平面机构的力分析和效率.ppt

1、机械中的摩擦和机械效率,内 容 概述 运动副中的摩擦和计及摩擦时的力分析 机械的效率和自锁,重 点 运动副摩擦分析及其在简单机构力分析中的应用；机械效率以及自锁条件。,摩擦是影响机器工作性能的重要物理现象 摩擦导致：1. 磨损 零件强度下降 寿命下降 运动副间隙增大 传动精度下降 2. 机械效率降低 3. 发热 运动副间隙变小 卡死 措施：滚动代替滑动 选用优质润滑油 选用耐磨材料 应用： 皮带传动 摩擦轮传动 摩擦离合器 制动器 夹具 摩擦是通过运动副对整个机器工作性能发生影响的,1 概述,2 运动副中的摩擦和自锁,R21 总反力 摩擦角 总反力与法线方向所夹的锐角不变,自锁条件, ,一、平

2、面移动副的摩擦,力分析,若 P F21 静止的滑块仍然静止,结论：当 时，不论F多大，也无法使滑块移动 自锁,2,1,自锁,自锁条件, ,自锁,自锁(边界情况),不自锁,例： 已知 Q，f,求 反行程自锁条件,根据移动副的自锁条件,解：, , = -, 2,P,二、槽面移动副的摩擦,力分析,槽面接触的摩擦力大于平面接触的摩擦力,令,若 Ft Ff 静止的滑块仍然静止 自锁,自锁条件,三、转动副的摩擦,（轴颈摩擦）,力分析,全反力,或,以轴颈中心为圆心，为半径作的圆称为摩擦圆， 为摩擦圆半径。,Q,O,1,2,R21,F21,N21,1,2,Q12,R21,Q12,R21,w12,Q12,R21

3、,w12,转动付总反力方位线的确定,1）R21与载荷Q大小相等，方向相反； 2）R21的作用线必切于摩擦圆； 3）R21产生的摩擦力矩与12转动方向相反。,例：已知M1、1、M3，确定转动副的反力。,运动副总反力判定准则,1、由力平衡条件，初步确定总反力方向（受拉或压）,2、对于转动副有：R21恒切于摩擦圆,3、对于转动副有：Mf 的方向与12相反,例:图示机构中，已知驱动力P和阻力Mr和摩擦圆 半径，画出各运动副总反力的作用线。,对于移动副有：R21恒切于摩擦锥,对于移动副有：R21V12(90+),解题步骤小结：,从二力杆入手，初步判断杆2受拉。,由、增大或变小来判断各构件的相对角速度。,

4、依据总反力判定准则得出R12和R32切于摩擦圆的内公切线。,由力偶平衡条件确定构件1的总反力。,由三力平衡条件（交于一点）得出构件3的总反力。,R23 = Q(cb/ab),大小：？ ？ 方向： ,从图上量得： MdQ(cb/ab)l,Q与M合成得,讨论：,1）当h时，Md Mf 有输出功 2）当h=时，Md=Mf 保持平衡，原转动仍匀速转动；原静止仍静止 3）当h时，Md Mf 输入功不足 ,结论：当 h 时，不论Q多大，也无法使轴转动 自锁,转动副自锁条件 h ,自锁条件,移动副自锁条件 ,实例：偏心圆盘夹具,止推轴颈转动副中的摩擦力,在接触面上取环形微面积：,44 不考虑摩擦力的机构力分

5、析,一.动态静力分析法的应用及静定条件 动态静力分析的一般步骤 .确定各构件的惯性力； .确定外力已知的构件运动副中的反力； .计算平衡力及其作用的构件运动副反力。 静定条件 根据力的三要素，确定在不考虑摩擦时运动副反力的未知要素。运动副的类型不同，其反力的未知要素数不同。,.移动副： 反力的方向已知， 大小、作用点未知。,由于对每个构件可建立三个平衡方程：,四、螺旋机构的效率和自锁,螺旋副（螺母与螺杆）的相对运动 滑块沿斜面运动 假设：1）载荷分布在中线上 2）单面产生摩擦力,1.斜面机构的效率和自锁,1） 滑块沿斜面等速上行,力分析,驱动力,效率,滑块沿斜面等速上行，相当于拧紧螺母（工作行

6、程），不要求自锁。由 0 得,2 ） 滑块沿斜面等速下行,力分析,维持力,效率,自锁条件, ,得 = 45 /2 时，效率最高,当摩擦角不变时，效率是升角的函数。见右图,由,2.螺旋机构的效率和自锁,反行程,矩形螺纹,正行程,三角形螺纹,松脱螺母,拧紧螺母,矩形螺纹效率高，用于传动，三角形螺纹摩擦大，效率低，自锁性好，用于联接。,结论：,3 机械效率和自锁,一、 机械效率 1）定义 机械在一个稳定运动周期内，根据能量守恒定律可知 输入功 = 输出功 + 损失功 即 Wd = Wr + Wf 式中: Wd 输入功 Wr 输出功 Wf 损失功 在 Wd 相同的条件下 Wf Wr 说明机械对能源的利用程度越高，即效率越高。 机械效率是衡量机械工作质量的重要指标 2 ）效率的几种表达方式,功,功率,同理 若设在同样的驱动力 P作用下, 所能克服的理想生产阻力为Q0,F 驱动力 Q 生产阻力 VF 、 VQ 分别为 F、 Q作用点沿各自作用线方向的速度,力,理想机械中( Wf = 0， 0 = 1) 设克服同样的生产阻力Q 所需要的驱动力为F0,由,代入得,代入得,力矩, 0 Wr 0 有输出功 Wr 2. = 0 Wr = 0 Wd = Wf 输入功全部用以克服摩擦力,机械原 来运转只能保持空转，机械原静止 仍只能静止不动 3. 0 Wr 0 Wd Wf 机械原静止