《机械原理》第九章 平面机构的力分析PPT课件
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机械原理课件9
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谢谢大家！
M f fQr
r’——当量摩擦半径
非跑合：
r
2 3
r23 r22
r13 r12
跑合： r r1 r2
2
Q
1
p
p
2r1
2
2r2
例9-2 图示偏心夹具中，已知轴径O的半径r0、当量摩擦 系数f0、偏心距e、偏心圆盘1的半径r1以及它与工件2之间 的摩擦系数f，求不加力F仍能夹紧工件时的楔紧角ß。
二、机构力分析的目的和方法
一、目的
1、确定运动副反力 2、确定机械的平衡力（力矩） （为保证机构按给定的运动规律运动，必须施加驱动力（力矩） 与已知外力相平衡，这种未知力（力矩）称为平衡力）
二、方法
静力计算： （低速）不考虑惯性力，看成平衡系统 动力计算： （高速）考虑惯性力，看成平衡系统
同时计入静载荷和动载荷的计算。应用达朗贝尔原理，假 想地将惯性力加在产生该力的构件上，则在惯性力和其它 外力的作用下，该机构及其构件都可以认为是处于平衡状 态的。因此可以用静力方法计算。这种动力计算称为动态 静力计算。
安全象只弓，不拉它就松，要想保安 全，常 把弓弦 绷。20. 10.2407 :33:140 7:33Oc t-2024- Oct-20
加强交通建设管理，确保工程建设质 量。07:33:1407 :33:140 7:33Saturday , October 24, 2020
《平面机构的力分析》课件
平面机构分类
连杆机构
包括平面四杆机构和曲柄滑块机构等。
滑块机构
由滑块和导向曲线构成，常见于凸轮机构和双曲面传动。
齿轮机构
通过齿轮传递动力和运动。
平面机构的力分析概述
平面机构的力分析是研究机构在作用力下的静力平衡、运动学和动力学特性。 通过力分析，可以确定机构的稳定性、传动效率和运动性能。
连杆机构的力分析
《平面机构的力分析》 PPT课件
本PPT课件详细介绍了平面机构的力分析，包括机构的分类和不同类型的力分 析方法。通过丰富的图表和实例，帮助读者深入理解机构力学原理。
什么是平面机构
平面机构是指在一个固定的平面内，各构件相对位置保持不变的机械系统。 它由连杆、滑块、齿轮等部件组成，广泛应用于工程设计和自动化控制。
通过力平衡方程，求解平面齿轮机构的静力平衡。
通过运动学方程，分析平面齿轮机构的运动特性。
通过动力学方程，研究平面齿轮机构的受力和加 速度。
平面曲柄滑块机构的力分析
静力平衡方程
通过力平衡方程，求解曲柄滑块 机构的静力平衡。
运动学方程
通过运动学方程，分析曲柄滑块 机构的运动特性。
动力学方程
通过动力学方程，研究曲柄滑块 机构的受力和加速度。
静力平衡方程
通过力平衡方程，求解连杆机构 的静力平衡。
运动学方程
通过运动学方程，分析连杆机构 的运动特性。
动力学方程
通过动力学方程，研究连杆机构 的受力和加速度。
平面四杆机构的力分析
1 静力平衡方程
通过力平衡方程，求解平面四杆机构的静力平衡。
2 运动学方程
通过运动学方程，分析平面四杆机构的运动特性。
3 动力学方程
通过动力学方程，研究平面四杆机构的受力和加速度。
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。
机械原理平面机构力分析与机械的效率
（正行程）
根据力的平衡条件
P R Q 0 P Qtg( )
二、移动副中的摩擦（续）
2）求保持滑块1沿斜面2等速下滑所需的水平力 P’
（反行程）
根据力的平衡条件 P' R Q 0
P Qtg( )
注意
▪ 当滑块1下滑时，Q为驱动力，P’为阻抗力，其作用为
阻止滑块1 加速下滑。
一、研究摩擦的目的（续 ） 2. 摩擦的有用的方面：
有不少机器，是利用摩擦来工作的。如带传动、摩擦 离合器和制动器等。
二、移动副中的摩擦-2
1. 移动副中摩擦力的确定
F21=f N21 ❖当外载一定时，运动副两元素间法向反力 的大小与运动副两元素的几何形状有关：
1）两构件沿单一平面接触
N21= -Q
：
✓可以用总惯性力PI’来代替PI和MI ，PI’ = 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。
❖ 螺旋副可以化为斜面机构进行力分析。
三、螺旋副中的摩擦（续）
2）拧紧和放松力矩 ❖拧紧：螺母在力矩M作用下 逆着Q力等速向上运动，相 当于在滑块2上加一水平力P，使滑块2 沿着斜面等速向上 滑动。
P Qtg( ) M P d 2 d 2 Qtg( )
22
❖ 放松：螺母顺着Q力的方向 等速向下运动，相当于滑块 2 沿着斜面等速向下滑。
dF= fdN= f p ds
dM f dF fdN fpds
M f
根据力的平衡条件
P R Q 0 P Qtg( )
二、移动副中的摩擦（续）
2）求保持滑块1沿斜面2等速下滑所需的水平力 P’
（反行程）
根据力的平衡条件 P' R Q 0
P Qtg( )
注意
▪ 当滑块1下滑时，Q为驱动力，P’为阻抗力，其作用为
阻止滑块1 加速下滑。
一、研究摩擦的目的（续 ） 2. 摩擦的有用的方面：
有不少机器，是利用摩擦来工作的。如带传动、摩擦 离合器和制动器等。
二、移动副中的摩擦-2
1. 移动副中摩擦力的确定
F21=f N21 ❖当外载一定时，运动副两元素间法向反力 的大小与运动副两元素的几何形状有关：
1）两构件沿单一平面接触
N21= -Q
：
✓可以用总惯性力PI’来代替PI和MI ，PI’ = 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。
❖ 螺旋副可以化为斜面机构进行力分析。
三、螺旋副中的摩擦（续）
2）拧紧和放松力矩 ❖拧紧：螺母在力矩M作用下 逆着Q力等速向上运动，相 当于在滑块2上加一水平力P，使滑块2 沿着斜面等速向上 滑动。
P Qtg( ) M P d 2 d 2 Qtg( )
22
❖ 放松：螺母顺着Q力的方向 等速向下运动，相当于滑块 2 沿着斜面等速向下滑。
dF= fdN= f p ds
dM f dF fdN fpds
M f
☆西北工业大学国家精品课程]-机械原理PPT课件完整版
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西北工业大学【国家精品教程】机械原理（课件完整版）目录• 第一章 绪论 • 第二章 机构的结构分析 • 第三章 平面机构的运动分析 • 第四章 平面机构的力分析 • 第五章 机械的效率及自锁 • 第六章 机械的平衡目录• 第七章 机械的运转及其速度 波动的调节• 第八章 平面连杆机构及其设计 • 第九章 凸轮机构及其设计 • 第十章 齿轮机构及其设计目录• 第十一章 齿轮系及其设计 • 第十二章 其他常用机构 • 第十三章 工业机器人机构及其设计第一章 绪 论§1-1 本课程研究的对象及内容 §1-2 学习本课程的目的 §1-3 如何进行本课程的学习返回§1-1 本课程研究的对象及内容1．研究对象机械 是机构和机器的总称。
机构是指一种用来传递与变换运动和力的可动装置。
机器是指一种执行机械运动装置，操 作 机可用来变换和传递能量、物料和信息。
实例：示 教内燃机板工件自动装卸装置六自由度工业机器人2．研究内容 有关机械的基本理论控制系统§1-2 学习本课程的目的课程性质、任务及作用 机械未来发展§1-3 如何进行本课程的学习掌握本课程的特点 注重理论联系实际 逐步建立工程观点 认真对待每个教学环节机器和机构的概念（1）机构机构 是指一种用来传递与变换运动和力的可动装置。
如常 见的机构有带传动机构、链传动机构、齿轮机构、凸轮机构、螺 旋机构等等。
这些机构一般被认为是由刚性件组成的。
而现代机构中除了 刚性件以外，还可能有弹性件和电、磁、液、气、声、光…等元 件。
故这类机构称为广义机构；而由刚性件组成的机构就称为狭 义机构。
（2）机器机器 是指一种执行机械运动装置，可用来变换和传递能量、 物料和信息。
例如： 电动机、内燃机用来变换能量；机器和机构的概念(2/3)机床用来变换物料的状态； 汽车、起重机用来传递物料； 计算机用来变换信息。
由于各种机器的主要组成部分都是各种机构。
机械原理ppt课件
机械原理ppt课件•机械原理概述•机构的结构分析•平面机构的运动分析•平面机构的力分析目录•机械的效率和自锁•机械的平衡与调速01机械原理概述机械原理的定义与意义定义机械原理是研究机械中机构的结构和运动，以及机器的结构、受力、质量和运动的学科。
意义机械原理是机械工程学科的基础理论，对于培养机械类高级工程技术人才的全局知识、创新能力和工程实践能力具有重要作用。
机械原理的研究对象和任务研究对象以机器与机构为研究对象，研究其结构、运动学、动力学和性能等方面的问题。
任务揭示机器与机构的工作原理，研究其设计理论和方法，为机械产品的创新设计和制造提供理论和技术支持。
机械原理的发展历程古代机械原理主要依赖于经验和直观，缺乏系统的科学理论。
近代机械原理随着数学、力学等学科的发展，机械原理开始形成较为完整的理论体系。
现代机械原理随着计算机科学、控制论、信息论等学科的交叉融合，机械原理的研究领域不断扩展，研究方法不断更新。
02机构的结构分析包括构件、运动副和约束等，是机构的基本组成部分。
机构组成要素两构件直接接触并能产生一定相对运动的连接称为运动副。
根据接触形式的不同，运动副可分为低副和高副两类。
运动副对机构中构件的运动所加的限制称为约束。
约束反力是约束对构件的作用力，其方向与构件的运动趋势相反。
约束机构组成要素及运动副机构运动简图及表示方法机构运动简图用规定的符号和线条表示构件和运动副，并按一定比例画出各运动副的相对位置及与构件连接的几何关系，这种表示机构结构的图形称为机构运动简图。
表示方法在机构运动简图中，构件用直线或折线表示，长度按比例绘制；运动副用规定的符号表示，如转动副用“○”表示，移动副用“→”表示等。
机构具有确定运动的条件机构自由度的计算机构自由度是机构中所有活动构件的自由度数之和减去约束数。
在计算自由度时，需要注意复合铰链、局部自由度和虚约束的处理方法。
原动件的选择原动件是机构中主动独立的运动单元，其选择应根据机构的使用要求、动力源的特性以及机构的类型等因素综合考虑。
机械原理 第九章 力分析
G′
N F惯 F摩 G Pr
Md
G′
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。
二、任务与目的 1. 确定运动副中的反力 特点：对整个机械来说是内力； 对构件来说则是外力。 目的：计算构件的强度、运动 副中的摩擦、磨损；确定机械 的效率；研究机械的动力性能。
F摩 G
N
F惯
Pr Md
Q M N Q
ω12
r
1 2
0
R 21
N
2
+ Ff
2
N
2
+ ( fN )
2
1+ f
2
N
M
N
R 21 1+ f
2
Q
ρ
ω12
r 1
0
R21
摩擦力矩：
M
f
N
Ff
F f r fNr
f 1+ f
2
2
rR
21
由平衡条件：R21= -Q 和 Mf= R21 ρ 得：
f 1+ f
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。
◆ 阻力：阻碍机构产生运动的力 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 两种： 有效阻力(生产阻力)：执行构件面 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。
3) 当 h ＜ ρ时， Q’与摩擦圆相割，Mf ＞ M ，若A原来就在运动，则作减
这就是自锁现象。
速运动直至静止不动；如A原来就不动，则无论Q’大小如何，A都不能转动。
N F惯 F摩 G Pr
Md
G′
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。
二、任务与目的 1. 确定运动副中的反力 特点：对整个机械来说是内力； 对构件来说则是外力。 目的：计算构件的强度、运动 副中的摩擦、磨损；确定机械 的效率；研究机械的动力性能。
F摩 G
N
F惯
Pr Md
Q M N Q
ω12
r
1 2
0
R 21
N
2
+ Ff
2
N
2
+ ( fN )
2
1+ f
2
N
M
N
R 21 1+ f
2
Q
ρ
ω12
r 1
0
R21
摩擦力矩：
M
f
N
Ff
F f r fNr
f 1+ f
2
2
rR
21
由平衡条件：R21= -Q 和 Mf= R21 ρ 得：
f 1+ f
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。
◆ 阻力：阻碍机构产生运动的力 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 两种： 有效阻力(生产阻力)：执行构件面 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。
3) 当 h ＜ ρ时， Q’与摩擦圆相割，Mf ＞ M ，若A原来就在运动，则作减
这就是自锁现象。
速运动直至静止不动；如A原来就不动，则无论Q’大小如何，A都不能转动。
机械原理平面机构的力分析新PPT教案
杆长度
曲柄的转速
活塞及其连附lAB 0.1m,
转 的 用件动距质的惯离量重量代量换法lB求CQ连3杆0的.32惯3，1m性试连N,力确杆,。定重在量，图连示杆位重置心时nQ活1 2连塞至杆1的曲25对惯50柄其N性0销r重力,的/心，mB的并in,
J S2 0.0425kg. m2
S2
lBS 2 1/ 3lBC
解：1. 高副低代
C
3
2.运动分析（过程略）
aB2
C
3
b
o(b)
2
B R
FI 2 2 B
aB2
p
p
o
oA
1
1
O
A
aB2 pb a
1
3.受力分析 FI 2 m2aB2 m2 pb a 20 23.4 468N
第9页/共66页
例2 φ曲=柄90的在°,导等图杆角示的速的重度摆心ω动1在导=2C杆0点r机a，d构/s导中。杆，求对已导重知杆心L3A的CC的=惯2转性00动力m惯m矩量，。JL3=AB0=.21k0g0·mmm2 ，
mB mK
m2lS 2K
lS 2K lBS 2 m2 mB
25 9.8 25 9.8
0.151 1.476kg 0.151 0.11
1.476 1.075kg
（2）求作用在B、K 两点的惯性力
FIB , FIK
FIB mBaB 1.476 pba 1.476 2470 3645.7N
c
aC
p
FIB mB aB mB pb a
1.7 2469 4197N
FIC mCaC mC pca
s2 aB
0.851780 1513N
机械原理课件完整版
THANK YOU
机械平衡的内容
研究机械系统在各种力作用下的平衡条件，分析平衡状态下系 统的受力情况和运动特性，以及探讨实现平衡的方法和措施。
刚性转子的平衡设计
01
刚性转子平衡设计的原则
根据转子的结构特点和工艺要求，选择合适的平衡方法，确定平衡精度
等级和校正量，以保证转子在运转过程中的稳定性和可靠性。
02 03
刚性转子平衡设计的方法
采用静平衡或动平衡方法，通过测量转子的不平衡量，对其进行相应的 校正，使转子达到平衡状态。其中，静平衡方法适用于低速、小直径的 转子，而动平衡方法适用于高速、大直径的转子。
刚性转子平衡设计的注意事项
在进行转子平衡设计时，需要考虑转子的结构刚度、转速、轴承类型等 因素对平衡的影响，同时还需要注意测量仪器的精度和测量方法的正确 性。
刚性转子平衡试验的注意事项 在进行转子平衡试验时，需要选择合适的试验设备和测量方法，确保试验结果的准确性和可靠性。同时， 还需要注意试验过程中的安全问题，防止意外事故的发生。
07
机械的运转及其速度波 动的调节
机械运转过程及驱动力、阻力矩
01
02
03
机械运转过程
机械运转是指机械设备中 各个零部件之间通过相互 作用和传动，实现预定的 运动和功能的过程。
利用速度瞬心进行机构的速度分析，可以简化计算过程，提高求 解效率。
用矢量方程图解法作机构的速度和加速度分析
1 2
矢量方程的建立
根据机构中各构件之间的运动关系，建立矢量方 程。
矢量方程的解法
运用几何方法求解矢量方程，得到机构的速度和 加速度。
3
矢量方程图解法的应用 适用于平面机构中速度和加速度的求解，具有直 观、形象的特点。
经典课件机械原理(课件)
机械系统的等效动力学模型
等效动力学模型的概念
等效动力学模型的建立 方法
等效动力学模型的应用
等效动力学模型是指将复杂的机械系 统简化为一个或几个简单的动力学模 型，以便于分析和计算。通过等效动 力学模型，可以方便地研究机械系统 的动态特性，如振动、稳定性等。
建立等效动力学模型的方法有多种， 如集中参数法、分布参数法、有限元 法等。这些方法都是将复杂的机械系 统简化为一个或几个简单的动力学模 型，以便于分析和计算。
经典课件机械原理(课件)
目录
• 机械原理概述 • 机构的结构分析 • 平面机构的运动分析 • 平面机构的力分析 • 机械的平衡 • 机械的运转及其速度波动的调节
01
机械原理概述
机械原理的定义与重要性
定义
机械原理是研究机械系统中力的传递、转换和效应的基本规律和原理的学科。
重要性
机械原理是机械工程学科的基础，对于理解和分析机械系统的运动、力和能量 传递过程具有重要意义。它为机械设计、制造、控制和使用提供了基本的理论 和方法。
培养具有创新精神和实践能力的高素质人才。
02
机构的结构分析
机构组成与分类
机构组成
由两个或两个以上的构件通过活动联接形成的构件系统。
机构分类
按组成的各构件间相对运动的不同，机构可分为平面机构（如平面连杆机构、圆 柱齿轮机构等）和空间机构（如空间连杆机构、蜗轮蜗杆机构等）。
机构运动简图及表示方法
机构运动简图
自锁
当驱动力作用于机构的某一构件上， 若不能使机构产生运动，则称该机构 处于自锁状态。自锁条件与机构的受 力情况、摩擦系数等因素有关。
05
机械的平衡
机械平衡的目的和内容
要点一
机械原理完整ppt课件
微器等。
04 连杆机构与凸轮机构
连杆机构的基本形式和设计方法
连杆机构的基本形式
包括曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构等，每种形式都有其特定的运动特 性和应用场合。
连杆机构的设计方法
根据给定的运动规律和设计要求，选择合适的连杆机构形式，并通过几何关系、 运动学分析和动力学计算等方法，确定机构的尺寸、运动参数和动力参数。
机械原理完整ppt课 件
目录
CONTENTS
• 机械原理概述 • 机构的结构分析与设计 • 机械传动与驱动 • 连杆机构与凸轮机构 • 间歇运动机构与组合机构 • 机械系统动力学与平衡 • 现代设计方法在机械原理中的应用
01 机械原理概述
机械原理的定义与重要性
定义
机械原理是研究机械系统运动、 力和能量转换规律的科学。
01
链传动应用
适用于机床、起重机械、农业机械等需要较大传动比和较高效率的场合
。
02
带传动应用
广泛应用于轻工、纺织、化工等行业的传动系统中，如缝纫机、皮带运
输机等。
03
螺旋传动应用
常用于机床进给机构、千斤顶、螺旋压力机等需要直线运动或升降运动
的场合。同时，在精密仪器和微调装置中也有广泛应用，如精密螺旋测
中的重要性。
优化设计的数学模型
02
讲解优化设计的数学模型，包括设计变量、目标函数和约束条
件等要素的定义和表示方法。
优化算法与实例分析
03
介绍常用的优化算法，如梯度下降法、遗传算法等，并通过实
例分析展示如何在机械设计中应用这些算法进行优化。
可靠性设计在机械原理中的应用
可靠性设计的基本概念
介绍可靠性设计的定义、目的和意义，阐述可靠性设计在机械设计中的重要性。
《机械原理》第九章 平面机构的力分析解读
第九章 平面机构的力分析
§9-1研究机构力分析的目的和方法 §9-2构件惯性力的确定 §9-3运动副中摩擦力的确定 §9-4不考虑摩擦力的机构力分析 §9-5速度多边形杠杆法 §9-6考虑摩擦力的机构力分析
§ 9-1 机构力分析的目的和方法
N
一、作用于机构中力的分表9-1
构件运动特点 平面复杂运动
平面移动
绕质心转动
绕非质心转 动
补：作机构的动态静力分析时用到的力学知识
（1）二力杆平衡的条件： 构件在两个力作用下平衡的条件： 是此两力在两作用点 的连线上，并且大小相等，方向相反。
（2）三力杆平衡条件： 构件在同一平面内三个不平行力作用下平衡的条件： 是 此三力的作用线必定汇交于一点，且此三力组成封闭的矢 量三角形。
二、研究机构力分析的目的和方法
目的： 1）. 确定运动副中的反力 特点：对整个机械来说是内力；对构件来说则是外力。 目的：计算构件的强度、运动副中的摩擦、磨损；确定 机械的效率；研究机械的动力性能。
2）. 确定机构需加的平衡力(或平衡力矩)
定义：指与作用在机械上的已知外力，以及当该机械按给
定的运动规律运动时其构件的惯性力相平衡的未知外力(或
作用在运动副中的力 （3）运动副反力（反力）—当机构受到外力作用时，在运动副中 产生的反作用力称为运动副反力（反力） 。 对机构而言，约束反力是内力；对构件而言，约束反力是外力。
约束反力类型 法向力（正压力）—与运动副两元素的相对运动方向垂直，所 以该力不作功。 切向力（摩擦力）—切于运动副元素表面的摩擦力。 （4）重力 重力通常比其他力小得多，在很多情况下可忽略不计。 （5）惯性力：一种虚拟加在有变速运动构件上的力。 当构件加速运动时，它的惯性力是阻力； 当构件减速运动时，它的惯性力是驱动力。
§9-1研究机构力分析的目的和方法 §9-2构件惯性力的确定 §9-3运动副中摩擦力的确定 §9-4不考虑摩擦力的机构力分析 §9-5速度多边形杠杆法 §9-6考虑摩擦力的机构力分析
§ 9-1 机构力分析的目的和方法
N
一、作用于机构中力的分表9-1
构件运动特点 平面复杂运动
平面移动
绕质心转动
绕非质心转 动
补：作机构的动态静力分析时用到的力学知识
（1）二力杆平衡的条件： 构件在两个力作用下平衡的条件： 是此两力在两作用点 的连线上，并且大小相等，方向相反。
（2）三力杆平衡条件： 构件在同一平面内三个不平行力作用下平衡的条件： 是 此三力的作用线必定汇交于一点，且此三力组成封闭的矢 量三角形。
二、研究机构力分析的目的和方法
目的： 1）. 确定运动副中的反力 特点：对整个机械来说是内力；对构件来说则是外力。 目的：计算构件的强度、运动副中的摩擦、磨损；确定 机械的效率；研究机械的动力性能。
2）. 确定机构需加的平衡力(或平衡力矩)
定义：指与作用在机械上的已知外力，以及当该机械按给
定的运动规律运动时其构件的惯性力相平衡的未知外力(或
作用在运动副中的力 （3）运动副反力（反力）—当机构受到外力作用时，在运动副中 产生的反作用力称为运动副反力（反力） 。 对机构而言，约束反力是内力；对构件而言，约束反力是外力。
约束反力类型 法向力（正压力）—与运动副两元素的相对运动方向垂直，所 以该力不作功。 切向力（摩擦力）—切于运动副元素表面的摩擦力。 （4）重力 重力通常比其他力小得多，在很多情况下可忽略不计。 （5）惯性力：一种虚拟加在有变速运动构件上的力。 当构件加速运动时，它的惯性力是阻力； 当构件减速运动时，它的惯性力是驱动力。
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驱动力
驱使机构产生运动的 力
作正功
例如
推动内燃机活塞的燃气 压力
加在各种工作机主轴上 的原动机提供的外力矩
2020/11/27
第九章 平面机构的力分析
作用于机构中力的有效阻力和有 害阻力。
有效阻力又称工作阻力 例如
机床的切削阻力 起重机的荷重
2020/11/27
第九章 平面机构的力分析
质量代换法
代换条件 1) 集中在各代换点的质量总和应等于原构件的质量，
即代换前后构件的质量不变；
2) 集中在各代换点的质量的总质心应与原构件的质
心相重合，即代换前后构件的质心位置不变；
3) 集中在各代换点的质量对质心轴的转动惯量总和
应等于原构件对该轴的转动惯量，即代换前后对 质心轴的转动惯量不变。
RBA与运动表面法线成φ角度
RBA与所作用的构件运动方向成钝角
自锁现象
静止，β< φ(摩擦角)
2020/11/27
第九章 平面机构的力分析
2.楔形面移动副中的总反力
N1N2Q0 Q
NN1N2 2sin
Ff 2fNsifnQ
令
f
f
sin
fΔ——当量摩擦系数
第九章 平面机构的 力分析
CONTENTS
§9-1 研究机构力分析的目的和方法 §9-2 构件惯性力的确定 §9-3 运动副中摩擦力的确定 §9-4 不考虑摩擦力的机构力分析 §9-5 速度多边形杠杆法
2020/11/27
第九章 平面机构的力分析
§9-1 研究机构力分析 的目的和方法
作用于机构中力的分类
质量代换法
动代换
mB mK m mB(b) mKk 0
mB(b)2 mKk2 JS
m
m
k
B K
JS mb mk
b mb
b
k k
2020/11/27
第九章 平面机构的力分析
质量代换法
静代换
mBm(Bb)mCmCcm0
m
B
m
C
mc
b mb
b
c c
2020/11/27
平面移动
Fi
Mi
-mas
0
平面一般运动
-mas
-Jsα
轴线通过质心
轴线不通过质心
2020/11/27
匀速 变速
0 永为0 0
0
-Jsα
匀速
-mas
0
变速
-mas
第九章 平面机构的力分析
永不为0 -Jsα
构件惯性力的计算
总惯性力
将构件同时具有的惯 性力Fi和惯性力偶矩Mi 合成总惯性力Fi’
Fi
第九章 平面机构的力分析
研究机构力分析的方法
动态静力法
根据达朗贝尔原理，假想 地将惯性力加在产生该力 的构件上，则在惯性力和 所有的其他外力作用下， 该机构或其中构件都可以 认为是处于平衡状态，因 此可以用静力学的方法进 行计算。
虚拟加惯性力→类似 静力平衡状态→使用 静力学的方法
2020/11/27
第九章 平面机构的力分析
研究机构力分析的方法
模型简化
低速机械可以不计惯性 力
略去重力
2020/11/27
第九章 平面机构的力分析
研究机构力分析的方法
图解法 解析法
2020/11/27
第九章 平面机构的力分析
§9-2 构件惯性力的确 定
构件惯性力的计算
作平面复杂运动 的构件
Fi mas Mi Js
'
Fi
h
Mi Fi
h
,
Fi
,
M
构成右手系
i
2020/11/27
第九章 平面机构的力分析
质量代换法
按一定条件将构件的 分布质量用集中在若 干选定点的假想质量 来代换的方法称为质 量代换法。
该假想的集中质量称 为代换质量
代换质量所集中的点 称为代换点。
单质量——质心模型
两质量——工程计算， 集中质量不再局限于 零件形状特征，而与 构件运动产生某种联 系
作功的和为零
2020/11/27
第九章 平面机构的力分析
作用于机构中力的分类
驱动力
驱使机构运动的力
工作阻力
“负荷”
运动副 摩擦力 相对运动表面切向 反力 正压力 ⊥相对运动方向
重力
惯性力
虚拟力
外力 正功 外力 负功
负功 不做功 外力 循环0 外力 循环0
2020/11/27
第九章 平面机构的力分析
2020/11/27
第九章 平面机构的力分析
作用于机构中力的分类
重力 作用在构件质心上 因地球吸引产生
在一个运动循环中重 力所作的功的和为零
重力在很多情况下(尤 其在高速机械的计算 中)可以忽略不计
2020/11/27
第九章 平面机构的力分析
作用于机构中力的分类
惯性力 虚拟力 Fi=-mas 在一个运动循环中所
确定机构需加的平衡 力或平衡力矩
可用于
确定机器工作时所需的 驱动功率
确定能承受的最大负荷 等
2020/11/27
第九章 平面机构的力分析
研究机构力分析的方法
静力计算
不计动载荷而仅考虑静 载荷的计算
低速机械
动力计算
同时计及静载荷和动载 荷的计算
高速机械 使用动态静力法
2020/11/27
第九章 平面机构的力分析
§9-3 运动副中有摩擦 力时总反力的确定
一、移动副中的总反力
1.平面移动副中的总反力
构件A所受的力
驱动力F
总反力RBA
B
总反力方向：
V A B AB
N ψ A a a
FF x F βj FN y
BA
RP B A
y y
x
b
x
o
Ff
RBA与vAB成90°+φ(钝角)
2020/11/27
第九章 平面机构的力分析
质量代换法
静代换
凡满足前两个代换条件的代换，其惯性力不变， 这种代换的原构件和代换系统的静力效应完全 相同
动代换
凡满足上述所有三个代换条件的代换，其惯性 力和惯性力偶矩都不变，这种代换的原构件和 代换系统的动力效应完全相同
2020/11/27
第九章 平面机构的力分析
有害阻力是阻力中除有效 阻力外的无效部分
例如
齿轮机构中的摩擦力
2020/11/27
第九章 平面机构的力分析
作用于机构中力的分类
运动副反力
当机构运转时，在运 动副中产生的反作用 力。
可分解为沿运动副两 元素接触处的法向和 切向两个分力。
法向反力称正压力 不作功
切向反力即运动副中 的摩擦力
作用于机构中力的分类
内力与外力
对整个机构而言运动副 反力是内力
对于一个构件而言运动 副反力是外力
其余各力均是外力
待定未知外力称为平 衡力或平衡力矩
2020/11/27
第九章 平面机构的力分析
研究机构力分析的目的
确定机构运动副反力
可用于
零件设计和强度校核 测算机构中的摩擦力和
机械效率等