机械原理力分析
机械原理-转动副中的摩擦分析
ρω12
21
l ,
P作用在摩擦圆外
M M f , 加速转动
l ， P与ρ 相切
R21
M M f ，临界平衡
l ,
P与ρ 相割
M M f ， 构件自锁
l
转动副的自锁条件：
r
F
ρω12
21
驱动力作用线与摩擦圆相割
此时，无论怎样增大驱动力， 其驱动力矩Md(=Pl )总小于由 它产生的摩擦阻力矩Mf 。
R21
小
结
转动副中的摩擦分析
总反力的确定：
总反力R21作用线切于摩擦圆 总反力R21对轴心的力矩Mf 的方向与ω 12的方向相反
总反力R21与驱动力P大小相等、方向相反
转动副的自锁条件：
驱动力作用线与摩擦圆相割
第 12 章 机械中的摩擦和机械效率
移动副中的摩擦
转动副中的摩擦 机械效率 机械的自锁
转动副中的摩擦
P ——作用在轴颈上的
l
M
P
r
P
驱动力 距离轴颈中心为 l
等效于
一对心力P和转矩M
Байду номын сангаас
转动副中的摩擦分析
P产生反力集： N21
P
r
l
M
P
N21 N21
力平衡：
Mf N 21
F F21 21
P N 21
摩擦力： ∆F21 摩擦力矩： M f F21r N21 f r
N 21
总摩擦力矩：
M f M f N21 f r
kN21 fr kPfr
P
r
l
《机械原理》ppt课件
01机械原理概述Chapter机械原理的定义与重要性定义重要性机械原理的研究对象和内容研究对象主要研究各种机构（如连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等）和机器（如内燃机、电动机、机床等）的工作原理、运动特性、力学性能以及设计计算方法等。
研究内容包括机构的组成原理、运动学分析、动力学分析、机械效率与自锁、机器的平衡与调速等。
机械原理的发展历程和趋势发展历程发展趋势02机构的结构分析与设计Chapter机构的基本概念和分类机构定义由刚性构件通过运动副连接而成的系统，用于传递运动和力。
机构分类根据运动特性可分为连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等。
运动副类型包括低副（转动副、移动副）和高副（点接触、线接触）。
结构分析通过自由度计算、运动链分析等方法，确定机构的组成、运动特性和约束条件。
综合方法基于功能需求，选择合适的机构类型，进行组合、变异和演化，设计出满足特定要求的机构。
创新设计运用创新思维和现代设计方法，如拓扑优化、仿生学等，进行机构创新设计。
机构的结构分析和综合方法机构设计的原则和方法设计原则设计方法案例分析03机械传动与驱动Chapter机械传动的类型和特点摩擦传动啮合传动利用齿轮、链轮等啮合元件传递动力和运动。
具有传动效率高、工作可靠、使用寿命长等优点，但需要较高的制造精度和安装精度。
齿轮类型选择齿轮参数设计强度校核030201齿轮传动的设计与分析链传动和带传动的设计与分析链传动设计带传动设计强度校核液压与气压传动的设计与分析液压传动设计01气压传动设计02控制与调节0304机械系统动力学与振动Chapter机械系统动力学的基本概念和方法动力学基本概念动力学建模方法动力学分析方法机械系统的振动分析和控制振动基本概念振动分析方法振动控制策略机械系统动力学优化设计方法优化设计基本概念动力学优化设计方法优化设计实例分析05机械制造工艺与装备Chapter机械制造工艺的基本概念和流程机械制造工艺的基本概念机械制造工艺的流程机械制造装备的分类和特点机械制造装备的分类机械制造装备的特点先进制造技术是指基于先进制造理论、技术和方法的总称，包括计算机辅助设计（CAD ）、计算机辅助制造（CAM ）、计算机辅助工艺规划（CAPP ）、数控技术（NC ）、柔性制造系统（FMS ）等。
1机械原理课件_东南大学_郑文纬_第七版第09章_平面机构的力分析111解析
惯性力：是一种虚拟加在有变速运动的构件上的力。
惯性力是是阻力还是驱动力？ 当构件减速时，它是驱动力；加速时，它是阻力 特点：在一个运动循环中惯性力所作的功为零。低速机械的惯性力 一般很小，可以忽略不计。
二、研究机构力分析的目的
确定运动副反力。
因为运动副中反力的大小和性质对于计算机构各个零 件的强度、决定机构中的摩擦力和机械效率、以及计 算运动副中的磨损和确定轴承型式都是有用的已知条 件。
选定一点B， 再选定另一点为K
可以任意选择两个代换点
B b B
S k S
K
mB mK m mB (b) mK k 0
mk mB bk
K
mb mK bk
动代换
两质量点动代换： 选定一点B； 则另一点为K。
不能同时任意选择两个代换点
mB mK m
K k
mB (b) mK k 0
例 9－ 6
例9－6 p367
5 E Aω 1
1
Fi5 G5
6 Fr
D B 2 3
4
在如图所示的牛头刨床机构 中,已知：各构件的位置 和尺寸、曲柄以等角速度 w1顺时针转动、刨头的重 力G5、惯性力Fi5及切削 阻力(即生产阻力)Fr。
C
试求：机构各运动副中的反力及需要施于曲柄1上的平 衡力偶矩(其他构件的重力和惯性力等忽略不计)。
π
Fi 2 Fi 2b Fi 2k
5、动静法应用
不考虑摩擦时机构动静法分析的步骤：
1. 求出各构件的惯性力，并把其视为外力加于产生 该惯性力的构件上； 2. 根据静定条件将机构分解为若干个杆组和平衡力 作用的构件； 3. 由离平衡力作用最远的杆组开始，对各杆组进行 力分析； 4. 对平衡力作用的构件作力分析。
机械原理 第8章 平面机构的受力分析
此外，在对机械进行动态静力分析时，我们仍假定其原动件作等 速运动。而且在很多情况下可不计重力和摩擦力(在本章以下的讨 论中，均不考虑摩擦)，以便使问题简化。当然，这样的假定会产 生一定的误差，但对于绝大多数实际问题的解决影响不大，因而 是允许的。 机构动态静力分析的方法也有图解法和解析法两种，本章将 分别予以介绍。而在介绍机构动态静力分析的方法之前，首先要 说明如何确定构件的惯性力。
21 21
摩擦力除了与正压力和两运动副元素的材料有关，也与两运 动副元素的几何形状有关。在实际工程应用中，为了保证滑移副 沿确定的方向运动，通常总是将滑块与导杆的接触面做成V形槽 Q 面接触，如图8.5(a)所示。设V形槽面的槽形角为 2 ，因为 N sin ，所以作用在V形槽面上的摩擦力 (8.9) f 21 N 21 Q sin 令 (8.10) 0 sin
第8章 平面机构的受力分析
●8.1 研究机构受力分析的目的和方法 ● 8.1.1 作用在机械上的力 ● 8.1.2 机构受力分析的目的和方法 ●8.2 构件惯性力的确定 ●8.2.1 做平面复合运动的构件 ●8.2.2 做平面移动的构件 ●8.2.3 绕定轴转动的构件 ●8.3 质量代换法 ●8.3.1 质量代换法的含义 ●8.3.2 质量代换时满足的条件
● 8.2 构件惯性力的确定
在对机构进行动态静力分析之前，首先需要确定各构件的惯 性力。而各构件产生的惯性力，因其运动形式的不同而不同，现 分别进行讨论。
● 8.2.1
做平面复合运动的构件 由理论力学可知，对于作平面复合运动而且具有平行于运动平 面的对称面的构件(如图8.1所示铰链四杆机构中的连杆BC)，其惯 性力系可简化为一个加在质心S上的惯性力和一个惯性力偶矩 M I 它们分别为 (8.1) PI maS (8.2) M I JS 式中， m 为构件的质量； as 为构件质心 S 的加速度； 是 构件的角加速度； J S 是构件对于过其质心轴的转动惯量。上两式 中的负号则表示 PI 和 M I 分别与 aS 和 的方向相反
机械原理力的平衡与作用
机械原理力的平衡与作用力是物体相互作用的结果，机械原理中，力的平衡与作用是非常重要的概念。
力的平衡是指物体上作用的力相互抵消，使物体保持静止或以匀速直线运动。
而力的作用则是指力对物体的作用引起物体的状态变化。
本文将探讨机械原理中力的平衡与作用的基本原理及其应用。
一、力的平衡力的平衡是指物体上作用的力相互抵消，使物体保持静止或以匀速直线运动。
力的平衡有三种情况：静止平衡、匀速直线运动平衡和平衡位置不同时的稳定平衡。
1. 静止平衡静止平衡是指物体处于静止状态下的力平衡情况。
在静止平衡时，物体上的所有力矢量合成为零，即∑F=0。
这意味着物体所受的合力为零，物体不会发生位移。
静止平衡的典型例子是放在水平地面上的静止物体。
2. 匀速直线运动平衡匀速直线运动平衡是指物体以匀速直线运动时的力平衡情况。
当物体处于匀速直线运动时，物体所受的合力为零，即∑F=0。
这意味着物体受到的向后的摩擦力与向前的推力平衡，使物体维持匀速直线运动。
典型例子是处于水平面上的滑动物体。
3. 平衡位置不同时的稳定平衡当物体的平衡位置发生改变时，可以观察到物体的稳定平衡情况。
在稳定平衡时，物体恢复平衡位置的能力越强，物体的稳定性越高。
例如，当一个放置在桌子边缘的圆珠笔被稍微推动时，它会产生一个力矩使其回到平衡位置。
这种稳定平衡的性质在许多日常生活中都有应用，如建筑物的平衡结构设计。
二、力的作用力的作用是指力对物体的作用引起物体的状态变化。
力的作用可以分为：平衡力、非平衡力、摩擦力和弹力。
1. 平衡力平衡力指作用在物体上的各个方向的力平衡。
平衡力使物体保持静止或以匀速直线运动，不改变物体的状态。
平衡力的大小与方向相互抵消，使物体保持原来的状态。
例如，当我们用力推一辆静止的车，当受力和摩擦力平衡时，车将以匀速直线运动。
2. 非平衡力非平衡力是指使物体状态发生变化的力。
非平衡力与平衡力相比，其大小和方向不平衡，使物体发生运动或状态改变。
典型的非平衡力包括引力、推力、拉力等。
机械原理 pdf
机械原理pdf
机械原理是研究和应用力学、物理学等基础科学原理，以及工程学和设计学等工程技术原理来解释和描述机械系统的工作原理和性能的学科。
它主要涉及到力、运动、能量传递、结构和材料等方面的知识。
机械原理包括静力学、动力学和运动学等几个方面。
在静力学中，研究物体处于平衡状态下的力学性质，包括力的合成与分解、力的平衡条件和力矩等内容。
在动力学中，研究物体在外力作用下的运动规律，包括牛顿定律、动量守恒定律和能量守恒定律等。
在运动学中，研究物体的运动轨迹、速度和加速度等运动特性。
机械原理的应用范围非常广泛，涉及到各种机械系统的设计、分析和优化。
例如，机械原理可以应用于机械结构设计、运动机构设计、传动装置设计、强度计算和振动分析等方面。
在工程领域中，机械原理是理解和解决机械系统问题的基础，对于提高机械系统的性能和可靠性非常重要。
总之，机械原理是研究和应用力学和物理学等基础科学原理来解释和描述机械系统工作原理和性能的学科，对于机械系统的设计和分析具有重要的意义。
小学科学实验指南：简单机械原理和力的研究
小学科学实验指南：简单机械原理和力的研究 简介 本文档是一份针对小学生的科学实验指南，旨在帮助他们了解简单机械原理和力的基本概念。通过进行一系列简单而有趣的实验，学生将探索和理解机械原理，并体验到力在物体运动中的作用。
实验1：斜面上滚动 目标 通过观察和测试斜面上物体滚动的情况，了解倾斜角度、物体质量和表面摩擦对物体滚动速度的影响。
材料 • 斜面板（可以是坡道、竹板等） • 滑轮或圆珠笔/小车 • 测量工具（尺子、比重砝码等）
步骤 1. 将斜面板倾斜，并固定在桌子或其他平稳表面上。 2. 将滑轮或圆珠笔/小车放在斜面上，观察它们滚动下来时的情况。 3. 测量不同倾斜角度下物体滚动的时间或距离，并记录结果。 4. 改变滑轮/圆珠笔/小车的质量，重复步骤2和3。 5. 通过观察和分析结果，总结倾斜角度、物体质量和滚动速度之间的关系。 实验2：浮力试验 目标 了解浮力的概念，并通过模拟实验验证浸入液体中物体受到的浮力大小与其下沉深度有关。
材料 • 一个容器（可以是透明塑料盒子） • 水 • 不同大小和形状的实验物体（纸张、木块等）
步骤 1. 将容器填满水，确保水面平稳。 2. 将不同大小和形状的物体分别放入水中，观察它们下沉或漂浮的情况。 3. 记录每个物体下沉到水中的深度，并比较它们之间的差异。 4. 分析并总结不同物体受到的浮力与其下沉深度之间的关系。 实验3：制作简易杠杆 目标 通过制作简易杠杆并进行测试，了解杠杆原理及施加在不同位置产生的力对平衡状态的影响。
材料 • 一个平板（可以是木板、书本等） • 两个固定点（绳子、铁丝等） • 不同质量和形状的物体（砖、书等）
步骤 1. 将平板平放在桌上，并用固定点将其支撑起来。 2. 在不同位置放置不同重量和形状的物体，让杠杆保持平衡状态。 3. 测量每个物体到固定点的距离，并记录下来。 4. 观察并分析不同位置施加的力对杠杆平衡状态的影响。 总结 通过以上实验，我们可以了解简单机械原理中的斜面滚动、浮力和杠杆原理。这些实验帮助学生观察、测量和分析现象，培养他们对科学探究的兴趣和能力。同时，通过多次实验比较和总结，学生可以深入了解力在物体运动中的作用及与其他因素间的关系。这将为他们打下科学思维和实验技巧方面的基础。
平面机构的力分析PPT课件
9.4.1 构件组的静定条件
n个构件有3n个平衡方程式，若机构 有PL低副，PH个高副，则总约束（未直量数 目）为2PL+PH。静定条件为：
3n2pLpH
如果只有低副，则有 pL 23n
显然，各级杆组均符合静定条件。
2
3. 运动副反力
机构运转时，运动副中产生的反作用 力，可分解为法向和切向两方向 法向反力——正压力 切向反力——摩擦力
4. 重力
在一个运动循环中，重力所作的功为零
5. 惯性力
在一个运动循环中，惯性力所作的功为零
以上诸力中，运动副反力对整个机构而言是内力，但对
于一个构件而言则是外力。其余各力均是外力。力如果使构
18
2019/12/3
19
2. 止推轴颈转动副中的摩擦力
2019/12/3
Mf fQr'
式中r’——当量摩擦半径
对于非跑合轴承，r'
2 3
r23 r22
r13 r12
对于跑合轴承， r' r1 r2 2
其中r1，r2分别为接触的内、外半径
20
9.4 图解法作机构的 动态静力分析
F ：外力的合力
：合力F的作用方向
RBA ：B对A的反作用力
Fx / Fy tg
F f fN
tg F f N f
分析：
2019/12/3
? ?
时，自锁
8
此时，滑块除了移动外，还要发生倾转， 故在b、c两点产生正压力和摩擦力。
2019/12/3
件201绕9/12点/3 的转动状态发生改变时，可用力矩来度量。
3
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N1 N2 N
则
又据 MO 0
得 Gh Nl
欲使摇臂不自动下 滑，必须满足
G 2Ff
联解上三式得
Ff1 fN Ff 2 Ff
h l 2f
即 h l
2tgj
S应位于E点的右边
2. 楔形面移动副摩擦
θ
θ
以滑块作为受力
体，有 Ff= f N
1
所以 ， F =2Ff= 2f N
2
R21
N
Ff
Fx
tgj tg
R21
N
j
Ff 1
Fx
2
Fy
F
1) 当β＞ φ时，Ff＜Fx , 滑块作加速运动。
2) 当 β ＝ φ时， Ff = Fx ，滑块作匀速运动(若1原来就在
运动)或者静止不动(若1原来就不动)。
3) 当 β ＜ φ时， Ff ＞ Fx ，若滑块原来就在运动，则作减 速运动直至静止不动；如滑块原来就不动，则无论外力F
3. 质量代换法 a. 动代换。同时满足上述三个代 换条件的质量代换。对连杆有：
mB+mK=m2 mBb=mKk mBb2+mKk2=Js2
b. 静代换。只满足上述前两个代 换条件的质量代换。(忽略惯性力 矩的影响)
mB=m2c/(b+c) mC=m2b/(b+c)
§9-3 运动副中摩擦(Friction)力分析
假想的集中质量称为代换质量，代换质量所在的位置称
为代换点。
2. 质量代换的等效条件
n
a. 代换前后构件的质量不变；Σi=m1 i= m
n
b.
代换前后构件的质心位置不变；
Σi=m1 i
n
xi
=
0
Σi=m1 i yi = 0
n
c. 换前后构件对质心轴的转动惯量不变。Σi=m1 i ( x2i + y2i ) = 0
§ 9-1 机构力分析的目的和方法 一、作用在机械上的力
作用在机械构件上的力常见到 的有：驱动力、阻力（有效阻力、 有害阻力） 、重力、惯性力和运动 副中的反力。
从做功的角度可分为： ◆ 驱动力：驱使机构产生运动的力 特点：与作用点的速度方向相同、
N
F摩 G
F惯 Pr
Md
G′
或成锐角——作正功——驱动功、输入功。 包括：原动力、重力（重心下降）、惯性力（减速）等。
3. 斜面摩擦 a. 等速上升
n
N
R21
a j
v
物体平衡： P + Q + R = 1
P
所以0 有： P = Q tg (a+j)
F a
2
n Q
b. 等速下降 物体平衡： P + Q + R = 所以0 有： P = Q tg (a-j)
n R21 Na
附加： 1. 摩擦的分类
a. 干摩擦 b. 液体摩擦
V21 Ff21
N V12
1 Ff12
c. 半液体摩擦
2
2. 库仑定律(摩擦定律)
简要内容：
Q
a. Ff= f N
b. f静 > f动 c. 摩擦系数的值与两物体间的接触表面材料和形状有
关，与接触面积的大小及两物体间的相对速度的关系很小。
一、移动副中的摩擦 1. 平面移动副的摩擦
jΔ
F
Ff
N
N Q
因为：Q=2N* sinθ，即N=Q/2sinθ
所以：F =2Ff= 2f N= Q*f/sinθ 令：fΔ = f / sinθ 有F = Q*fΔ
fΔ——当量摩擦系数 讨论：
Q
90 °-θ
N 2θ Q
N 90 °-θ
பைடு நூலகம்
(1) 概念的引入，将楔形摩擦转换成平面摩擦；
(2) fΔ >f；作锁止用。
§9-2 构件惯性力的确定
一、一般力学方法
由理论力学知：惯性力可以最终简化为一个加于构件重
心S处的惯性力Fi和一个惯性力矩Mi；即
h s Mi
Fi = -mas Mi = - Jsε
Fi′
Fi
而这惯性力Fi和Mi又可用一个大小等于Fi的总惯性力Fi ′代
替；其偏离距离为h= Mi/ Fi 。
1. 作平面移动的构件
Fi = -mas (as=0或as≠0 ) Mi = 0
2. 绕定轴转动的构件
a. 回转轴线通过构件质心。
S
Fi = 0 Mi = -Js α (α=0或α≠0 ) b. 回转轴线不通过质心。
Fi = -mas (α =0或α ≠0 ) Mi = - Jsα 其中：h=Mi/Fi 3. 作平面复合运动的构件
◆ 阻力：阻碍机构产生运动的力
N
特点：与作用点的速度方向相反、 或成钝角——作负功——阻抗功。 包括：生产阻力、摩擦力、重力(重 心上升)、惯性力(加速)等。可分为
F摩 G
F惯 Pr
Md
两种：
有效阻力(生产阻力)：执行构件面 G′
G′
对的、机械的目的实现。克服此阻
力所做的功称为有效功或输出功。
有害阻力：机械运动过程中的无用阻力。克服此阻力所做 的功称为损耗功。
的大小如何，滑块都不能运动。这种不管驱动力多大，由
于摩擦力的作用而使机构不能运动的现象称为自锁。
F作用线位于接触面之外 ，确定RBA
如果材料很硬，可近似认为两反力集中在b、c两点 如果材料很硬，可近似认为两反力集中在b、c两点
N2 R2 j
Ff 2c
d
a
a
Ff 1
b
R1 j
B
N1
D
PF
例9-1 图示钻床摇臂中，滑套长度为l、它和主轴之间的 摩擦系数f。摇臂在其本身重量G作用下不应自动滑下，求 其质心S至立轴之间的距离h。
R21
N
j
于是有：tg=Fx/Fy Fx—有效分力 Fy—有害分力
而： N= -Fy
Ff 1
Fx
2
Fy
F
Ff= f N R—总反力，正压力与摩擦力的矢量和；R与N之间
夹角用j表示，称作摩擦角(Frictional Angle)。
结论：
(1) 摩擦角与摩擦系数一一对应， j =arctgf； (2) 总反力永远与运动方向成90°+ j 角。
N1 N2 N
则
又据 MO 0 得 Gh Nl
欲使摇臂不自动下
滑，必须满足
G 2Ff
联解上三式得
h l 2f
Ff1 fN Ff 2 Ff
R2
Ff2
C
N2
ψ
l
Ff1 O
D
E
S
ψ R1
N1
G
h
即 h l
2tgj
S应位于E点的右边
例9-1 图示钻床摇臂中，滑套长度为l、它和主轴之间的 摩擦系数f。摇臂在其本身重量G作用下不应自动滑下，求 其质心S至立轴之间的距离h。
Fi＇
Fi h S
Mαi
Fi = -mas Mi = - Jsε
其中：h=Mi/Fi
h s Mi
Fi′
Fi
F1′ F1
B 2
F2 ′
h2
F2
S1
M2
1
A
aS1
aS2 M1 aS3
3
F3
′
曲柄滑块机构的一般力学受力分析
二、质量代换法
1. 基本概念
设想把构件的质量，按一定条件用集中于构件上某几个
选定点的假想集中质量来代替。