河北工业大学机械原理力分析资料重点

有害阻力（矩）
机械运转过程受到的非生产阻力，克服了这类阻力所作的功
纯粹是浪费能量。如摩擦力、空气介质阻力等。
约束反力：对机构而言是内力，对构件而言是外力。
附加动压力：单独由惯性力（矩）引起的约束反力。
二、构件惯性力和惯性力偶的确定
1）一般平面运动构件 构件2（连杆）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
2)力矩： 一般设： 逆时针方向为正，顺时针方向为负。
已知力矩的方向为逆时针方向时，用正值代入；否则， 用负值代入。
3）力： 若已知力或其分量的方向与所设坐标轴的正向 相反，则用负值代入；否则，用正值代入。
三、铰链四杆机构的动态静力分析
例：已知图示铰链四杆机构, 工作阻力 M r
求：解各运动副中的约束反力；应加在原动件1上的平衡力矩Mb
2）将各构件逐一从机构中分离并写出一系列平衡方程式； 3）联立求解这些平衡方程式，求出各运动副中的约束反力和
需加于机构上的平衡力或平衡力矩。 （分析机构）所受外力、分离构件、列平衡方程
一般情况下，可把这些平衡方程式归纳为解线性方程组的问题。可用相应 的数值计算方法利用电子计算机解这些方程组算出所求的各力和力矩。
1)动态静力分析:
一般适用高速重型机械，惯性力往往比外力要大，不能忽略。
一般情况下可忽略重力和摩擦力，通常可满足工程要求。
2)静力分析： 一般情况下，适用于低速机械，惯性力可忽略不计。
举例：偏心轮
3)为求出各构件的惯性力（矩），需首先对机构进行运动分析。
2、机械力分析的方法：
图解法：形象直观，精度低
解析法：精度高，可进行运动循环的力分析
第二节 作用在机械上的力
一、作用在机械上的力
给定力
惯性力（矩）
外加力（矩）
机械运动时作用在构件 上的力可分为两类:
包括：驱动力、工作阻力（阻抗力）、重力
约束反力
法向反力 切向反力( 即摩擦力)
驱动力——在平面运动构件上，凡是力的作用方向与构件的运动速度方 向相同或成锐角的力（与构件角速度方向一致的力矩称为驱动力矩）。
2）平面移动构件 FI3 =-m3 a3
3) 作定轴转动的构件 一般情况： FI1 =-m1 as1
MI1 =- Js1α1
质心位于回转中心： MI1 =- Js1α1
第三节 不考虑摩擦时平面机构的动态静力分析
一、解析法作机构动态静力分析的步骤
1）将所有的外力、外力矩（包括惯性力和惯性力矩以及待求 的平衡力和平衡力矩）加到机构的相应构件上；
求：解各运动副中的约束反力；应加在原动件1上的平衡力矩 Mb
为了后面计算方便，先求出构件3上的β角。设
T
(lC2D
l
2 DS
3
lC2S 3 ) /(2lCD lDS3 )
cos
则
（5-4）
arctan( 1 T 2 /T )
（5-5）
1）构件1
设存在惯性力 质心
注：图中约束反力与矩，以及平衡力矩均为未知量， 设其均为正方向（不要根据图中力的方向列方程）
负号表示FI2的方向与as2的方向相反； 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
h2为FI2与FI2间的距离.
构件运动形式不同，惯性 力的表达形式不一样。
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
FI 2 m2aS 2 M I 2 J S 2 2
分析受力 分离构件 平衡方程
质心位置 S1、S2、S3
aS1x aS1y
aS2x aS2y
a aS 3x
S3y
例：已知图示铰链四杆机构
l AB
l AS1
m1
J S1
1
1
aS1x
l AD
lBS 2
m2 JS2
2 2 aS1y
lCD
lCS 3
m3
JS3
3 3
aS2x
lBC
lDS3
aS2y
a aS 3x S 3 y
第一节 概述
一、机构力分析的任务
约束反力、平衡力
1）确定各运动副中的约束反力 对机构进行构件的强度设计；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（平衡力矩）
已知生产负荷确定原动机的最小功率；或由原动机的功率来确定所 能克服的最大生产阻力。
平衡力(矩)的概念：是与作用在机械上的已知外力（包括外力矩） 以及（当该机械按给定运动规律运动时）各构件的惯性力（包括惯性 力矩）相平衡的力或力矩。
如重力
这里
从而得
符号表明与 F41方向相反 而不是负号
(5-8) (5-9) (5-10)
2）构件2
质心的惯性力
F 0
MB 0
F32 F21 G 2 FI 2 0
(BS2 ) (G2 FI 2 ) (BC) F32 M2y G2
可得:
F32x F21x m2 aS 2x F32 y F21y G2 m2 aS 2 y
lBC cos 2 F32 y lBC sin 2 F32x J S 2 2 lBS2 cos 2 (G2 m2aS 2 y ) lBS2 sin 2 (m2aS 2x )
驱动力（矩）所作功为输入功，用于驱动机械运动。 阻 力——在平面运动构件上，凡是力的作用方向与构件的运动速度方向 相反或成钝角的力（与构件角速度方向相反的力矩称为阻力矩）。
驱动力
按作用分为
阻力
工作阻力 有害阻力
工作阻力（矩） 机械在生产过程中为了改变工作物的外形、位置或状态所受
到的阻力，克服了阻力就完成了有效的工作。 如车削阻力、起重力等：称为输出功或有益功 工作阻力（矩）所作功为输出功（或有益功）。
举例牛头刨床：用于平衡切削阻力、重力、构件惯性力（矩）时， 在原动件上所需施加的驱动力矩。
举例内燃机：已知驱动力、各构件的重力、惯性力，确定所能克服 的生产阻力。
二、机构力分析的原理和方法
1、机构的动态静力分析：根据达朗伯原理、将惯性力（矩） 看作外力加在相应的构件上，将动态运动的机构看作处于 静力平衡状态，从而用静力学的方法进行分析计算。
因它们大小相等而方向相反
二、解析法作机构动态静力分析时的注意事项
1）运动副中的约束反力: 常用： Fik表示构件 i 对构件 k 的作用力； 则： Fki表示构件 k 对构件 i 的作用力； 常将： Fki表示为-Fik； （为了减少未知量的数目）
一般可先将Fik设为正，如求出的力为负，则表示实际力的方 向与所设方向相反；反之，若为正，则表示二者的方向相同。