等效力

等效力（Equivalent Force）是作用在機械某一構件的選定點上的假想力。等效力的瞬時功率與實際作用在機械上的所有外力和力矩的瞬時功率之和相等。等效力矩是作用在機械中某構件上的假想力矩,其瞬時功率等於實際作用在機械上的所有外力和力矩的瞬時功率之和相等。

基本介紹

• 中文名：等效力
• 外文名：Equivalent Force
• 所屬學科：物理學，工程力學
• 所屬領域：力學

基本釋義

等效力是作用在機械某一構件上選定點的假想力。在研究單自由度機構的機械動力學問題時，為建立機構的等效動力學模型，需要把機構各構件作用於機構上的各外力(或力矩)轉化到所選定的構件上去。受等效力(或等效力矩)作用的構件稱為轉化構件(或等效構件)。如右圖中ω₁為構件1迴轉角速度，M₁為主動力矩P₃為外力，Je為等效轉動慣量，m_e為等效質量。若以滑塊3作為轉化構件時(如圖)，應將各外力轉化到滑塊3上，Pe即為轉化到滑塊上的等效力，若以曲柄1作為轉化機構，則Me即為轉化到曲柄1上的等效力矩。等效力和等效力矩僅僅在機構的瞬時功率的概念上具有等效的意義。即等效力(或等效力矩)的瞬時功率與實際作用於機構上的所有外力和力矩的瞬時功率之和相等。曲柄連桿機構的等效力學模型中，式中P_e和Me在瞬時功率的意義上可以等效地代替外力P3及力矩M1。

曲柄滑塊機構示意圖

相關概念

等效力與等效力矩

等效力矩是作用在機械中某構件上的假想力矩，其瞬時功率等於實際作用在機械上的所有外力和力矩的瞬時功率之和。受等效力或等效力矩作用的構件為等效構件，選定點為等效點。套用這個概念可以簡化單自由度機構的機械動力學問題。

等效力與合力

合力是若干個力依據相量的加減法則得到的一個相量，它是一種表象的力，並非實際存在，也就是說合力只是力的合成後結果的一個等價相量。等效力是根據上述這個合力而用一個與合力方向相同大小一致的力代替原來的若干個力的力。因此合力是一個構件上的力合成的。等效力是構件中不同構件上的力、力矩替代的結果。

注意事項

用假想力代替已知外力和力矩時，必須使機器的運動不因這種代替而變更。

通常總是按已知的驅動力和阻力分別求出其等效驅動力P_d和等效阻力P_r。前者的方向與等效點的速度(或等效構件的角速度)方向相同，而後者的方向與等效點的速度(或等效構件的角速度)方向相反。構件的重力則視重心的升降有時是阻力，有時是驅動力，而可以把它與驅動力(如果是原動機)或者生產阻力(如果是工作機)合在一起來求其等效力。

需要注意的是等效力或等效力矩與機械中各構件的速度參量的比值有關,因而是機械位置的函式,如果外力與機械的位置、速度和時間有關,它將是機械位置、速度和時間等多參量函式。等效力和等效力矩都是假想的力和力矩,只在瞬時功率相等的意義上與實際作用在機械上的外力等效，它不等於外力的合力，不能用等效力或等效力矩進行構件的強度和剛度分析。

等效力系

對剛體具有同樣的作用效果，可以互相替代的 力系。它們的主矢量相等，對同一任意點的主矩也相等。進行力系的合成或簡化時常需用等效力系互相代換。例如按力的平移定理將作用於剛體上某點的一個力等效變換為作用於同一剛體上另一點的一個力和一附加力偶。