第九章 平面机构的力分析是机械原理课程中的重要组成部分,主要研究的是在机械运动过程中,各种力如何影响机构的运动以及如何进行分析。在这一章中,我们主要探讨了作用在构件上的五种力:驱动力、阻力、重力、运动副反力和惯性力,并详细阐述了机构力分析的目的和方法。
驱动力是导致机构运动的力量,通常为正功,是输入能量。阻力分为有效阻力和有害阻力,有效阻力是实现有用工作的力量,而有害阻力则是消耗能量的部分。重力对构件的影响取决于构件的重心位置,当重心下降时,重力做正功,反之做负功。运动副反力包括正压力和摩擦力,其中摩擦力不直接做功,而正压力在某些情况下可以转换为驱动力或阻力。惯性力是由于构件加速或减速产生的,加速时表现为阻力,减速时表现为驱动力。
机构力分析的主要目的是确定运动副反力和机械的平衡力。前者是为了了解各个部件间的相互作用,后者是为了保证机构按预定运动规律运行,需要施加的驱动力与外力达到平衡。力分析的方法有静力计算和动力计算。在低速运动时,可以忽略惯性力,视为平衡系统;在高速运动时,需要考虑惯性力,同样以静力方法处理,这被称为动态静力计算。
在§9-2 构件惯性力的确定中,我们学习了如何确定作平面复杂运动的构件的惯性力。惯性力 Fi 和 Mi 分别表示质量对速度和加速度的反应,它们与构件的质量、速度和加速度有关。对于不同类型的运动,如平面移动、定轴转动等,惯性力的计算公式有所不同。同时,我们还介绍了质量代换法,分为动代换和静代换,它们都是在保持质量和转动惯量不变的前提下,简化计算的过程。
在§9-3 运动副反力的确定中,重点讨论了移动副和转动副中的反力。移动副中,反力 Ff 与滑动速度 VAB 相关,可以根据滑动摩擦定律计算。反力的方向总是与 VAB 成特定角度,大小会受到构件加速、减速或匀速运动的影响。对于楔形面移动副,我们需要考虑当量摩擦系数和当量摩擦角,反力 RBA 与 VAB 的关系与平滑块类似。在转动副中,我们关注径向轴颈的反力,这里涉及到当量摩擦系数的测量,并通过实验数据进行分析。
通过这些知识点的学习,我们可以更深入地理解机械系统的动力学行为,有效地进行机构设计和优化,确保机械装置能够按照预期的方式工作,并提高其效率和可靠性。