机械原理03第四章力分析和效率自锁.ppt

第四章 平面机构的力分析、效率和自锁,内容简介 1.平面机构的力分析: 确定各运动副中的约束反力; 2.运动副中的摩擦和机械效率及自锁: 移动副和转动副中的摩擦; 机构的自锁。 学习要求 会确定考虑摩擦时平面机构中各总反力作用线的方向和位置; 掌握机构的效率计算方法和自锁的概念及其判断。,4-1 机构力分析的任务、目的和方法,学习要求 本节要求了解机构力分析的任务、目的和方法 主要内容 机构力分析的任务； 机构力分析的原理和方法。,1. 作用在机械上的力 （1）驱动力：与作用点的速度方向相同或成锐角，作正功。 （2）阻抗力：与作用点的速度方向相反或成钝角，作负功。 具体分为：有效阻抗力和有害阻抗力 2.机构力分析的任务 (1) 确定各运动副中的约束反力，用于强度设计 、估算机械 效率、研究运动副中的摩擦和润滑; (2) 确定需加于机构上的平衡力或平衡力矩。,3. 机构力分析的方法： (1) 图解法: 形象、直观；但精度低，不便于进行机构在一个运动循环中的力分析。（重点） (2) 解析法: 不但精度高，而且便于进行机构在一个运动循环中的力分析，便于画出运动线图；但直观性差。(不要求),（1）摩擦力的确定,移动副中滑块在力F 的作用下右移时,所受的摩擦力为,Ff21 = f FN21,式中 f 为 摩擦系数。,FN21 的大小与摩擦面的几何形状有关：,1）平面接触:,FN21 = G，,2）槽面接触:,FN21= G / sin,4-2 移动副中总反力的确定,1移动副中摩擦力的确定,称 为摩擦角，,（2）总反力方向的确定,运动副中的法向反力与摩擦力 的合力FR21,称为运动副中的总反力，,总反力与法向力之间的夹角，,总反力方向的确定方法：,1）FR21偏斜于法向反力一摩擦角 ；,2）其偏斜的方向应与相对速度v12的方向相反。,举例：,例1 斜面机构,2、楔形面移动副反力,xoy面,yoz面,斜面平滑块的摩擦,1滑块沿斜面等速上升时 Fd水平驱动力； FR212作用于滑块1的总反力； FQ铅垂载荷（包括滑块的自重）。 方向： 水平 竖直 大小： ？ ？ 2滑块沿斜面等速下降时 FQ驱动力， 而F阻力（或滑块等速下降的维持力）； FR212作用于滑块1的总反力；,方向：水平 竖直 大小： ？ ？ ,机械效率的概念,1. 有关概念 输入功（驱动功）Wd 作用在机械上的驱动力所作的功; 输出功（有效功） Wr 克服生产阻力所作的功; 损失功 Wf 克服有害阻力所作的功; 2. 机械效率的概念 在机器的稳定运转时期，输入功等于输出功与损失功之和。即 用机械效率来表示机械功在传递过程中有效利用程度。它等于输出功与输入功的比值。 或 上式中的称为机械损失系数（损失率）。 若将上面三式的各项均除以做功的时间t，分别以Pd、Pr和Pf表示输入功率、输出功率和损失功率。则,机械的效率和运动副中的摩擦及自锁,3.分析： 总是小于 1，当Wf 增加时将导致下降。 4. 努力方向,机械的效率和运动副中的摩擦及自锁,设计机械时，尽量减少摩擦损失。,（1）用滚动代替滑动,（2）尽量简化机械传动系统;,（3）考虑润滑，合理选材,机械效率的计算,Fd实际的驱动力 ; Fr 实际的生产阻力 ; Vd Fd作用点并沿Fd作用线方向的速度 ; Vr Fr作用点并沿Fr作用线方向的速度 ; 由式 可得,（5-71）,为了将上式变为便于使用的形式，设法将其中的速度消去。设想不存在有害阻力的机械特称为理想机械，而理想机械的效率 。另设生产阻力Fr不变,理想机械克服Fr所需要的驱动力（矩）为理想驱动力（矩） Fdo(Mdo), 因 故 可得: 上式表明：在生产阻力不变时，实际机械的效率等于理想驱动力（矩）与实际驱动力（矩）之比。,机械的效率和运动副中的摩擦及自锁,斜面机构传动的效率,1. 当滑块等速上升时 由前式可知，理想的驱动力（假设没有摩擦）为: 此时斜面的效率为: 2. 当滑块等速下滑时 由前式可知，此时的驱动力 FQ和理想的驱动力FQ0分别为 故其效率为 :,例115 分析偏心夹具的工作原理,偏心盘只要不逆时针转动，工件就不会松动，工件作用于偏心,或相割，则产生自锁。,盘的力,相切,113 考虑摩擦时机构的受力分析,图示压榨机,求与Q力平衡的力P， 又当P力撤掉后保持Q 力不变，机构应满足 的条件。,思考题： 撤掉P力后Q力为驱动力 自锁条件为？,1、径向轴颈，止推轴颈,2、径向轴颈的反力,与材料、粗糙度、润滑条件有关,确定RBA：,RBA与y方向成角,二、转动副中的运动副反力,其中：,（f为滑动摩擦系数）,对于接触面经过一段时间的运转，其表面被磨成平滑，接触更加完善的跑合者，取小值，未经磨合的取大值。,转动副总反力的确定： 1）首先确定不计摩擦时的总反力方向； 2）考虑摩擦时，总反力应与摩擦圆相切 3）轴承B对轴颈A的总反力RBA对轴颈中心的力矩必与轴颈A对轴承B的相对角速度方向相反。,根据力偶等效定律，M和Q合并成合力Q,（1）,A作减速至静止，原来静止，自锁,（2）,（3）,A匀速转动，或保持静