第5章运动副中的摩擦和机械效率精选文档.ppt

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1、第5章运动副中的摩擦和机械效率本讲稿第一页，共二十四页5.2 移动副中的摩擦移动副中的摩擦5.2.1 水平面平滑块的摩擦水平面平滑块的摩擦FFyFxFfRnRBA驱动力驱动力F切向力切向力:Fx=Fsina法向力法向力:Fy=Fcosa总反力总反力R法向反力法向反力:Rn=Rcos摩擦力摩擦力:Ff=RsinFf=fRntg=Ff/Rn=f 称为摩擦角称为摩擦角:R与与Rn之间的夹角之间的夹角结论结论:(1)摩擦角的大小由摩擦系数决摩擦角的大小由摩擦系数决定定,与驱动力的大小和方向无关与驱动力的大小和方向无关;(2)总反力总反力R与滑块运动方向总是与滑块运动方向总是 成成90+角角90+Rn=

2、Fy=FcosaFx=Fsina=Fftga/tg 结论结论:(1)a,FxFf:滑块加速运动滑块加速运动;(2)a=,Fx=Ff:滑块等速运动或保持静止状态滑块等速运动或保持静止状态;(3)a,Fx,非矩形螺纹摩擦大非矩形螺纹摩擦大,自锁性好自锁性好,用于联接用于联接;矩形螺矩形螺纹摩擦小纹摩擦小,效率高用于传动效率高用于传动.本讲稿第九页，共二十四页5.4 转动副中的摩擦转动副中的摩擦径向轴颈与轴承径向轴颈与轴承止推轴颈与轴承止推轴颈与轴承5.4.1径向轴颈与轴承径向轴颈与轴承平衡条件平衡条件:f :当量摩擦系数当量摩擦系数,取决于摩擦取决于摩擦表面的状态、材料和工作条件表面的状态、材料和

3、工作条件等，由实验决定。等，由实验决定。r:轴颈的轴颈的半径半径本讲稿第十页，共二十四页5.4.2摩擦圆摩擦圆以轴颈以轴颈O为圆心，为圆心，为半径为半径所做的圆为摩擦圆所做的圆为摩擦圆结论：结论：R21与摩擦圆相切与摩擦圆相切,所形成的所形成的Mf与与w12方向相反方向相反,与与Q等值反向。等值反向。Q和和MQ=Q轴颈等速转动或静止不动轴颈等速转动或静止不动轴颈加速转动轴颈加速转动轴颈减速转动至静止不动或轴颈减速转动至静止不动或保持静止不动状态保持静止不动状态为转动副的自锁条件为转动副的自锁条件本讲稿第十一页，共二十四页 21 23 14R12R21R23R32R41BACF4321QR43F

4、R43R23R21QR41R232 BACR212 BB例例:图示曲柄滑块机构机构图示曲柄滑块机构机构:已知各构件尺寸已知各构件尺寸,各转动副半径及其当量摩擦各转动副半径及其当量摩擦系数系数,以及滑块与导路间的摩擦系数以及滑块与导路间的摩擦系数.机构在已知驱动力机构在已知驱动力F的作用下运动的作用下运动,不计各构件的自重和惯性力不计各构件的自重和惯性力,求在图示位置作用在曲柄上沿已知作用线的求在图示位置作用在曲柄上沿已知作用线的生产阻力生产阻力Q,并讨论机构的自锁问题并讨论机构的自锁问题.解解:1.计算计算,绘制摩擦圆绘制摩擦圆2.分析构件分析构件2的受力的受力,确定确定 21,23,14的转

5、向以及的转向以及R12,R32的的受力方向受力方向.3.分析滑块分析滑块3的受力的受力,确定确定以以R43,R23的受力的受力方向方向.作力三角形作力三角形,求出求出R43,R23的大小的大小4.分析曲柄分析曲柄1的受力的受力,作力三角作力三角形形,求出求出Q的大小的大小5.机构自锁问题机构自锁问题:曲柄位于曲柄位于 2 范围内自琐范围内自琐本讲稿第十二页，共二十四页例例:图示偏心夹具中图示偏心夹具中,已知偏心圆已知偏心圆1的半径的半径r1=60mm,轴颈轴颈A的半径的半径rA=15mm,偏心距偏心距e=40mm,轴颈的当量摩擦系数轴颈的当量摩擦系数fv=0.2,圆盘圆盘1与工件与工件2的摩的

6、摩擦系数擦系数f=0.14,求不加力求不加力F时机构自锁的最大楔角时机构自锁的最大楔角.解解:轴颈轴颈A的摩擦圆半径的摩擦圆半径:构件构件1和和2间的摩擦角间的摩擦角:机构自锁条件机构自锁条件:最大楔角为最大楔角为:FArA21R21-R1A er1RA1本讲稿第十三页，共二十四页5.5机械的效率机械的效率效率的功用：衡量机械对能量的有效利用程度，效率的功用：衡量机械对能量的有效利用程度，是机械的是机械的 重要质量指标之一重要质量指标之一；判别机械是否发生自锁。判别机械是否发生自锁。机械上的力机械上的力驱动力驱动力生产阻力生产阻力有害阻力有害阻力输入功输入功Wd输出功输出功Wr损耗功损耗功Wf

7、5.5.1机械效率的表达形式机械效率的表达形式1.效率的定义效率的定义机械在稳定运动的一个运动循环中，输入机械在稳定运动的一个运动循环中，输入功等于输出功与损耗功之和功等于输出功与损耗功之和Wd=Wr+Wf效率：效率：2.效率的其它表示方法效率的其它表示方法（1）功率表示法）功率表示法本讲稿第十四页，共二十四页（2）力和力矩表示法）力和力矩表示法理想机械（不存在摩擦）理想机械（不存在摩擦）：QP0PQ0力矩表示法：力矩表示法：5.5.2效率的计算效率的计算1.机器或机组的效率的计算机器或机组的效率的计算本讲稿第十五页，共二十四页（1）串联）串联123kW2WdWkW3Wk-1W1串联机组的总效

8、率等于各个机器效率的连乘机，串联机组的总效率等于各个机器效率的连乘机，串联的机器越多，总效率越小串联的机器越多，总效率越小（2）并联）并联并联系统的总效率不仅与各机器的效并联系统的总效率不仅与各机器的效率有关，而且也与输入功的分配方式率有关，而且也与输入功的分配方式有关有关本讲稿第十六页，共二十四页（3）混联）混联2.螺旋机构效率的计算螺旋机构效率的计算拧紧螺母的实际驱动力矩：拧紧螺母的实际驱动力矩：拧紧螺母的理想驱动力矩：拧紧螺母的理想驱动力矩：拧紧螺母的总效率：拧紧螺母的总效率：拧松螺母的总效率：拧松螺母的总效率：螺旋机构正反行螺旋机构正反行程效率不同程效率不同本讲稿第十七页，共二十四页5

9、.5.3机械的效率与自锁机械的效率与自锁在实际机械中，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。械的自锁。机械自锁的条件机械自锁的条件:空转空转自锁自锁有条件的自锁有条件的自锁本讲稿第十八页，共二十四页螺旋机构拧松螺母的自锁条件螺旋机构拧松螺母的自锁条件:螺杆的螺旋升角小于或等于螺杆的螺旋升角小于或等于摩擦角会发生自锁摩擦角会发生自锁判断机构自锁的方法判断机构自锁的方法:驱动力作用于摩擦角（或摩擦圆）内

10、；驱动力作用于摩擦角（或摩擦圆）内；0；驱动力所能克服的阻抗力小于等于驱动力所能克服的阻抗力小于等于0本讲稿第十九页，共二十四页图示连杆机构中，已知驱动力矩图示连杆机构中，已知驱动力矩Md和摩擦角如图所示。和摩擦角如图所示。图中虚线小圆为转动副的摩擦圆图中虚线小圆为转动副的摩擦圆,Q为阻力为阻力 1、直接在图上画出各运动副中反力作用线的位置和方向、直接在图上画出各运动副中反力作用线的位置和方向;2、写出构件、写出构件3的力平衡方程式的力平衡方程式;画出构件画出构件3的力多边形草图。的力多边形草图。本讲稿第二十页，共二十四页本讲稿第二十一页，共二十四页图图示偏心示偏心圆盘圆盘杠杆机构。杠杆机构。

11、圆盘圆盘直径直径d d50mm50mm，偏心距，偏心距e e5mm5mm，接触点，接触点B B处处的摩擦角的摩擦角3030；铰链铰链A A、C C处处的摩擦的摩擦圆圆半径半径5mm5mm，设设Q Q100N100N，试试用用图图解法求解法求图图示位置示位置时时，需加在偏心，需加在偏心圆盘圆盘上的主上的主动动力矩力矩M M的大小。的大小。图图中中本讲稿第二十二页，共二十四页本讲稿第二十三页，共二十四页5.4.3止推径向轴颈或轴承止推径向轴颈或轴承1、非跑合的止推轴承：轴端、非跑合的止推轴承：轴端各处的压强相等各处的压强相等2、跑合的止推轴承：轴端各处、跑合的止推轴承：轴端各处的压强不相等，离中心远的部分的压强不相等，离中心远的部分磨损较快，因而压强减小磨损较快，因而压强减小;离中心离中心近的部分磨损较慢，因而压强增近的部分磨损较慢，因而压强增大。大。本讲稿第二十四页，共二十四页