机械原理机械原理机械原理机械原理Theory of Machines and MechanismsTheory of Machines and MechanismsTheory of Machines and MechanismsTheory of Machines and Mechanisms主 讲:王 君 玲工程学院机械设计教研室 1 0 机械的传动效率1 ) 机械的传动效率;教学目标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。 1 0 机械的传动效率1 ) 机械传动效率的计算1 ) 机械传动效率的计算;本章重点2) 运动副中总反力的确定;3) 机械的自锁现象及自锁条件; 10.1 机械的传动效率1 0.1 .1 机械效率的定义及其表达式驱动力驱动力输入功Wd输入功Wd机械效率:生产阻力有害阻力输出功Wr损耗功WfdfdrWWWW11 机械效率表达形式:• 功的形式:• 功率的形式:功率的形式:dfdrWWWW1frpp11• 力的形式:• 力矩的形式:ddpp00QQFF00QQFFMMMM FQdrFQpP理想情况:实际驱动力理想驱动力FFFFFF0010FQFQ 理想情况:10FQQF理想生产阻力实际生产阻力00QQQQQQ 例1 0-1 计算斜面的效率正行程:)tan(  QF)tan(tan)tan(tan0QQFF 反行程:)tan( QFtan)tan(0FF 1 0.1 .2 组合机构的效率(1) 串联PPdkPk  321123121  kkdPPPPPPPP),,  ,,min(321minkmin  (2) 并联kdPPPp  21  krPPPp21kk PPP21  21kkkdrPPPPPPPP      212211 (2) 并联kkkdrPPPPPPPP      212211),,  ,,min(321mink),,  ,,max(321maxkk  321若:maxmink  321则: (3) 复合机构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。 10.2 运动副中的摩擦运动副中的摩擦滚动摩擦( 高副) —摩擦小滑动摩擦( 低副)移动副螺旋副转动副三种情况, 即平面摩擦、10. 2. 1 移动副的摩擦21v12vv2圆柱面摩擦。槽面摩擦、 QN21)(大小2121fNF 滑块1的总反力farctan摩擦角总反力R21法向反力N21F212V12水平力P1P 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212121FNR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N21的大小, 产生较平面摩擦大的摩擦力。摩擦力, 与v12反向。铅垂载荷Q 楔形滑块槽形角2QNsin2221sinsinQN 21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VfQfQsinfNF2121当量摩擦系数sinffV当量摩擦角VVfarctan结论:fVf, 常用 槽面摩擦力大于平面摩擦力。总反力R21总与相对速度v12成 90° +v 角 。 10.2.1.2 槽面移动副的摩擦ffkQfF 21kffvQFv212~1k总反力R21总与相对速度v12成 90° +v 角 。 10.2.2 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集中在中径为d2的螺旋线上。 10.2.2 螺旋副中的摩擦)tan( F QF)tan(2222 QddFM)tan(tan0F 锐角螺纹摩擦分析))tan(2vvQQdM (2cosarctanfv 10. 2. 3 转动副中的摩擦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:载荷垂直载荷垂直于轴的几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 QNN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rfQrFMVf21驱动力矩:QRMd21第四章 运动副中的摩擦和机械效率rfvfv摩擦圆半径:摩擦圆半径:Md12QO12R21F21N211) 总反力R21恒切于摩擦圆。2) R21与Q等值反向, 组成力偶,其力偶矩与Md等值反向。总反力的确定:R21——轴承2对轴颈1的总反力; Q12Q12Q12转动副总反力方位线的确定:第四章 运动副中的摩擦和机械效率运动副中的摩擦12R21R2121R2121自锁 (2) 轴端摩擦RrRdMrfffpdM22非跑合轴端 p=常数222233332RRrRQfMfrf跑合轴端p =常数fQrRdrRQfMRrf2)( 10.2.4 平面高副中的摩擦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。 例: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Md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 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二力杆(受拉) 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w21为顺时针方向2受拉力作用 力R12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w23为顺时针方向。R32切于摩擦圆下方。构件2在R12、 R32二力个作用 下平衡 R12和R32共线构件2在R12、 R32二力个作用 下平衡 R12和R32共线第四章 运动副中的摩擦和机械效率运动副中的摩擦 作用 线切于A 处摩擦圆上方和B处摩擦圆的下方。R32R122123 R21R41R23R43P第四章 运动副中的摩擦和机械效率运动副中的摩擦R12R32R43R23 1234考虑摩擦时的受力分析不考虑摩擦R12R32RR32 M1M3第四章 运动副中的摩擦和机械效率运动副中的摩擦R12 M1R21 R41 R41 R23 R43 R43 M3力的方向力的切点机构力分析 10.3 机械的自 锁条件• 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, 则该机械必发生自锁。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。 (1) 从受力的角度分析机械自锁条件 e 2112Qe2112Qe2112QeNMd12QO1R21F21N21第四章 运动副中的摩擦和机械效率运动副中的摩擦将Q与Md合并得R21R21R211) 当e>时, Md >Mf  有输出 功   2) 当e=时, Md=Mf  保持平衡, 原转动仍匀 速转动; 原静止仍静止3) 当e<时, Md