第911章平面機構的力分析和機器機械效率

第九章平面機構的力分析第十一章機器的機械效率1.機構力分析的目的和方法2.運動副中摩擦力的確定3.機械的效率和自鎖本章重點

運動副中摩擦力的分析，總反力的確定機械的效率和自鎖現(xiàn)象機構的自鎖條件◆了解作用在機構上的力及機構力分析的目的和方法；◆能對幾種最常見的運動副中的摩擦力進行分析和計算;◆能確定簡單機械的機械效率和機構自鎖的條件。本章教學目的1.機構力分析的目的和方法一、作用在機械上的力1）驅動力：驅使機械產(chǎn)生運動的力。其特征是該力其作用點速度的方向相同或成銳角，所作的功為正功，稱驅動功或輸入功。2）阻抗力：阻止機械產(chǎn)生運動的力。其特征是該力其作用點速度的方向相反或成鈍角，所作的功為負值。1.機構力分析的目的和方法阻抗力又可分為有益阻力和有害阻力。（1）有益阻力：是指為了完成有益工作必須克服的生產(chǎn)阻力，故也稱有效阻力。（2）有害阻力：是指機械在運轉過程中所受到的非生產(chǎn)無用阻力，如有害摩擦力、介質阻力等。有效功（輸出功）：克服有效阻力所作的功。損耗功（輸出功）：克服有害阻力所作的功。注意摩擦力和重力既可作為作正功的驅動力，也可成為作負功的阻力。1.機構力分析的目的和方法作用于機構中力的分類：驅動力（力矩）阻力（力矩）工作阻力介質阻力：如風阻等運動副反力：正壓力：不作功摩擦力：阻力、驅動力重力1.機構力分析的目的和方法二、機構力分析的目的和方法1.機構力分析的任務1）確定運動副中的反力（運動副兩元素接觸處彼此的作用力）；2）確定為了使機構原動件按給定規(guī)律運動時需加于機械上的平衡力。2.機構力分析的方法1）對于低速度機械：采用靜力分析方法；2）對于高速及重型機械：一般采用動態(tài)靜力分析法。1.機構力分析的目的和方法慣性力：第九章第十一章平面機構的力分析及機械效率1.機構力分析的目的和方法2.運動副中摩擦力的確定3.機械的效率和自鎖一、摩擦對機器的不利影響:1）造成機器運轉時的動力浪費機械效率

2）使運動副元素受到磨損零件的強度、機器的精度和工作可靠性機器的使用壽命3）使運動副元素發(fā)熱膨脹導致運動副咬緊卡死機器運轉不靈活；4）使機器的潤滑情況惡化機器的磨損機器毀壞。2.運動副中摩擦力的確定二、摩擦的有用的方面：

有不少機器，是利用摩擦來工作的。如帶傳動、摩擦離合器和制動器等。緩沖器2.運動副中摩擦力的確定偏心夾具OAR23B321DdLφHP皮帶制動器壓榨機/夾具斜面機構2.運動副中摩擦力的確定311'2αP3單圓盤摩擦離合器2.運動副中摩擦力的確定摩擦輪傳動12BAR1R2QQ主動件從動件2φ一、移動副中的摩擦力★自鎖條件判斷:

1)若外力作用于2φ角度范圍內，機構自鎖；

2)若外力正好作用于2φ角度上，屬臨界狀態(tài)；

3)若外力作用于2φ角度范圍外，機構加速運動。∴機構自鎖條件為：β≤φ

（或外力F作用于摩擦角2φ范圍內

）1.平面移動副N

＝FyFf

＝N?f

∴tgφ

＝Ff/N＝fvABABφβFFyFxRBAFfN則φ＝arctgf，φ稱為摩擦角2.運動副中摩擦力的確定BAA⊙vAB2.楔形面移動副中的摩擦力N

＝QFf

＝f

?Q摩擦系數(shù)：fQNNθθABQN平面移動副⊙vAB2N

?sinθ＝QFf

＝2N?f

Ff

＝(f/sinθ)

?QABQN⊙vAB等價于摩擦系數(shù)：(f/sinθ)楔形面移動副★結論：

1.研究一表面摩擦系數(shù)為f

的楔形面移動副時，可將其等價為表面摩擦系數(shù)為

(f/sinθ)的平面移動副。

2.在不改變其它條件的前提下，可將接觸平面改為楔形面，以增加接觸面的摩擦力。如三角形螺紋、V帶傳動等?！锂斄磕Σ料禂?shù)：fΔ＝f/sinθ2.運動副中摩擦力的確定總反力的大小和方向:R21與所作用的構件的運動方向成鈍角：90。+;R21大小根據(jù)條件由力三角形確定2.運動副中摩擦力的確定QP21v12N21R21F21φΔ應用：斜面滑塊驅動力的確定1）已知力Q，求使滑塊1沿斜面2等速上行時所需的水平驅動力P根據(jù)力的平衡條件:（正行程）2.運動副中摩擦力的確定QP21v12λnnN21R21F21φPQR21λ+φ

如果λ，P’為負值，成為驅動力的一部分，作用為促使滑塊1沿斜面等速下滑。2）已知力Q，求保持滑塊1沿斜面2等速下滑所需的水平力

P’

根據(jù)力的平衡條件注意

當滑塊1下滑時，Q為驅動力，P’為阻抗力，其作用為阻止滑塊1加速下滑。（反行程）重點：力三角形2.運動副中摩擦力的確定QP'21v12λnnN'21R'21F'21φP'Qλ-φR'21四、轉動副中的摩擦力1.徑向軸頸的摩擦力QBQArMdωABFfNRBA——當量摩擦系數(shù)摩擦圓由平衡條件2.運動副中摩擦力的確定BArωABRABQMQ’h自鎖！2.運動副中摩擦力的確定偏心夾具OAR23B321DdLφHP轉動副中總反力R21的確定:（1）根據(jù)力平衡條件，R21Q（2）總反力R21必切于摩擦圓。（3）總反力R21對軸頸軸心O之力矩的方向必與軸頸1相對于軸承2的角速度w12的方向相反。注意

R21是支承2對軸1的反力，是軸1所受的力。w12是軸1相對于支承2的角速度?！叻戳21必阻礙軸1的運動，∴R21對轉動副中心之矩，必與角速度w12方向相反。2.運動副中摩擦力的確定2Q1rMdω12FfNR21ρ2.止推軸頸的摩擦力BA2r12r2Qpp——當量摩擦半徑，其值隨壓力強度分布規(guī)律而異。2.運動副中摩擦力的確定解：1）在不計摩擦時，各轉動副中的作用力應通過軸頸中心

構件2為二力桿此二力大小相等、方向相反、作用在同一條直線上，作用線與軸頸B、C的中心連線重合。由機構的運動情況連桿2受拉力。例1:如圖所示為一四桿機構。曲柄1為主動件，在力矩M1的作用下沿w1方向轉動，試求轉動副B及C中作用力的方向線的位置。2.運動副中摩擦力的確定2）當計及摩擦時，作用力應切于摩擦圓。轉動副B處：w21為順時針方向R12切于摩擦圓上方。轉動副C處：w23為順時針方向R32切于摩擦圓下方。構件2在R12、R32二力個作用下平衡

R32和R12共線

R32和R12的作用線切于B處摩擦圓上方和C處摩擦圓的下方。2.運動副中摩擦力的確定例2：如圖所示為一曲柄滑塊機構。已知ω1轉向，Q為作用于滑塊上的阻力，驅動力F作用點位置、方向已知。不計各構件質量、慣性力。求各支反力及F的大小。F4ω112Qv3R12R32ω21ω23R32R12R23R41R43QR43R23R21FR41(1)找到二力桿(連桿)，判定連桿是受拉或受壓；(2)判定構件間的相對轉向；(3)判定作用力在摩擦圓上切點位置；(4)依據(jù)力平衡條件求解。對構件3：Q+R23+R43=0對構件1：R21+R41+F=02.運動副中摩擦力的確定第九章第十一章平面機構的力分析及機械效率1.機構力分析的目的和方法2.運動副中摩擦力的確定3.機械的效率和自鎖3.機械的效率和自鎖一、機械效率輸入功率有效功輸出有害功輸出Wd=Wr

+WfWd——輸入功；Wr——輸出功(有用功)；Wf——有害功。機械效率:——損失系數(shù)二、機器的自鎖

機械發(fā)生自鎖時，無論驅動力多么大，都不能超過由它所產(chǎn)生的摩擦阻力。

η

0

當η

=0時，機械處于臨界自鎖狀態(tài)；當η

<0時，其絕對值越大，表明自鎖越可靠。驅動力所作的功，總是小于或等于由它所產(chǎn)生的摩擦阻力所作的功。

3.機械的效率和自鎖三、提高機械效率的途徑要提高機械的效率必須采取措施減少摩擦。一般從設計、維護和使用三個方面來考慮。設計方面主要采取以下措施：盡量簡化機械系統(tǒng)選擇合適運動副形式在滿足強度,剛度的條件下,減小構件尺寸設法減小摩擦減小因慣性力引起的動載荷3.機械的效率和自鎖理想驅動力P0

：理想機械中，克服同樣的生產(chǎn)阻力Q，所需的驅動力。四、機械效率的計算（一)一般公式:理想機械：不存在摩擦的機械。理想機械的效率h0等于1，即：3.機械的效率和自鎖PvPQvQ機器機械效率的統(tǒng)一形式：四、機械效率的計算理想生產(chǎn)阻力Q0

：理想機械中，同樣的驅動力P所能克服生產(chǎn)阻力。3.機械的效率和自鎖例題1、斜面滑塊機械效率的確定3.機械的效率和自鎖

不考慮摩擦（=0）：

考慮摩擦：QP21v12λnnN21R21F21φPQR21λ+φ正行程：不考慮摩擦時：2）當滑塊在載荷Q的作用下向下運動時：載荷Q為驅動力

考慮摩擦時：3.機械的效率和自鎖QP'21v12λnnN'21R'21F'21φP'Qλ-φR'21

什么條件下自鎖？2、螺旋機構的效率計算（矩形螺紋)3.機械的效率和自鎖ABFRQλ+φMr0FRQABλ2π

r0pvA?擰緊螺母，相當于滑塊沿斜面上升:

擰緊力矩：效率：

?放松螺母，相當于滑塊沿斜面下降:

放松力矩：效率：自鎖條件：

可將螺旋傳動的受力分析轉化為斜面?zhèn)鲃拥氖芰Ψ治鰡栴}：矩形螺紋：與斜面移動副等效,?，φ三角形螺紋：3.三角形螺紋螺旋副中的摩擦

1）三角形螺紋與矩形螺紋的異同點運動副元素的幾何形狀不同在軸向載荷完全相同的情況下，兩者在運動副元素間的法向反力不同接觸面間產(chǎn)生的摩擦力不同。螺母和螺旋的相對運動關系完全相同兩者受力分析的方法一致。3.機械的效率和自鎖β90°－β90°－βQ2A1Qθθ3.機械的效率和自鎖β90°－β90°－βQ?擰緊螺母，相當于滑塊沿斜面上升:

擰緊力矩：效率：

?放松螺母，相當于滑塊沿斜面下降:

放松力矩：效率：自鎖條件：

可直接套用矩形螺紋螺旋傳動的受力分析及計算公式，將其中的φ

用當量摩擦角φv替代。三角形螺紋宜用于聯(lián)接緊固；矩形螺紋宜用于傳遞動力。（二）機械系統(tǒng)的機械效率1.串聯(lián)系統(tǒng)的總效率：

結論：串聯(lián)系統(tǒng)的總效率等于各機器的效率的連乘積。串聯(lián)的級數(shù)越多，機械系統(tǒng)的效率越低。3.機械的效率和自鎖PdP1