等效力(Equivalent Force)是作用在机械某一构件的选定点上的假想力。等效力的
瞬时功率与实际作用在机械上的所有
外力和
力矩的瞬时功率之和相等。
等效力矩是作用在机械中某构件上的假想力矩,其瞬时功率等于实际作用在机械上的所有外力和力矩的瞬时功率之和相等。
基本释义
等效力是作用在机械某一构件上选定点的假想力。在研究单自由度机构的机械动力学问题时,为建立机构的等效动力学模型,需要把机构各构件作用于机构上的各外力(或力矩)转化到所选定的构件上去。受等效力(或等效力矩)作用的构件称为转化构件(或等效构件)。如右图中ω1为构件1回转角速度,M1为主动力矩P3为外力,Je为等效转动惯量,me为等效质量。若以滑块3作为转化构件时(如图1),应将各外力转化到滑块3上,Pe即为转化到滑块上的等效力,若以曲柄1作为转化机构,则Me即为转化到曲柄1上的等效力矩。等效力和等效力矩仅仅在机构的瞬时功率的概念上具有等效的意义。即等效力(或等效力矩)的瞬时功率与实际作用于机构上的所有外力和力矩的瞬时功率之和相等。曲柄连杆机构的等效力学模型中,式中Pe和Me在瞬时功率的意义上可以等效地代替外力P3及力矩M1。
相关概念
等效力矩
等效力矩是作用在机械中某构件上的假想力矩,其瞬时功率等于实际作用在机械上的所有外力和力矩的瞬时功率之和。受等效力或等效力矩作用的构件为等效构件,选定点为等效点。应用这个概念可以简化单自由度机构的
机械动力学问题。
合力
合力是若干个力依据相量的加减法则得到的一个相量,它是一种表象的力,并非实际存在,也就是说合力只是力的合成后结果的一个等价相量。等效力是根据上述这个合力而用一个与合力方向相同大小一致的力代替原来的若干个力的力。因此合力是一个构件上的力合成的。等效力是构件中不同构件上的力、力矩替代的结果。
注意事项
用假想力代替已知外力和力矩时,必须使机器的运动不因这种代替而变更。
通常总是按已知的驱动力和阻力分别求出其等效驱动力Pd和等效阻力Pr。前者的方向与等效点的速度(或等效构件的角速度)方向相同,而后者的方向与等效点的速度(或等效构件的角速度)方向相反。构件的重力则视重心的升降有时是阻力,有时是驱动力,而可以把它与驱动力(如果是原动机)或者生产阻力(如果是工作机)合在一起来求其等效力。
需要注意的是等效力或等效力矩与机械中各构件的速度参量的比值有关,因而是机械位置的函数,如果外力与机械的位置、速度和时间有关,它将是机械位置、速度和时间等多参量函数。等效力和等效力矩都是假想的力和力矩,只在瞬时功率相等的意义上与实际作用在机械上的外力等效,它不等于外力的合力,不能用等效力或等效力矩进行构件的强度和刚度分析。
等效力系
对刚体具有同样的作用效果,可以互相替代的 力系。它们的主矢量相等,对同一任意点的主矩也相等。进行力系的合成或简化时常需用等效力系互相代换。例如按力的平移定理将作用于刚体上某点的一个力等效变换为作用于同一刚体上另一点的一个力和一附加力偶。