ,
方向OA, vB方向沿BO直线
因此，图形S 的位置决定于x A , y A , 三个独立的参变量．
平面运动方程
x A f1 (t ) yA f2 ( t ) f 3 (t )
1)当图形S上A点固定不动，则刚体将作定轴转动； 2)当图形S上角不变时（ =常数），则刚体将作平移。
故刚体平面的运动可以看成是平移和转动的合成运动。
根据速度投影定理 vB AB vA AB
vB sin vA
vB v A / sin l / sin 45 2l( )
平面机构力分析及机械的效率课件
§4-7 机械的自锁
3. 一般条件 机械发生自锁时，无论驱动力多么大，都不能超过由它所产生的摩擦阻
力。
驱动力所作的功，总是小于或等于由它所产生的摩擦阻力所作的功。
❖ Wr Wd W f 1 W f
Wd
Wd
Wd
0
✓ 当=0时，机械处于临界自锁状态；
✓
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M I mBb2 mC c 2 J s mbc J s
§4–3
运动副中的摩擦
一、研究摩擦的目的
1. 摩擦对机器的不利影响
1）造成机器运转时的动力浪费 机械效率
2）使运动副元素受到磨损零件的强度、机器的精度和工作可靠性 机 器的使用寿命
3）使运动副元素发热膨胀 导致运动副咬紧卡死机器运转不灵活；
MI J S s
PI
m
a
n S
M I J S
✓可以用总惯性力PI’来代替P第I和5页M/共I ，23P页I’ = PI，作用线由质心S 偏移 lh
lh
MI PI
二、质量代换法
1. 质量代换法 按一定条件，把构件的质量假想地用集中于某几个选定的点上的集中质量
来代替的方法。 2. 代换点和代换质量 ❖代换点：上述的选定点。 ❖代换质量：集中于代换点上的假想质量。
第6页/共23页
3. 质量代换时必须满足的三个条件： 1）代换前后构件的质量不变； 2）代换前后构件的质心位置不变；
n
mi m
i 1
❖以原构件的质心为坐标原点时，应满足：
n
mi xi
i 1 n
0
i 1
mi
yi
0
3）代换前后构件对质心的转第动7页惯/共量2不3页变。
第八章 平面机构的力分析分析
为自锁。
（1） , X 0 A加速运动。
（2） , X 0 A减速直至静止，若A原来不动，自锁。
（3） , X 0 A匀速或静止，自锁临界状态
§8-3 运动副反力的确定
如Ｐ作用线在接触面之外 ，则滑块Ａ除了滑动外，还有 转动,确定RBA：
如果材料很硬，可近似认为两反力集中在b、c两点。
动态静力分析法的理论基础是达朗贝尔原理。
§8-1 机构力分析的任务、目的和方法
§8-2 构件惯性力的确定
一、作平面复杂运动的构件 度为设ε，构Js本件为的定章构质件方只心对法讨为过论：S质，构平心质件面S量且作运为与平动m运面、，动质运平平心动行面S时移相的垂，动加直速构和的度件定质为惯轴心a性转s，轴力动构的的。件转的确动角惯加量速。
(2) 按力的作用位置：以上力可分为内力和外力:驱动力、 阻力、重力对机构和构件都为外力。运动副反力对 机构为内力，对构件都为外力。
(3) 惯性力是一种假想的力；当加速时，惯性力是假想阻力； 当减速时，惯性力是假想驱动力；机构加惯性力后可认 为处于静力平衡状态，可进行动态静力分析。
(4) 摩擦力不一定都是有害阻力；有的情况下，摩擦力成为 驱动力。
N2 R2 F2 c
a
d
速度av
F1
b
R1
B
N1
D
P 在b处： R1 N1 F1
F1 fN1
在c处：
R2 N2 F2 F2 fN2
若滑块Ａ处于平衡，则由三力交汇原理，力P、R1、R2交于一点！
§8-3 运动副反力的确定
2、楔形面移动副反力
横截面
2N sin Q
N Q
2sin
第八章 平面机构的力分析 Chapter10 Balancing of Machinery
平面机构的力分析机械的摩擦与效率_真题-无答案
平面机构的力分析、机械的摩擦与效率(总分100,考试时间90分钟)一、填空题1. 作用在机械上的力按作用在机械系统的内外分为______和______。
2. 作用在机械上的功按对机械运动产生的作用分为______和______。
3. 机构动态静力分析时，把______视为一般外力加在机构构件上，解题的方法、步骤与静力分析完全一样。
4. 用速度多边形杠杆法可以直接求出作用在任意构件上的未知平衡力(平衡力矩)，此方法的依据是______原理。
5. 运动链的静定条件为______，______。
6. 矩形螺纹和梯形螺纹用于______，而三角形(普通)螺纹用于______。
7. 机构效率等于______功与______功之比，它反映了______功在机械中的有效利用程度。
8. 移动副的自锁条件是______，转动副的自锁条件是______，螺旋副的自锁条件是______。
9. 从效率的观点来看，机械的自锁条件是______；对于反行程自锁的机构，其正行程的机械效率一般小于______。
10. 槽面摩擦力比平面摩擦力大是因为______。
11. 提高机械效率的途径有______，______，______，______。
12. 机械发生自锁的实质是______。
二、选择题1. 传动用丝杠的螺纹牙形选择______。
A.三角形牙 B.矩形牙 C.三角形牙和矩形牙均可2. 单运动副机械自锁的原因是驱动力______摩擦锥(圆)。
A.切于 B.交于 C.分离3. 如果作用在轴颈上的外力加大，那么轴颈上摩擦圆______。
A.变大 B.变小 C.不变 D.变大或不变4. 机械出现自锁是由于______。
A.机械效率小于零B.驱动力太小 C.阻力太大 D.约束反力太大5. 两运动副的材料一定时，当量摩擦因数取决于______。
A.运动副元素的几何形状 B.运动副元素间的相对运动速度大小 C.运动副元素间作用力的大小 D.运动副元素间温差的大小6. 机械中采用环形支承的原因是______。
机械原理平面机构的运动分析
机械原理平面机构的运动分析机械原理是研究机械结构的运动、力学性能和设计规律的一门学科。
而平面机构是机械原理中的一个重要概念，指的是在同一平面内运动的机构。
平面机构广泛应用于工程领域，例如各种机床、汽车、船舶等。
对平面机构的运动分析，可以帮助我们理解机构的运动性能以及设计出更加高效的机构。
平面机构的运动分析通常包括以下几个方面：1.机构的自由度和约束度分析：机构的自由度指的是机构在运动中能够独立自由变动的数量，约束度指的是机构在运动中受限制的数量。
自由度和约束度的分析可以帮助我们确定机构的运动特性和受力情况，从而进行更加准确的运动分析。
2.运动学分析：运动学分析是研究机构在运动中各个点的速度和加速度分布的过程。
通过运动学分析，可以确定机构在运动中的速度和加速度的大小和方向，进而计算出关键部位的动力学参数，如惯性力、跟随误差等。
3.强度和刚度分析：机构在运动过程中会受到一定的力学载荷，为了确保机构的正常工作和安全性，需要对机构的强度和刚度进行分析。
强度分析可以帮助我们确定机构的承载能力和应力状态，而刚度分析可以帮助我们确定机构的变形情况和运动精度。
4.动力学分析：动力学分析是研究机构在运动中产生的动力学特性的过程。
通过动力学分析，可以确定机构在运动中的力学响应和响应频率，进而验证机构的设计是否符合运动要求和预期的性能。
对于平面机构的运动分析，需要掌握以下基本方法和步骤：1.给定机构的几何结构和运动要求，确定机构的自由度和约束度。
2.建立机构的运动学模型，包括机构的运动副和约束副。
3.分析机构的运动学闭链，通过运动副和约束副的条件，建立运动学方程组，进而求解各个点的速度和加速度。
4.根据机构的几何结构和质量分布，建立机构的动力学模型，包括质点的质量和惯量矩阵。
5.根据运动学方程组和动力学模型，得到机构的动力学方程组，进而求解力学响应和响应频率。
6.对机构的强度和刚度进行分析，确定机构的设计是否满足要求。
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1、如图示斜面机构，已知：f（滑块1、2与导槽3相互之间摩擦系数），ϕ=arctg f，λ（滑块1的倾斜角）、Q（工作阻力，沿水平方向），设不计两滑块质量，试确定该机构等速运动时所需的铅重方向的驱动力F。
题1图题2图
2、图示楔形滑块2沿倾斜角为λ的V形槽面1滑动。
已知：λ=35°，θ=60°，f=0.13，载荷Q=1000N。
试求滑块等速上升时所需驱动力F的大小，并分析滑块以Q为驱动力时是否自锁。
3、图示楔块机构中，已知：γ=β=60°，Q=1000N，各接触面摩擦系数f=0.15。
如Q 为有效阻力，试求所需的驱动力F。
题3图题4图
4、图示机构中，如已知转动副A、B的轴颈半径为r及当量摩擦系数f0，且各构件的惯性力和重力均略去不计，试作出各运动副中总反力的作用线。
5、图示一焊接用的楔形夹具。
用楔块3将焊接的工件1和1’夹紧在该楔块与夹具座2之间。
已知各接触面的摩擦系数f，摩擦角ϕ=arctg f。
试问：楔角α在何种条件下可保持楔块3不自动松脱？
题5图题6图
6、图示偏心圆盘凸轮机构中，凸轮半径r1=40mm，其几何中心O与回转中心A的偏距为25mm。
从动件质心在点C，绕质心的转动惯量为0.02kg·m2，有一垂直力F作用于点D，
l CD=60mm。
以B为中心装一半径r2=20mm的滚子，l BC=50mm。
凸轮转速ω1=12rad/s，转向如图。
当∠ACB为直角时，∠OBC=60°。
试问如此时要保证凸轮与滚子接触，力F的最小值应为多少（不考虑摩擦力）？
提示：要保证凸轮与从动件的滚子接触，力F对点C产生的力矩至少应能平衡此时从动件的惯性力矩。