文档介绍：第4章 平面机构力分析
§4—1 概 述
一、作用在机械上的力
机械在运动过程中，作用在机械上的力包括：原动力、生产阻力、重力、惯性力、运动副反力（可分为摩擦力和正压力）。
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：驱使机械运动的力。
驱动力与其作用点的速度方向相同或成锐角，其所作的功为正功，称为驱动功或输入功。
2、阻抗力：阻止机械运动的力。
阻抗力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。
阻抗力又可分为两种：
1）有效阻力，即工作阻力：
用来克服为了改变工作物的外形、位置或状态等所受到的阻力，如机床上的切削阻力，起重机上重物的重力等。
克服有效阻力所作的功，称为有效功或输出功。
2）有害阻力：
机械在运动过程中所受到的非生产阻力，如摩擦力、介质阻力等一般为有害阻力。
克服有害阻力所作的功，称为损失功。
二、机构力分析的任务和目的
研究机构力分析的任务和目的主要有以下两方面：
1、确定各运动副中的反力（正压力与摩擦力的合力）；
运动副中的反力对于整个机械来说是内力，而对某个构件来说则是外力。
2、确定机械上的平衡力（或平衡力偶矩）。
所谓平衡力是指机械在已知外力的作用下，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。
三、机构力分析的方法
机构的力分析包括对机构进行静力分析和动态静力分析。
静力分析：适用于低速机械，不考虑各构件的惯性力；
动态静力分析：适用于高速及重型机械，要考虑各构件的惯性力。
机构力分析的方法：
1、图解法
2、解析法
（√）
如图机构中的连杆2，作用在质点系质心S上的惯性力和惯性力偶分别为：
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作用在质心S上的惯性力和一个惯性力偶。
θ1
MI2=-JS2ε2
PI2=-m2 aS2
将PI2和MI2合成一个不作用在质心的总惯性力P’I2 ，其作用线离质心S距离为： h=MI2 / PI2 ，矩与ε2相反。
§4—2 构件惯性力的确定
因各构件的运动形式不同，惯性力系的简化有以下三种情况：
1、作平面复合运动的构件
2
3
1
S2
aS2
ε2
PI2
MI2
P’I2
h
一、一般力学方法
如图机构中的滑块3，作用在质心S上的惯性力为：
对于作平面移动的构件，由于没有角加速度，其惯性力系可简化为一个作用在质心S上的惯性力。
θ1
PI3=-m3 aS3
2、作平面移动的构件
2
3
1
S3
aS3
PI3
①绕不通过质心的定轴转动的构件（如凸轮等），惯性力系为一作用在质心的惯性力和惯性力偶矩：
②绕通过质心的定轴转动的构件（飞轮等），因其质心加速度为零，因此惯性力系仅有惯性力偶矩：
对于作定轴转动的构件（如图机构中的曲柄杆1 ），其惯性力系的简化有以下两种情况：
MI1=-JS1ε1
PI1=-m1 aS1
将PI1和MI1合成一个不作用在质心的总惯性力P’I1 ，其作用线离质心S距离为：h=MI1 / PI1 ，矩与ε1相反。
3、作定轴转动的构件
2
3
1
S1
aS1
ε1
PI1
MI1
P’I1
h
MI1=-JS1ε1
二、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
质量代换法使用条件：
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。
满足前两个代换条件的代换，其惯性力不变，称为静代换；满足上述三个代换条件的代换，其惯性力和惯性力偶矩都不变，称为动代换
工程计算中最常见的质量代换用两个或三个代换质量，本节只讨论应用较多的两质量代换
1、动代换
选定运动副中心B为一代换点，以质心S为原点，以BS方向为X轴建立坐标系。
选取另一代换点K，根据动代换条件可得
求解得：
点K为以构件上点B为悬点时的摆动中心。动代换不能同时任选两个代换点