机构中的摩擦和机械效率 修改版

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四章 机械中的摩擦和机械效率,内 容,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,。,运动副中的摩擦和自锁,F,R21,总反力,摩擦角,总反力与法线方向所夹的锐角不变,一、平面移动副中总反力确实定,力分析,F,R21,1,F,f21,2,V,12,P,F,G,1,即：构件,2,给构件,1,的运动副反力,F,R21,的方向恒与构件,1,相对于构件,2,的运动方向,V,12,成 角,自锁条件,假设 F Ff21 滑块静止,结论：当 时，不管驱动力多大，也无法使滑块移动 自锁,自锁,F,R21,1,F,f21,2,V,12,P,F,G,1,F F,R21,假设:,即,:,F,R21,2,V,12,1,自锁条件,F,R21,2,V,12,F,R21,2,V,12,P,P,自锁,自锁,(,边界情况,),不自锁,P,G,F,V,12,F,R21,例,:,求图示 滑块沿斜面,等速上行时,所需的水平驱动力,F,的大小,.,G,为作用于滑块上的铅垂载荷,.,1,2,即,:,F,+,F,R21,G,2 求 保持滑块沿斜面等速下行时所需的力,G,F,V,12,F,R21,1,2,即,:,F,F,R21,G,槽面移动副的摩擦,N,21,1,G,2,槽面接触的摩擦力大于平面接触的摩擦力,其中,自锁条件,二、转动副中总反力确实定,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,。总反力与摩擦圆相切。,M,d,12,G,O,1,2,F,R21,F,f21,N,21,轴颈摩擦,r,轴颈半径,1,2,G,F,R21,G,w,12,G,w,12,转动付总反力方位线确实定,1FR21与载荷G大小相等，方向相反；,2FR21的作用线必切于摩擦圆；,3FR21产生的摩擦力矩与12转动方向相反。,F,R21,F,R21,1,2,2,1,G,与,M,d,合成得,讨论：,F,R21,2,1,12,G,h,F,R21,2,1,12,G,h,F,R21,2,1,12,G,h,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 输入功缺乏 ,结论：当 h 时，不管G多大，也无法使轴转动 自锁,转动副自锁条件,h,自锁条件,4,2,3,1,F,34,14,21,23,F,R12,F,R32,F,R41,F,R41,F,F,R21,例:图示为一铰链四杆机构.设机构的位置、各构件尺寸和驱动力F，各转动,付半径和摩擦系数相同，均为r和f，不计各构件重力、惯性力，求各转动付中,反力作用线和作用在从动件上的阻力偶矩M3。,F,R43,h,M,3,=,h,F,R21,图示为一曲柄滑块机构的三个位置，,F,为作用在活塞上的力，转,动副,A,及,B,上所画的虚线小圆为摩擦圆，试决定在此三个位置时作用在连杆,AB,上的作用力的真实方向,(,构件重量及惯性力略去不计,),21,1,2,3,4,2,杆为二力杆且受压,23,F,R32,F,R12,F,R41,413,图示为一摆动推杆盘形凸轮机构，凸轮,1,沿逆时针方向回转，,F,为作用在推杆,2,上的外载荷，试确定凸轮,1,及机架,3,作用给推杆,2,的总反力,F,R12,及,F,R32,的方位,(,不考虑构件的重量及惯性力，图中虚线小圆为摩擦圆,),。,V,21,F,R12,23,F,R32,23,V,21,F,R12,F,R32,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 5-1,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,5-2b,5-2a,设,F,为实际驱动力,Q,为相应的实际有效阻力,V,F,、,V,Q,分别为,F,、,Q,作用点沿力作用线方向的速度,力或力矩形式表达效率,：,设该装置为一不存在有害阻力的理想机器，设,F,0,为对应于同一生产阻力,Q,的理想驱动力，或设,Q,0,为对应于驱动力,F,的理想有效阻力：,0,W,r,0,有输出功,W,r,2.,=0,W,r,=,0,W,d,=,W,f,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,W,r,0,W,d,W,f,机械原静止仍静止,原运动也将减速,最终停止运动,0,是不能使,机械启动运转的,这种现象称为机械的,自锁,自锁条件：,0,二、机械的自锁,1,2,Q,P,v,23,R,32,R,12,R,23,v,31,R,13,3,v,21,例:图表示一压榨机(或夹具)中的斜面机构。Q为被压物体反作用于滑块3上的压力(即有效阻力)，F为加于滑块2上的水平驱动力。为滑块2上斜面的升程角。设各摩擦面的摩擦系数均为f,求力F与力Q的关系和该压榨机的效率。又为了在不继续加力F时被压物体不致松开，那么角 的值应为假设干?,当,而机构发生自锁。根据压榨机的功用，正行程不应当自锁，所以设计时应使,如果没有摩擦那么 =O，所以理想驱动力:,因此，正行程时该压榨机的效率为,在反行程中,力,Q,变为驱动力而力,F,变为有效阻力,F,。因摩擦面未变而相对运动的方向与正行程相反摩擦角应变号，所以用一 代替前式中的 即可由前式得力,Q,与,F,的关系式为,:,如果没有摩擦，那么 =0，此时理想有效阻力:,因此,反行程时该压榨机的效率为,:,此时自锁条件为,:,即,偏心夹具,在作用力,P,作用下，工件,2,被压紧，产生压紧力，作用力,P,撤消后，在压紧力作用下，夹具自锁,的条件,例：,夹具体,1,工件,2,偏心圆盘,3,R,23,P,三、机组的效率,1,、串联,那么机组的效率为：,总效率等于各台机器的效率的连乘积,总效率与各台机器传递的功率大小无关,串联的级数越多，系统的效率越低,2、并联 图所示为由志k个机器并联组成的机组。设各机器的效率分别为 ，输入功率分别为P1、P2、Pk，那么各机器的输出功率分别为,机械效率为：,总效率不仅与各台机器的效率有关，而且与各台机器传递的功率大小有关,总效率主要取决于传递功率最大的机器,假设各台机器的输入功率相等,假设各台机器的效率相等,3.,混联系统,N,d,N,1,N,2,N,2,N,3,N,4,N2,N3,N4,N5,2,1,3,4,3”,4”,5”,例：,求该机组的效率,例：,：,求该机组的效率,解：,作业：,4-13 4-14 5-6 5-7,F(,工作阻力,),P(,惯性力,),N,R,G,忽略摩擦,R,h,阻力矩,M,r,=R,*h,1,B,2,A,C,3,4,x,y,1,2,第,1,章已经求出,计算逻辑,例：切纸机：刀刃质量为,5,公斤，忽略曲柄和连杆的质量，切纸力不大于,1,万牛顿，求,曲柄阻力矩,刀刃受力,连杆受力曲柄阻力矩,计算逻辑,参数赋值,1,循环,1,B,2,A,C,3,4,x,y,1,2,计算,a,3,P,计算F,G,P的合力,计算R,h,计算并输出,M,r,循环结束,开始,.,切纸机构,例：压纸机构,如果采用凸轮机构,80,260,S,180(2,秒,),180,360,0,140,执行机构的运动协调机械耦合方式,刀刃,压纸,360,80,上行,下行,松开,压紧,260,0,压紧,180,180,0,80,260,设计运动副相对位置,满足耦合要求,A,B,A,B,松开,压紧,.,凸轮廓线与,AB,压纸的力矩,压纸机构力分析,80,260,360,0,在 区间，,S,180(2,秒,),180,140,H,0,x,F=Kx,设：,H,0,=60,，,x=18mm,时,F=500N,K=27.8(N/mm),18,240,100,.,例：用凸轮机构驱动压纸头,弹簧自由长度,H,0,弹簧受压缩短,x,1,、求压纸力,求解顺序：压纸力,凸轮副反力阻力矩,2,、求凸轮副反力,R,解析法求阻力矩,F,R,N,R=F/cos,F,R,N,x=18mm为弹簧最大压缩量,压纸机构受力分析,.,3,、求阻力矩,0,p,R,R=F/cos,考虑滚动摩擦,阻力矩合并,h,M,r,=R,h,执行机构原动件所受阻力矩合并,.,M,r,M,d,