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第4章 平面机构的力分析 主讲：河工大机械原理教研组 * 第4章 平面机构的力分析 §4-1 动态静力分析方法——动静法 §4-2 机构力分析的目的和方法 §4-3 惯性力系的简化 §4-4 不考虑摩擦的平面机构力分析 §4-5 研究机械中摩擦的目的 §4-6 运动副中的摩擦 §4-1 动态静力分析方法 一、惯性系与非惯性系 满足牛顿三定理的系 惯性定理 作用力反作用力定理 a=∑F/m 惯性系中的力，用静力分析方法—静力平衡。 非惯性系： 不满足牛顿三定理中的任一条的系，不能用静力分析方法分析。 V=C 二、动态静力分析方法 如图，小车匀速向前运动，车内光滑的桌面上放有小球，小球受到的水平方向的合力为0。 请仔细观察小车的运动突然改变后小球的运动状态是否改变。 提示：无论小球的运动改变与否，小球因为和桌面间没有摩擦力水平方向的合力为零！ V=C V≠C V≠C V≠C V≠C V≠C V≠C V≠C 惯性系，静力平衡 V=C 小球匀速运动 V≠C 变速运动 小球与小车一起匀速运动 ∑Fx=0 小球因为小车变速而变速，有水平加速度， ∑Fx=0 根据牛顿定律a=∑Fx/m≠0，但 小球处于非惯性系：运动，动力学 ∑Fx=ma+(-ma)=0 ma+FI=0 惯性力FI=-ma V an F 用动静法分析作圆周运动的小球 FI+F=0 FI=- m · an 达郎伯原理和动态静力分析方法： 质点的达郎伯原理—当非自由质点运动时，作用于质点的所有力和惯性力在形式上形成一平衡力系。 ∑Fn-n=0 FI 这种在形式上用静力学的方法分析动力学问题的方法称为动态静力分析方法，简称动静法。 一个刚体（构件）是一个质点系，对应的惯性力形成一个惯性力系。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刚体，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。 平面机构力分析的动静法：对构件进行力分析时，把惯性力系作为外力加在构件上，用静力平衡条件求解。 §4-2 机构力分析的目的和方法 一、作用在机械上的力 由于作用在机械上的力，不仅是影响机械的运动和动力性能的重要参数，而且也是决定构件尺寸和结构形状的重要依据，所以不论是设计新机械，还是为了合理地使用现有机械，都必须对机械的受力情况进行分析。 机械上作用的力有哪些呢？ θ1 Md Fr G Ff F12 F32 2 3 Fg §4-2 机构力分析的目的和方法 一、作用在机械上的力 由于作用在机械上的力，不仅是影响机械的运动和动力性能的重要参数，而且也是决定构件尺寸和结构形状的重要依据，所以不论是设计新机械，还是为了合理地使用现有机械，都必须对机械的受力情况进行分析。 原动力、生产阻力、重力、摩擦力和介质阻力、惯性力以及运动副中的反力等。 　　根据力对机械运动影响的不同，可将其分为两大类。 　　1) 驱动力 即驱使机械运动的力。 其特征为：与其作用点的速度方向相同或成锐角； 其所作的功为负功，称为阻抗功。 　　2) 阻抗力 即阻止机械运动的力。 其特征为：与其作用点的速度方向相反或成钝角； 其所作的功为负功，称为阻抗功。　　　 §4-2 机构力分析的目的和方法 一、作用在机械上的力 　　阻抗力又可分为如下两种： 　　1)有效阻力，即工作阻力。它是机械在生产过程中为了改变工作物的外形、位置或状态等所受到的阻力。 克服有效阻力所完成的功称有效功或输出功。 　　2)有害阻力，即机械在运转过程中所受到的非生产阻力。 克服这类阻力所作的功是一种纯粹的浪费，故称为损失功。例如摩擦力、介质阻力等，一般就常为有害阻力。 注意！摩擦力并非总是有害阻力，有些机构中摩擦力是有益阻力。 二、机构力分析的目的 目的 确定运动副中的反力 运动副反力，是运动副两元素接触处彼此作用的正压力(法向力)和摩擦力(切向力)的合力。 确定机械上的平衡力(或平衡力偶) 计算机构的强度、运动副中的摩擦、磨损，确定机械的效率，以及研究机械的动力性能 平衡力(或平衡力偶)是指机械在已知外力作用下，为了使该机械能按给定的运动规律运动，还必须加于机械上的未知外力(或外力矩)。 设计新机械，例如根据机械的生产负荷，确定机械所需原动机的最小功率等问题 充分挖掘现有机械的生产潜力，例如根据原动机的功率，确定机械所能克服的最大生产阻力等问题，就都需要确定机械的平衡力。 三、机构力分析的方法 机械力分析方法 静力分析 动态静力分析 即不计构件惯性力的机构力分析，用于低速机械，