运动副中的摩擦和机械效率.ppt

第5章 运动副中的摩擦和机械效率,5.1 概述,1. 摩擦存在于一切作相对运动或具有相对运动趋势的两个直接接触的物体表面之间。,2. 摩擦的两重性：,有害性：消耗输入功，降低效率；,使零件磨损，强度降低，影响机械工作的精度和可靠性；,造成机械温度升高，破坏润滑条件，导致运动副咬紧或卡死。,有利性：利用摩擦传递机械的运动和动能；利用摩擦进行机 械的制动。,3.摩擦、效率和自锁,摩擦,效率,机械自锁,5.2 移动副中的摩擦,5.2.1 水平面平滑块的摩擦,驱动力F,切向力: Fx=Fsina,法向力 : Fy=Fcosa,总反力R,法向反力: Rn=Rcos,摩擦力 : Ff=Rsin,Ff=fRn,tg=Ff/Rn =f,称为摩擦角:R与Rn之间的夹角,结论:(1)摩擦角的大小由摩擦系数决定,与驱动力的大小和方向无关; (2)总反力R与滑块运动方向总是 成90+ 角,Rn=Fy=Fcosa,Fx=Fsina=Fftga/tg,结论:(1)a,FxFf:滑块加速运动;,(2) a=,Fx=Ff:滑块等速运动或保持静止状态;,(3)a,FxFf:滑块减速运动至静止状态或保持静止状态.,a不管驱动力多大，由于摩擦力的作用而使机构不能运动的现象称为自锁,摩擦锥：以R的作用线绕接触面法线回转而形成的一个以2为锥顶角的圆锥。,结论：F的作用线在摩擦锥内或在摩擦锥上，滑块维持原静止状态发生自锁,5.2.2 斜面平滑块的摩擦,1. 滑块等速上升,结论：等速上升时的自锁条件：,2. 滑块等速下降,结论：等速下降时的自锁条件：,5.2.3 楔形滑块的摩擦,当量摩擦系数 :把楔形滑块视为平滑块时的摩擦系数,当量摩擦角,利用楔形增大所需的摩擦力,螺纹的形成:,螺旋线-一动点在一圆柱体的表面上，一边绕轴线等速旋转，同时沿轴向作等速移动的轨迹。,螺纹-一平面图形沿螺旋线运动，运动时保持该图形通过圆柱体的轴线，就得到螺纹。,螺纹,5.2 螺旋副中的摩擦,螺纹的牙型,内外螺纹相互旋合构成螺旋副,假定:螺钉与螺母间的压力作用在螺旋平均半径r0(直径d0)的螺旋线上;螺旋副中力的作用(a)与滑块和斜面间力的作用(b)相同.,5.3.1 矩形螺纹,1. 螺母沿螺旋面等速上升,2. 螺母沿螺旋面等速下降,自锁,单凭载荷Q螺母不能自动松开,5.3.2 非矩形螺纹,非矩形螺纹和矩形螺纹的的区别在于螺纹间接触面的几何形状不同,三角形螺纹可看成楔形滑块沿斜槽面的运动.,斜槽间的夹角:2=2(90-),拧紧螺母力矩:,松开螺母力矩:,自锁,结论: ,非矩形螺纹摩擦大,自锁性好,用于联接;矩形螺纹摩擦小,效率高用于传动.,5.4 转动副中的摩擦,径向轴颈与轴承,止推轴颈与轴承,5.4.1径向轴颈与轴承,平衡条件:,f :当量摩擦系数,取决于摩擦表面的状态、材料和工作条件等，由实验决定。,r :轴颈的半径,5.4.2摩擦圆,以轴颈O为圆心，为半径所做的圆为摩擦圆,结论：R21与摩擦圆相切,所形成的Mf与w12方向相反,与Q等值反向。,Q和M,Q=Q,轴颈等速转动或静止不动,轴颈加速转动,轴颈减速转动至静止不动或保持静止不动状态,为转动副的自锁条件,例:图示曲柄滑块机构机构:已知各构件尺寸,各转动副半径及其当量摩擦系数,以及滑块与导路间的摩擦系数.机构在已知驱动力F的作用下运动,不计各构件的自重和惯性力,求在图示位置作用在曲柄上沿已知作用线的生产阻力Q,并讨论机构的自锁问题.,解:1.计算,绘制摩擦圆,2.分析构件2的受力,确定21, 23,14的转向以及R12,R32的 受力方向.,3.分析滑块3的受力,确定以R43,R23的受力方向.作力三角形,求出R43,R23的大小,4.分析曲柄1的受力, 作力三角形,求出Q的大小,5.机构自锁问题:曲柄位于 2范围内自琐,例:图示偏心夹具中,已知偏心圆1的半径r1=60mm,轴颈A的半径rA=15mm,偏心距e=40mm,轴颈的当量摩擦系数fv=0.2,圆盘1与工件2的摩擦系数f=0.14,求不加力F时机构自锁的最大楔角.,解:轴颈A的摩擦圆半径:,构件1和2间的摩擦角:,机构自锁条件:,最大楔角为:,5.5机械的效率,效率的功用：衡量机械对能量的有效利用程度，是机械的 重要质量指标之一；判别机械是否发生自锁。,机械上的力,驱动力,生产阻力,有害阻力,输入功Wd,输出功Wr,损耗功Wf,5.5.1机械效率的表达形式,1.效率的定义,机械在稳定运动的一个运动循环中，输入功等于输出功与损耗功之和,Wd = Wr+ Wf,效率：,2.效率的其它表示方法,（1）功率表示法,（2）力和力矩表示法,理想机械（不存在摩擦）：,Q,P0,P,Q0,力矩表示法：,5.5.2效率的计算,1.机器或机组的效率的计算,（1）串联,串联机组的总效率等于各个机器效率的连乘机，串联的机器越多，总效率越小,（2）并联,并联系统的总效率不仅与各机器的效率有关，而且也与输入功的分配方式有关,（3）混联,2.螺旋机构效率的计算,拧紧螺母的实际驱动力矩：,拧紧螺母的理想驱动力矩：,拧紧螺母的总效率：,拧松螺母的总效率：,螺旋机构正反行程效率不同,5.5.3机械的效率与自锁,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。,机械自锁的条件:,空转,自锁,有条件的自锁,螺旋机构拧松螺母的自锁条件:,螺杆的螺旋升角小于或等于摩擦角会发生自锁,判断机构自锁的方法:,驱动力作用于摩擦角（或摩擦圆）内； 0； 驱动力所能克服的阻抗力小于等于0,图示连杆机构中，已知驱动力矩Md和摩擦角如图所示。 图中虚线小圆为转动副的摩擦圆,Q为阻力 1、直接在图上画出各运动副中反力作用线的位置和方向; 2、写出构件3的力平衡方程式;画出构件3的力多边形草图。,图示偏心圆盘杠杆机构。圆盘直径d50mm，偏心距e5mm，接触点B处的摩擦角30；铰链A、C处的摩擦圆半径5mm，,设Q100N