机械原理机械原理 机械原理 机械原理 Theory MechanismsTheory 10机械的传动效率 1)机械的传动效率; 2)运动副的摩擦分析; 3)机械的自锁现象及自锁条件; 4)摩擦的利用; 5)提高机械效率的途径。 教学目标 10机械的传动效率 1)机械传动效率的计算; 2)运动副中总反力的确定; 3)机械的自锁现象及自锁条件; 本章重点 10.1机械的传动效率 10.1.1 机械效率的定义及其表达式 驱动力 生产阻力 有害阻力 输入功W 理想情况:实际驱动力 理想驱动力 理想情况:理想生产阻力 实际生产阻力 例10-1计算斜面的效率 正行程: tan(tan tan(tan 1010.1.2 组合机构的效率 (1)串联 11(2)并联 maxmin 13可先将输入功至输出功的路线弄清,然 后分别按各部分的组合方式,参照上面两种 计算方法推倒出总机械效率的计算公式。 14 10.2 运动副中的摩擦 运动副中的摩擦 滚动摩擦(高副)—摩擦小 三种情况,即平面摩擦、 10.2.1 移动副的摩擦 滑动摩擦(低副) 移动副 螺旋副 转动副 圆柱面摩擦。槽面摩擦、 15 (大小21 21 fN 滑块1的总反力21 21 21 1、总反力R21 的方向恒与相对运动速度方向成(90+ 与接触面公法线成。2、当移动副的几何形状改变时,会改变N 21 的大小,产生 较平面摩擦大的摩擦力。 摩擦角 总反力 R21法向反力 N21 摩擦力,与12反向。 V12水平力 第四章运动副中的摩擦和机械效率 10.2.1.1 平面移动副的摩擦 16 楔形滑块 fQfN sin21 21 当量摩擦系数 常用槽面摩擦力大于平面摩擦力。第四章 运动副中的摩擦和机械效率 10.2.1.2 槽面移动副的摩擦 总反力R 21 总与相对速度v 12 成90+ 1710.2.1.2 槽面移动副的摩擦 21kQ 21kf 总反力R21 总与相对速度v 12 成90+ 1810.2.2 螺旋副中的摩擦 下面就矩形螺纹螺旋副和锐角螺 纹螺旋副中的摩擦进行研究。 研究螺旋副中的摩擦时,通常 假设螺旋与螺母之间的作用力Q 的螺旋线上。19 10.2.2 cosarct 21转动副在各种机械中应用很广,常见的有轴和轴承 以及各种铰链。转动副可按载荷作用情况的不同分成: 载荷垂直 何轴线载荷沿轴的 轴线方向 第四章 运动副中的摩擦和机械效率 22 静止(1)径向轴颈的摩擦 轴颈在驱动力矩的作用下,在轴承中等速回转。 1)摩擦阻力矩 21驱动力矩: 211)总反力R 21 恒切于摩擦圆。 21与Q等值反向,组成力偶, 其力偶矩与M 等值反向。第四章 运动副中的摩擦和机械效率 摩擦圆半径:总反力的确定: 21——轴承2对轴颈1的总反力; 23 第四章运动副中的摩擦和机械效率 运动副中的摩擦 24 (2)轴端摩擦 fpddM =常数fQ 2510.2.4 常常只考虑滑动摩 擦,忽略滚动摩擦,其 滑动摩擦力及总反力的 确定方法与平面移动副 的分析相同。 26 若不计各构件的重力和惯性力,试分析在图示 位置时作用在连杆2上的 力的位置与方向。 各回转副摩擦圆半径均为 曲柄滑块机构中 原动件曲柄1 驱动力矩为M 作用于滑块3上生产阻力为P 第四章 运动副中的摩擦和机械效率 运动副中的摩擦 27 1)在不计摩擦时,各转动副中的作用力应通过轴颈中心 构件2为二力杆此二力大小相等、方向相反、作用在同一 条直线上,作用线与轴颈A、B的中心连线重合。 分析: 由机构的运动情况连杆2 受拉力。 第四章运动副中的摩擦和机械效率 运动副中的摩擦 28 2)当计及摩擦时,作用力应切于摩擦圆。 分析: 转动副A处:构件2、1之间的夹角 逐渐减小w 21 为顺时针方向 2受拉力 作用力R 12 切于摩擦圆上方。 在转动副B处:构件2、3之间的夹角逐渐增大w 23 为顺时针方向。 32切于摩擦圆下方。 构件2在R 12 32二力个作用下平衡R 12 32共线 作用线切于A处摩擦圆上方和B处摩擦圆的下方。 23第四章 运动副中的摩擦和机械效率 运动副中的摩擦 29 第四章运动副中的摩擦和机械效率 运动副中的摩擦 30 考虑摩擦时的受力分析不考虑摩擦 力的方向力的切点 机构力分析 第四章 运动副中的摩擦和机械效率 运动副中的摩擦 31 机械自锁的概念:在实际机械中,由于摩擦的存在以及驱 动力作用方向的问题,有时会出现无论驱动力 如何增大,机械都无法运转的现象,这种现象 称为机械的自锁。 一个机械是否会发生自锁,可以通过分析 组成机械的各个环节的自锁情况来判断。若一 个机械的某个环节发生自锁,则该机械必发生自 也可借机械效率的计算式来判断机械是否自锁和分析自锁产生的条件。 32 结论:转动副单力作用时当e 时,不论Q多大,也无法 使轴转动 第四章运动副中的摩擦和机械效率 运动副中的摩擦 34 (2)从效率角度分析机械自锁条件 所以此时的已失去一般效率的意义,它 只表示机械的自锁程度。 35 例10-2 求该机构正反行程的效率及反行程 的自锁条件。 sin90 sin( 32 90sin[ 90 sin( tan(tan tan(tan 正行程效率:反行程: tan(tan 所以反行程自锁条件:37 作者:潘存云教授 应用实例:图示钻夹具在F力夹紧,去掉F后要求不能松开,即反行程具有自锁性。分析其几何条件。 在直角ABC中有: 在直角OEA中有: 反行程具有自锁条件为: s-s 分析:若总反力R23 穿过摩擦圆发生自锁 =(Dsinφ) 第四章运动副中的摩擦和机械效率 运动副中的摩擦 38 例:已知尺寸,滑块楔角,摩擦系数 4390+ 90-90-(+) 机械的效率和自锁第四章 运动副中的摩擦和机械效率 运动副中的摩擦 39 10.4 摩擦在机械中的应用 (8)摩擦分选40 10.5 提高机械效率的途径 (1)尽量简化机械传动系统、缩短传递路线、采用最简单的机构来满足工作要求。 (3)在满足强度、刚度等要求的情况下,对于转动副尺寸应尽量减小。 41 (5)进行机构或机器组合时,应使每一个机构或机器均具有较高的机械效率,最好 不要并入或串入一个机械效率很低的机构 或机器。 (6)减少机械中由惯性力所引起的动载荷,亦可提高机械效率。