机械的传动效率课件

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,*,机械原理,Theory of Machines and Mechanisms,主讲,:,王 君 玲,工程学院机械设计教研室,机械原理Theory of Machines and,1,10 机械的传动效率,1）机械的传动效率；,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。,教学目标,10 机械的传动效率教学目标,2,10 机械的传动效率,1）机械传动效率的计算；,2）运动副中总反力的确定；,3）机械的自锁现象及自锁条件；,本章重点,10 机械的传动效率1）机械传动效率的计算；本章重点,3,10.1 机械的传动效率,10.1.1 机械效率的定义及其表达式,驱动力,生产阻力,有害阻力,输入功,W,d,输出功,W,r,损耗功,W,f,机械效率：,10.1 机械的传动效率10.1.1 机械效率的定义及其表达,4,机械效率表达形式：,功的形式：,功率的形式：,力的形式：,力矩的形式：,机械效率表达形式：功的形式：,5,理想情况：,理想情况：,6,理想情况：,理想情况：,7,例10-1 计算斜面的效率,正行程：,例10-1 计算斜面的效率正行程：,8,反行程：,反行程：,9,10.1.2 组合机构的效率,（1）串联,10.1.2 组合机构的效率（1）串联,10,（2）并联,（2）并联,11,（2）并联,（2）并联,12,（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。,（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,13,10.2 运动副中的摩擦,运动副中的摩擦,滚动摩擦（高副）摩擦小,三种情况，即平面摩擦、,10.2.1 移动副的摩擦,滑动摩擦（低副）,移动副,螺旋副,转动副,2,1,v,1,2,v,v,2,圆柱面摩擦。,槽面摩擦、,10.2 运动副中的摩擦运动副中的摩擦滚动摩擦（高副）摩擦,14,滑块1的总反力,1、总反力R,21,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N,21,的大小，产生较平面摩擦大的摩擦力。,摩擦角,总反力,R,21,法向反力,N,21,摩擦力，与v,12,反向。,F,21,2,V,12,水平力,P,铅垂载荷,Q,1,P,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,滑块1的总反力1、总反力R21的方向恒与相对运动速度方向成（,15,楔形滑块,槽形角2,当量摩擦系数,当量摩擦角,结论：,f,V,f,常用槽面摩擦力大于平面摩擦力。,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,总反力,R,21,总与相对速度,v,12,成,90,+,j,v,角,。,楔形滑块槽形角2当量摩擦系数当量摩擦角结论：fVf,16,10.2.1.2 槽面移动副的摩擦,总反力,R,21,总与相对速度,v,12,成,90,+,j,v,角,。,10.2.1.2 槽面移动副的摩擦总反力R21总与相对速度v,17,10.2.2 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d,2,的螺旋线上。,10.2.2 螺旋副中的摩擦 下面就矩形螺纹螺旋副和锐,18,10.2.2 螺旋副中的摩擦,10.2.2 螺旋副中的摩擦,19,锐角螺纹摩擦分析,锐角螺纹摩擦分析,20,10.2.3 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,10.2.3 转动副中的摩擦 转动副在各种机械中应用,21,Q,N,M,d,12,Q,O,1,2,R,21,F,21,N,21,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,驱动力矩：,1）总反力,R,21,恒切于摩擦圆。,2）,R,21,与,Q,等值反向，组成力偶，其力偶矩与M,d,等值反向。,第四章 运动副中的摩擦和机械效率,摩擦圆半径：,总反力的确定：,R,21,轴承2对轴颈1的总反力；,QNMd12QO12R21F21N21静止（1）径向轴,22,1,2,Q,12,R,21,Q,12,R,21,w,12,2,1,Q,12,R,21,w,12,2,1,转动副总反力方位线的确定：,自锁,第四章 运动副中的摩擦和机械效率,运动副中的摩擦,12Q12R21Q12R21w1221Q12R21w1221,23,（2）轴端摩擦,非跑合轴端,p,=常数,跑合轴端,p,r,=常数,（2）轴端摩擦非跑合轴端 p=常数跑合轴端pr=常数,24,10.2.4 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确定方法与平面移动副的分析相同。,10.2.4 平面高副中的摩擦常常只考虑滑动摩擦，忽略滚动,25,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M,d,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,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,26,1）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。,二力杆(受拉),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 2,27,2）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,w,21,为顺时针方向,2受拉力,作用力,R,12,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,w,23,为顺时针方向。,R,32,切于摩擦圆下方。,构件2在,R,12,、,R,32,二力个作用下平衡,R,12,和,R,32,共线,作用线切于,A,处摩擦圆上方和,B,处摩擦圆的下方。,R,32,R,12,21,23,第四章 运动副中的摩擦和机械效率,运动副中的摩擦,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,28,R,21,R,41,R,12,R,32,R,23,R,43,P,R,43,R,23,第四章 运动副中的摩擦和机械效率,运动副中的摩擦,R21R41R12R32R23R43PR43R23第四章,29,1,2,3,4,考虑摩擦时的受力分析,不考虑摩擦,R,12,R,32,R,12,R,32,M,1,M,3,M,1,R,21,R,41,R,41,R,23,R,43,R,43,M,3,力的方向,力的切点,机构力分析,第四章 运动副中的摩擦和机械效率,运动副中的摩擦,1 23 4 考虑摩擦时的受力分析 不考虑摩擦R12 R3,30,10.3 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。,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,31,（1）从受力的角度分析机械自锁条件,（1）从受力的角度分析机械自锁条件,32,将Q与M,d,合并得,R,21,2,1,12,Q,e,R,21,2,1,12,Q,e,R,21,2,1,12,Q,e,1）当e,时，M,d,M,f,有输出功 ,2）当e=,时，M,d,=,M,f,保持平衡，原转动仍匀速转动；原静止仍静止,3）当e,时，M,d,M,f,输入功不足 ,结论：,转动副,单力作用时当,e,时，不论Q多大，也无法使轴转动 ,自锁,N,M,d,12,Q,O,1,2,R,21,F,21,N,21,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R212112QeR212112Q,33,（2）从效率角度分析机械自锁条件,自锁时,所以,此时的,h,已失去一般效率的意义，它只表示机械的自锁程度。,（2）从效率角度分析机械自锁条件 自锁时所以此时的h已失去一,34,例10-2,求该机构正反行程的效率及反行程的自锁条件。,例10-2 求该机构正反行程的效率及反行程的自锁条件。,35,正行程效率：,反行程：,自锁时：,所以反行程自锁条件：,正行程效率：反行程：自锁时：所以反行程自锁条件：,36,作者：潘存云教授,1,D,A,3,O,2,B,O,D,A,1,2,3,应用实例：,图示钻夹具在F力夹紧，去掉F后要求不能松开，即反行程具有自锁性。分析其几何条件。,在直角ABC中有：,在直角OEA中有：,反行程具有自锁条件为：,s-s,1,e,sin(,)(Dsin,)/2,s=OE,s,1,=AC,e,分析：若总反力R,23,穿过摩擦圆,发生自锁,=(Dsin,)/2,=e,sin(,),-,F,R,23,B,s,s,1,E,E,O,A,C,B,C,第四章 运动副中的摩擦和机械效率,运动副中的摩擦,作者：潘存云教授1DA3O2BODA123应用实例：图示钻夹,37,例：已知尺寸，滑块楔角,，摩擦系数 f，,回转副摩擦圆直径。不计重量，求驱动力P,R,51,R,21,R,12,R,52,R,32,？,R,54,R,34,R,23,R,32,R,43,90+,+,90-,90-(+),机械的效率和自锁,第四章 运动副中的摩擦和机械效率,运动副中的摩擦,例：已知尺寸，滑块楔角，摩擦系数 f，R51 R21 R,38,10.4 摩擦在机械中的应用,（1）摩擦传动机构,（2）摩擦离合器,（3）摩擦制动器,（4）摩擦联接,（5）摩擦夹紧机构,（6）钳夹式握持器,（7）摩擦式缓冲器,（8）摩擦分选,10.4 摩擦在机械中的应用（1）摩擦传动机构,39,10.5 提高机械效率的途径,（1）尽量简化机械传动系统、缩短传递路线、采用最简单的机构来满足工作要求。,（2）选择合适的运动副形式。,（3）在满足强度、刚度等要求的情况下，对于转动副尺寸应尽量减小。,10.5 提高机械效率的途径（1）尽量简化机械传动系统、缩短,40,（4）尽量减小当量摩擦系数。,（5）进行机构或机器组合时，应使每一个机构或机器均具有较高的机械效率，最好不要并入或串入一个机械效率很低的机构或机器。,（6）减少机械中由惯性力所引起的动载荷，亦可提高机械效率。,（4）尽量减小当量摩擦系数。,41,