机械的传动效率.ppt

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 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 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 10.1 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Wd 输出功Wr 损耗功Wf 机械效率： 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： 理想情况： 理想情况： 例10-1 计算斜面的效率 正行程： 反行程： 10.1.2 组合机构的效率 （1）串联 （2）并联 （2）并联 （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 。 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 vv 2 圆柱面摩擦 。 槽面摩擦 、 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（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N21的大小，产生 较平面摩擦大的摩擦力。 摩擦角 总反力 R21 法向反力N21 摩擦力，与 v12反向。 F21 2 V12 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 楔形滑块 槽形角2 当量摩擦系数 当量摩擦角 结论： fVf, 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R21总与相对速度v12成 90+jv 角 。 10.2.1.2 槽面移动副的摩擦 总反力R21总与相对速度v12成 90+jv 角 。 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d2 的螺旋线上。 10.2.2 螺旋副中的摩擦 锐角螺纹摩擦分析 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 Q N Md 12 Q O 1 2 R21 F21N21 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R21恒切于摩擦圆。 2）R21与Q等值反向，组成力偶， 其力偶矩与Md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： R21轴承2对轴颈1的总反力； 1 2 Q12 R21 Q12 R21 12 2 1 Q12 R21 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 （2）轴端摩擦 非跑合轴端 p=常数 跑合轴端pr =常数 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。 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Md 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 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 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w21为顺时针方向 2受拉力 作用力R12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w23为顺时针方向。 R32切于摩擦圆下方。 构件2在R12 、R32二力个作用下平衡 R12和R32共线 作用线切于A 处摩擦圆上方和B处摩擦圆的下方。 R32 R12 21 23 第四章 运动副中的摩擦和机械效率运动副中的摩擦 R21 R41 R12 R32 R23 R43 P R43 R23 第四章 运动副中的摩擦和机械效率运动副中的摩擦 1 2 3 4 考虑摩擦时的受力分析 不考虑摩擦 R12 R32 R12 R32 M1 M3 M1 R21 R41 R41 R23 R43 R43 M3 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 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。 （1）从受力的角度分析机械自 锁条件 将Q与Md合并得 R21 2 1 12 Q e R21 2 1 12 Q e R21 2 1 12 Q e 1）当e时，Md Mf 有输出功 2）当e=时，Md=Mf 保持平衡，原转动仍匀速转动；原静止仍静止 3）当e时，Md Mf 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 Md 12 Q O 1 2 R21 F21N21 第四章 运动副中的摩擦和机械效率运动副中的摩擦 （2）从效率角度分析机械自 锁条件 自锁时 所以 此时时的h已失去一般效率的意义，它 只表示机械的自锁程度。 例10-2 求该机构正反行程的效率 及反行程的自锁条件。 正行程效率： 反行程： 自锁时： 所以反行程自锁条件： 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-s1 esin()(Dsin)/2 s =OE s1 =AC e 分析：若总反力R23穿过摩擦圆发生自锁 =(Dsin) /2 =esin() - F R23 B s s1 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 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 R51 R21 R12 R52 R32 ？ R54 R34 R23 R32 R43 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 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 10.5 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