机械基础第三章精选文档.ppt

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1、机械基础课件第三章本讲稿第一页，共三十页v本章主要以摩擦定律为基础，着重研究有摩擦存在时本章主要以摩擦定律为基础，着重研究有摩擦存在时的平衡的分析方法，并重点分析静滑动摩擦力的情况。的平衡的分析方法，并重点分析静滑动摩擦力的情况。同时结合工程实际，介绍了摩擦角和自锁现象，以及同时结合工程实际，介绍了摩擦角和自锁现象，以及滚动摩擦的概念。滚动摩擦的概念。教学目的和要求教学目的和要求本讲稿第二页，共三十页v摩擦的分类和基本概念；摩擦的分类和基本概念；v静滑动摩擦定律；静滑动摩擦定律；v有滑动摩擦时的平衡问题的分析方法与解题步骤。有滑动摩擦时的平衡问题的分析方法与解题步骤。教学重点教学重点本讲稿第三

2、页，共三十页v滑动摩擦产生的原因和摩擦力的方向的判断；滑动摩擦产生的原因和摩擦力的方向的判断；v有滑动摩擦时的平衡问题；有滑动摩擦时的平衡问题；v自锁条件的判定；自锁条件的判定；v滚动摩擦的形成原理。滚动摩擦的形成原理。教学难点教学难点本讲稿第四页，共三十页.引入引入生活中无处不在的摩擦力生活中无处不在的摩擦力本讲稿第五页，共三十页什么是摩擦力？一个物体在另一个物体表面有相对运动（或者相对运动趋势）时，在两个物体的接触面会产生一种阻碍相对运动（或者相对运动趋势）的力这种力叫做摩擦力。本讲稿第六页，共三十页静止：1.1.定义定义相互接触的两物体之间有相对滑动的趋势，但尚保持相对静止时，彼此作用着

3、阻碍相对滑动的阻力，这种摩擦称为静摩擦，相应的阻力称为静滑动摩擦力，简称静摩擦力。第一节第一节 滑动摩擦滑动摩擦一、静滑动摩擦力一、静滑动摩擦力（f s 静滑动摩擦系数）2.状态状态临界：（将滑未滑）本讲稿第七页，共三十页.例：（1）两物体之间直接接触且相互挤压发生弹性形变。（2）两物体之间接触面必须粗糙。（3）两物体之间要有相对滑动。3.产生条件产生条件本讲稿第八页，共三十页 大小：（平衡范围）满足静摩擦力特征静摩擦力特征方向：与物体相对滑动趋势方向相反 定律：静摩擦系数的大小与接触物体的材料、接触面的粗糙程度、静摩擦系数的大小与接触物体的材料、接触面的粗糙程度、温度、湿度等情况有关，而与接

4、触面积的大小无关。一般材温度、湿度等情况有关，而与接触面积的大小无关。一般材料的值可在机械工程手册中查到料的值可在机械工程手册中查到。4.特征特征本讲稿第九页，共三十页二、摩擦角与自锁现象二、摩擦角与自锁现象1.摩擦角摩擦角当摩擦力达到最大值时其全反力与法线的夹角 叫做摩擦角摩擦角。2.计算计算本讲稿第十页，共三十页3.自锁自锁 1）定义当物体依靠接触面间的相互作用的摩擦 力 与正 压力的合力（即全反力）作用线在静摩擦角范围内变化，此时可以认为物体自己把自己卡 紧，无论外力多大都不会松开，这种现象称为自锁。当 时，永远平衡（即自锁）2）自锁条件本讲稿第十一页，共三十页自锁条件：自锁条件：螺 旋

5、3）自锁应用举例本讲稿第十二页，共三十页两物体接触面间有相对滑动而表现出的摩擦称为动滑动摩擦(简称动摩擦)。大小：（无平衡范围）动摩擦力特征动摩擦力特征：方向：与物体运动方向相反 定律：动滑动摩擦系数的大小除与两物体接触面的材料及表面情况有关外，动滑动摩擦系数的大小除与两物体接触面的材料及表面情况有关外，还与两物体间的相对运动速度有关。在一般的工程中，精度要求不高还与两物体间的相对运动速度有关。在一般的工程中，精度要求不高时可近似认为动摩擦系数与静摩擦系数相等时可近似认为动摩擦系数与静摩擦系数相等。二、动滑动摩擦力二、动滑动摩擦力本讲稿第十三页，共三十页材料名称材料名称静摩擦系数静摩擦系数动摩

6、擦系数动摩擦系数无润滑无润滑有润滑有润滑无润滑无润滑有润滑有润滑钢钢钢钢0.150.10.120.090.050.1钢钢铸铁铸铁0.30.180.050.15钢钢青铜青铜0.150.10.150.150.10.15铸铁铸铁铸铁铸铁0.180.150.070.12皮革皮革铸钢铸钢0.30.50.150.30.15橡皮橡皮铸铁铸铁0.80.5木材木材木材木材0.40.60.10.20.50.070.15常用材料的滑动摩擦系数常用材料的滑动摩擦系数本讲稿第十四页，共三十页第二节第二节有滑动摩擦时的平衡问题有滑动摩擦时的平衡问题考虑摩擦问题时的解题特点：u（1）问题中含有可能发生相对滑动的摩擦面。）问

7、题中含有可能发生相对滑动的摩擦面。u（2）受力图中应包括摩擦力，摩擦力沿滑动面切向，指）受力图中应包括摩擦力，摩擦力沿滑动面切向，指 向与向与物体运动趋势相反。物体运动趋势相反。u（3）两物体接触面间的摩擦力，也是相互作用的作用力与）两物体接触面间的摩擦力，也是相互作用的作用力与 反反作用力。作用力。u（4）考虑可能发生滑动的临界状态，并由此判断摩擦力指）考虑可能发生滑动的临界状态，并由此判断摩擦力指向。向。u（5）列平衡方程求解时，有补充方程，为滑动接触面上的法向约）列平衡方程求解时，有补充方程，为滑动接触面上的法向约束力。束力。本讲稿第十五页，共三十页例例1 1 制动装置如图所示。己知载荷

8、Q=1000N。制动轮与制动块之间的摩擦系数fs=0.4，制动轮半径R=20cm，鼓轮半径r10cm，其他尺寸为a100cm，b20cm，e5cm。问：制动力至少需多大才能阻止重物下降？本讲稿第十六页，共三十页解 当鼓轮刚停止转动时，制动力P以最小值使制动轮处于平衡状态，此时有最大静摩擦力以鼓轮为研究对象，其受力图如右图所示，建立如下平衡方程：解得本讲稿第十七页，共三十页再以手柄AC为研究对象，受力图如下图所示，建立平衡方程：可见设计时，在可能的情况下，r、b取小值，a、R、fs取大值，闸瓦也可适当设计得厚些，可使制动力减小，制动效果更好。解得本讲稿第十八页，共三十页例例2梯子长AB=l，重为

9、P，若梯子与墙和地面的静摩擦系数f=0.5,求a 多大时，梯子能处于平衡？解解考虑到梯子在临界平衡状态有下滑趋势，作受力图。本讲稿第十九页，共三十页注意注意，由于a不可能大于 ，所以梯子平衡倾角a 应满足本讲稿第二十页，共三十页例例3 攀登电线杆的脚套钩如下图所示。已知电线杆直径为d，A、B 两接触点的垂直距离为b，套钩与电线杆间的静摩擦系数为0.5，欲使套钩不致下滑，问人站在套钩上的最小距离L应为多大?本讲稿第二十一页，共三十页解 所谓人站在套钩上的最小距离，是指套钩不致下滑时脚踏力F的作用线与电线杆中心线的距离。以套钩为研究对象。考虑套钩处于有向下滑动趋势的临界平衡状态。这时静摩擦力达到最

10、大值。在受力图中必须画出摩擦力的正确方向，受力图如下图所示。本讲稿第二十二页，共三十页写出套钩的平衡方程：因套钩处于临界平衡状态，还需建立物理方程：解方程组可得:本讲稿第二十三页，共三十页 由实践可知，使滚子滚动比使它滑动省力，下图的受力分析看出一个问题，即此物体平衡，但没有完全满足平衡方程。Q与与F形成主动力偶使前滚形成主动力偶使前滚第三节第三节 滚动摩擦滚动摩擦出现这种现象的原因是，实出现这种现象的原因是，实际接触面并不是刚体，它们在力际接触面并不是刚体，它们在力的作用下都会发生一些变形的作用下都会发生一些变形本讲稿第二十四页，共三十页此力系向A点简化 滚阻力偶M随主动力偶（Q,F）的增大

11、而增大;有个平衡范围;滚动滚动摩擦摩擦 与滚子半径无关;滚动摩擦定律：,d 为滚动摩擦系数。滚阻力偶与主动力偶（滚阻力偶与主动力偶（Q,F）相平衡）相平衡d滚动摩擦的形成机理滚动摩擦的形成机理本讲稿第二十五页，共三十页滚动摩阻系数滚动摩阻系数材料名称材料名称材料名称材料名称铸铁与铸铁铸铁与铸铁0.05软钢与软钢软钢与软钢0.05木与钢木与钢0.30.4轮胎与路面轮胎与路面210木与木木与木0.50.8淬火钢与淬火钢淬火钢与淬火钢0.01本讲稿第二十六页，共三十页滚动摩擦系数滚动摩擦系数d d的说明的说明：长度量纲；与滚子和支承面的材料的硬度和温度有关；d 的物理意义见图示。根据力线平移定理，将

12、N和M合成一个力N，N=Nd本讲稿第二十七页，共三十页本章小结v1.相互接触的两物体之间有相对滑动的趋势，但仍保持相对静止相互接触的两物体之间有相对滑动的趋势，但仍保持相对静止时，彼此作用着阻碍相对滑动的阻力，这种摩擦称为静摩擦。相时，彼此作用着阻碍相对滑动的阻力，这种摩擦称为静摩擦。相应的阻力称为静滑动摩擦力，简称静摩擦力。应的阻力称为静滑动摩擦力，简称静摩擦力。v2.静滑动摩擦定律：最大静摩擦力的大小与法向约束反力成正比，即静滑动摩擦定律：最大静摩擦力的大小与法向约束反力成正比，即v3.考虑有摩擦问题时要注意其自身的特点。考虑有摩擦问题时要注意其自身的特点。本讲稿第二十八页，共三十页v4.当两物体作相对滚动时，它们在接触点处或接触线上也存在着当两物体作相对滚动时，它们在接触点处或接触线上也存在着摩擦，这就是滚动摩擦。摩擦，这就是滚动摩擦。v5.滚动摩擦阻力偶矩只能在一定范围内改变，其变化范围为：滚动摩擦阻力偶矩只能在一定范围内改变，其变化范围为：滚动摩擦阻力偶矩的最大值与正压力成正比，即：滚动摩擦阻力偶矩的最大值与正压力成正比，即：本讲稿第二十九页，共三十页 谢谢大家！本讲稿第三十页，共三十页