机构中的摩擦和机械效率修改版.pptx

第四章第四章 机械中的摩擦和机械效率机械中的摩擦和机械效率 内内 容容运动副中的摩擦和计及摩擦时的力分析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机械的效率和自锁重重 点点 运动副摩擦分析及其在简单机构力分析中的应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用；机械效率以及自锁条件。运动副中的摩擦和自锁运动副中的摩擦和自锁 F FR21 R21 总反力总反力 摩擦角摩擦角总反力与法线方向所夹的锐角不变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的确定一、平面移动副中总反力的确定力分析力分析FR211Ff212V12PFG1即：构件即：构件2 2给构件给构件1 1的运动副反力的运动副反力 FR21 的方向恒与构件的方向恒与构件1 1相对于构相对于构件件2 2的运动方向的运动方向V12 成成 角角自锁条件自锁条件 若若 F F F Ff21f21 滑块静止滑块静止结论：结论：当当 时，不论驱动力多大，也无法使滑块移动时，不论驱动力多大，也无法使滑块移动 自锁自锁自锁自锁FR211Ff212V12PFG1F F F FR21R21若若:即即:FR212V121自锁条件自锁条件 FR212V12FR212V12PP自锁自锁自锁自锁(边界情况边界情况)不自锁不自锁PG GF FV12FR21例例:求图示求图示 滑块沿斜面滑块沿斜面等速上行时等速上行时所需的水平驱动力所需的水平驱动力F的大小的大小.G为作用于滑块上的铅垂载荷为作用于滑块上的铅垂载荷.1 12 2即即:F+F FR21R21G G2）求）求 保持滑块沿斜面保持滑块沿斜面等速下行等速下行时所需的力时所需的力G GF FV12FR211 12 2即即:F FF FR21R21G G槽面移动副的摩擦槽面移动副的摩擦N211G2槽面接触的摩擦力大于平面接触的摩擦力槽面接触的摩擦力大于平面接触的摩擦力其中自锁条件自锁条件二、转动副中总反力的确定二、转动副中总反力的确定 力分析力分析全反力全反力或或以轴颈中心为圆心，以轴颈中心为圆心，为半径作的圆称为为半径作的圆称为摩擦圆摩擦圆，为为摩擦摩擦圆半径圆半径。总反力与摩擦圆相切。总反力与摩擦圆相切。Md12GO12FR21Ff21N21（轴颈摩擦）r 轴颈半径轴颈半径12GFR21G12G12转动付总反力方位线的确定转动付总反力方位线的确定1 1）F FR21R21与载荷与载荷G G大小相等，方向相反；大小相等，方向相反；2 2）F FR21R21的作用线必切于摩擦圆；的作用线必切于摩擦圆；3 3）F FR21R21产生的摩擦力矩与产生的摩擦力矩与 1212转动方向相反。转动方向相反。FR21FR211221 G与与Md合成得合成得讨论：FR212112GhFR212112GhFR212112Gh1）当）当h 时，时，Md Mf 有输出功有输出功 2）当）当h=时，时，Md=Mf 保持平衡，原转动保持平衡，原转动仍匀速转动；原静止仍匀速转动；原静止仍静止仍静止3）当）当h 时，时，Md Mf 输入功不足输入功不足 结论：结论：当当 h h 时，不论时，不论G G多大，也无法使轴转动多大，也无法使轴转动 自锁自锁转动副自锁条件转动副自锁条件 h 自锁条件自锁条件4 42 23 31 1F F34142123FR12FR32FR41FR41F FFR21例例:图示为图示为一铰链四杆一铰链四杆机构机构.设已知机构的设已知机构的位置位置、各构件尺寸和驱动力、各构件尺寸和驱动力F F，各转动，各转动付半径和摩擦系数相同，均为付半径和摩擦系数相同，均为r r和和f f，不计各构件重力、惯性力，求各转动付中，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反力作用线和作用在从动件上的阻力偶矩M M3 3。FR43h hM M3 3=h hFR21 图示为一曲柄滑块机构的三个位置，图示为一曲柄滑块机构的三个位置，F F为作用在活塞上的力，转为作用在活塞上的力，转动副动副A A及及B 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在连杆ABAB上的作用力的真实方向上的作用力的真实方向(构件重量及惯性力略去不计构件重量及惯性力略去不计)211 12 23 34 42 2杆为二力杆且受压杆为二力杆且受压 2323FR32FR12FR41413 413 图示为一摆动推杆盘形凸轮机构，凸轮图示为一摆动推杆盘形凸轮机构，凸轮1 1沿逆时针方沿逆时针方向回转，向回转，F F为作用在推杆为作用在推杆2 2上的外载荷，试确定凸轮上的外载荷，试确定凸轮1 1及机架及机架3 3作用给推杆作用给推杆2 2的总反力的总反力F FR12R12及及F FR32R32的方位的方位(不考虑构件的重量及不考虑构件的重量及惯性力，图中虚线小圆为摩擦圆惯性力，图中虚线小圆为摩擦圆)。V21F FR12R12 23F FR32R32 23V21F FR12R12F FR32R32 机械效率和自锁机械效率和自锁 一、一、机械效率机械效率 1）定义）定义 机械在一个稳定运动周期内，根据能量守恒定律可知机械在一个稳定运动周期内，根据能量守恒定律可知 输入功输入功=输出功输出功+损失功损失功 即即 Wd=Wr+Wf （5-1）式中式中:Wd 输入功输入功 Wr 输出功输出功 Wf 损失功损失功 在在 Wd 相同的条件下相同的条件下 Wf Wr 说明机械对能源的利用程度越说明机械对能源的利用程度越高，即效率越高。高，即效率越高。机械效率是衡量机械工作质量的重要指标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）效率的几种表达方式功功功率功率（5-2b）（5-2a）设设F为实际驱动力为实际驱动力,Q为相应为相应的实际有效阻力的实际有效阻力,VF、VQ分分别为别为F、Q作用点沿力作用线作用点沿力作用线方向的速度方向的速度力或力矩形式表达效率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，设设该装置为一不存在有害阻力的理想机器，设F0为对应为对应于同一生产阻力于同一生产阻力Q的理想驱动力，或设的理想驱动力，或设Q0为对应于驱动为对应于驱动力力F的理想有效阻力：的理想有效阻力：0 Wr 0 有输出功有输出功 Wr 2.=0 Wr=0 Wd=Wf 输入功全部用以克服摩擦力输入功全部用以克服摩擦力,机械原机械原 来运转只能保持空转，机械原静止来运转只能保持空转，机械原静止 仍只能静止不动仍只能静止不动 3.0 Wr 0 Wd Wf 机械原静止仍静止机械原静止仍静止,原运动也将减速原运动也将减速 最终停止运动最终停止运动 0 是不能使是不能使机械启动运转的机械启动运转的,这种现象称为机械的这种现象称为机械的自锁自锁 自锁条件自锁条件：0二、二、机械的自锁机械的自锁12QPv23R R3232R R1212R R2323v v3131R R13133v v2121例例:图表示一压榨机图表示一压榨机(或夹具或夹具)中的斜面机构。中的斜面机构。Q Q为被压物体反为被压物体反作用于滑块作用于滑块3 3上的压力上的压力(即有效阻力即有效阻力)，F F为加于滑块为加于滑块2 2上的水平上的水平驱动力。驱动力。为滑块为滑块2 2上斜面的升程角。设各摩擦面的摩擦系数上斜面的升程角。设各摩擦面的摩擦系数均为均为f,f,求力求力F F与力与力Q Q的关系和该压榨机的效率。又为了在不继的关系和该压榨机的效率。又为了在不继续加力续加力F F时被压物体不致松开，则角时被压物体不致松开，则角 的值应为若干的值应为若干?当当 ,而机构发生自锁。根据压榨机的而机构发生自锁。根据压榨机的功用，正行程不应当自锁，所以设计时应使功用，正行程不应当自锁，所以设计时应使如果没有摩擦则如果没有摩擦则 =O=O，所以理想驱动力，所以理想驱动力:因此，正行程时该压榨机的效率为因此，正行程时该压榨机的效率为在反行程中在反行程中,力力Q Q变为驱动力而力变为驱动力而力F F变为有效阻力变为有效阻力FF。因摩擦。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，所以用一以用一 代替前式中的代替前式中的 即可由前式得力即可由前式得力Q Q与与FF的关系式为的关系式为:如果没有摩擦，则如果没有摩擦，则 =0=0，此时理想有效阻力，此时理想有效阻力:因此因此,反行程时该压榨机的效率为反行程时该压榨机的效率为:此时自锁条件为此时自锁条件为:即即偏心夹具偏心夹具在作用力在作用力P作作用下，工件用下，工件2 被压紧，产生被压紧，产生压紧力，作用压紧力，作用力力P撤消后，撤消后，在压紧力作用在压紧力作用下，夹具自锁下，夹具自锁 的条件的条件例：例：夹具体夹具体 1工件工件 2偏心圆盘偏心圆盘 3R23P三、三、机组的效率机组的效率1 1、串联、串联则机组的效率为：则机组的效率为：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，系统的效率越低串联的级数越多，系统的效率越低2 2、并联、并联 图所示为由志图所示为由志k k个机器并联组成的机组。设各机器的个机器并联组成的机组。设各机器的效率分别为效率分别为 ，输入功率分别为，输入功率分别为P P1 1、P P2 2、P Pk k ，则，则各机器的输出功率分别为各机器的输出功率分别为机械效率为：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总效率主要取决于传递功率最大的机器若各台机器的输入功率相等若各台机器的输入功率相等若各台机器的效率相等若各台机器的效率相等3.混联系统混联系统NdN1N2N2N3N4N”2N”3N”4N”521343”4”5”例：例：求该机组的效率求该机组的效率例：例：已知：已知：求该机组的效率求该机组的效率解：解：作业：作业：4-13 4-14 5-6 5-7 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 Mr=R*h1B2AC3 4xy12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 已知参数赋值 1循环 1B2AC3 4xy12计算,a3,P 计算F,G,P的合力 计算R,h 计算并输出Mr 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 S180(2秒)1803600140执行机构的运动协调（机械耦合方式）刀刃压纸36080上行下行松开压紧2600 压紧180180080260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 2603600 在 区间，S180(2秒)180140H0 x F=Kx设：H0=60，x=18mm时 F=500N K=27.8(N/mm)18240100.例：用凸轮机构驱动压纸头 弹簧自由长度H0 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 FRNR=F/cos FRNx=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 Mr=Rh 执行机构原动件所受阻力矩合并.Mr Md