《机械的摩擦与效率》PPT课件.ppt

11 1机械中的摩擦11 2机械效率和自锁11 3提高机械效率的途径11 4摩擦在机械中的应用 第11章机械的摩擦与效率 11 1机械中的摩擦 摩擦的缺点效率 磨损 强度 精度 寿命 发热 润滑恶化 卡死 摩擦的优点利用摩擦完成有用的工作 如 摩擦传动 皮带 摩擦轮 摩擦离合器 制动器 研究机械中摩擦的主要目的和内容主要目的 寻找提高机械效率的途径 主要内容运动副中的摩擦分析 低副 滑动摩擦 高副 滑动 滚动摩擦考虑摩擦时机构的受力分析 机械效率的计算 自锁现象及其发生的条件 11 1机械中的摩擦11 1 1移动副中的摩擦 1 平面摩擦滑块与平面构成的移动副 滑块在自重和驱动力的作用下向右移动 摩擦力 F21 fN21 Q 铅垂载荷 N21 法向反力 F 水平驱动力 11 1机械中的摩擦11 1 1移动副中的摩擦 1 平面摩擦滑块与平面构成的移动副 滑块在自重和驱动力的作用下向右移动 摩擦力 F21 fN21 Q 铅垂载荷 N21 法向反力 F 水平驱动力 11 1机械中的摩擦11 1 1移动副中的摩擦 半圆周均匀接触N21 pr N21 kQ pr k2prk 2 圆柱面接触 Q p r 11 1机械中的摩擦11 1 1移动副中的摩擦 槽面摩擦结论 1 引入当量摩擦系数后 移动副中的摩擦力可统一写成 F21 feQ平面接触时 fe f楔形面接触时 fe f sin 楔形角的一半 圆柱面接触时 fe kf 2 相同的外载荷 槽面接触比平面接触的摩擦力大 当需增大滑动摩擦力时 可将接触面设计成楔形面或圆柱面 如圆形皮带 缝纫机 三角带 螺栓联接中采用的三角螺纹 对三角带 18 fe 3 24f 11 1机械中的摩擦11 1 1移动副中的摩擦 3 斜面摩擦总反力 运动副中法向反力和摩擦力的合力 用R表示 R21 N21 F21 摩擦角 总反力R与法向反力N之间的夹角 用 表示 tan F21 N21 fN21 N21 f arctanf 当量摩擦角 e arctanfe 总反力R方向的确定在接触点处与公法线呈 角 方向与v指向相反 11 1机械中的摩擦11 1 1移动副中的摩擦 3 斜面摩擦等速上升 F Qtan 11 1机械中的摩擦11 1 1移动副中的摩擦 3 斜面摩擦等速上升 F Qtan 等速下滑 F Qtan 当 F 为正 阻止滑块1加速下滑 Q为驱动力 若 F 为负 图上的F 应反向 成为驱动力 斜度较小 滑块都不会自动下滑 需要F 推动才能下滑 例题 F为驱动力 求图示机构中力Q与F的关系 F sin 2 R32 sin 900 R23 sin 900 Q sin 900 2 所以 F sin 2 Q sin 900 2 整理 F Qcot 2 解题方法 1 画出各移动副的总反力2 分别取2和3为脱离体作力多边形3 用正弦定理列式求解 R12 F Q 2 3 R13 R32 R23 1 v23 v21 v31 11 1机械中的摩擦11 1 1移动副中的摩擦 四边形内角和 360 11 1机械中的摩擦11 1 2螺旋副中的摩擦 螺杆和螺母构成的运动副螺母 轴向载荷Q 转矩M 滑块受力F牵引沿斜面运动 矩形螺纹螺旋副中的摩擦 1 矩形螺纹螺旋副将螺纹中径d2圆柱面展开 斜面升角 tan l d2 zp d2 l 导程 z 螺纹头数 p 螺距 螺纹拧紧 螺母在F和Q的联合作用下 逆Q向上运动 F Qtan 拧紧力矩M Fd2 2 Qtan d2 2 螺纹拧松螺母在F和Q的联合作用下 顺Q向下运动 F Qtan 拧紧力矩M F d2 2 Qtan d2 2 11 1机械中的摩擦p11 1 2螺旋副中的摩擦 2 三角形螺纹螺旋副中的摩擦近似楔形滑块沿斜槽面的运动 当量摩擦系数 fe f cos 牙型半角 当量摩擦角 e arctanfe 螺纹拧紧 拧紧力矩M Fd2 2 Qtan e d2 2螺纹拧松 拧紧力矩M F d2 2 Qtan e d2 2 三角形螺纹螺旋副与矩形螺纹螺旋副比较 矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹 螺纹牙形三角形螺纹的摩擦力矩较矩形螺纹的大 易用于联结 矩形螺纹的摩擦力矩较小 易用于传递动力的场合 11 1机械中的摩擦11 1 3转动副中的摩擦 转动副中的摩擦径向轴颈 载荷垂直于轴的几何轴线 止推轴颈 载荷平行于轴的几何轴线 径向轴颈止推轴颈 1 径向轴颈的摩擦引用圆柱面接触的摩擦力计算公式 F21 fN21 fkQ feQ 摩擦力矩Mf F21r feQr Md 力平衡 FY 0 Q R21力矩平衡 MO 0 Md R21 Q 摩擦力矩 Mf feQr Q 摩擦圆半径 fer 11 1机械中的摩擦11 1 3转动副中的摩擦 1 径向轴颈的摩擦摩擦圆以轴心O为圆心 以 fer 为半径所作的圆 引入摩擦圆是为了便于确定转动副中总反力R的方位 r 12Md 2 1 Q R21 O 径向轴颈的摩擦 总反力R方位的确定根据力平衡条件确定总反力方向 使总反力与摩擦圆相切 使总反力对轴心之矩方向与 方向相反 11 1机械中的摩擦11 1 3转动副中的摩擦 例题 求图示机构中转动副B C中作用力方向线的位置 1 2 3 4 1 B C 解题方法 1 作摩擦圆 2 判断杆件受拉还是压 3 判断相对角速度方向 4 使总反力切于摩擦圆并且力矩与相对角速度方向相反 A D 11 1机械中的摩擦11 1 3转动副中的摩擦 2 止推轴颈的摩擦环形面积 ds 2 d 设ds上压强为p 正压力 dN pds 止推轴颈的摩擦 轴端中心压强很大一般制成空心 摩擦力 dF fdN fpds 摩擦力矩 dMf dF fpds 2 2fpd 总摩擦力矩 1 新轴端p 常数 则p Q R2 r2 2 跑合轴端外圈v 磨损 p 正压力分布 p 常数 11 2机械效率和自锁11 2 1机械效率的表达形式 作用在机械上的力 驱动力Wd 所做的功称为驱动功 输入功 生产阻力Wr 克服生产阻力所做的功称为输出功 有害阻力Wf 克服有害阻力所做的功称为损耗功 机械稳定运转时 输入功 输出功 损耗功 Wd Wr Wf 机械效率的定义输出功和输入功的比值 Wr Wd 机械效率的表达形式 表达形式 功或功率力或力矩 11 2机械效率和自锁11 2 1机械效率的表达形式 1 效率以功或功率的形式表达 2 效率以力或力矩的形式表达 1 克服同样的生产阻力Q以力的形式表达 所需理想机械的驱动力F0 实际驱动力F 以力矩的形式表达 11 2机械效率和自锁11 2 1机械效率的表达形式 2 效率以力或力矩的形式表达 2 同样驱动力F以力的形式表达 理想机械所能克服的生产阻力Q0 实际阻力Q 以力矩的形式表达 机械效率 11 2机械效率和自锁11 2 2机械系统的机械效率 机械系统的连接方式串联 并联和混合联接 1 串联系统的总效率 1 2 k 输入功率Pd 结论总效率等于各个机器效率的连乘积 只要有一个机器的效率很低 总效率就极低 串联的机器越多总效率就越低 输入功率Pk 串联联接 11 2机械效率和自锁11 2 2机械系统的机械效率 机械系统的连接方式串联 并联和混合联接 2 并联系统的总效率 总输入功率Pd总输出功率Pr 结论总效率不仅与各个机器的效率有关 还与各个机器传递的功率有关 总效率介于机器的最大效率和最小效率之间 传递功率大的机器若其效率也高 机组的效率就高 Pd P1 P2 P3 1 2 3 P1 1 P2 2 P3 3 1 2 k Pd P1 P2 P3 并联联接 11 2机械效率和自锁11 2 2机械系统的机械效率 机械系统的连接方式串联 并联和混合联接 3 混合联接由串联和并联组成的混联式机械系统 总效率的求法先分别计算 合成后按串联或并联计算 混合联接 例 如图所示系统的总效率 设串联部分效率为 1 2并联部分效率为 P3 3 P4 4 P5 5 P3 P4 P5 总效率 11 2机械效率和自锁11 2 3机械的自锁 机械的自锁由于摩擦的存在 驱动力无论怎样增大 也无法使机械运动的现象 结论 驱动力作用于摩擦角之内 移动副必自锁 移动副驱动力有效分力 Ft Fsin Fntan 机械自锁的判别方式 1 直接判定 阻力为摩擦力 F21 Fntan 当 时 有Ft F21无论F多大 均无法使滑块运动 出现自锁现象 机械自锁的判别方式 1 直接判定 转动副当e F作用在摩擦圆之内 Md MfMd F e Mf R21 F 驱动力矩总小于它产生的摩擦阻力矩无论F多大 也不能使轴转动 自锁 结论 驱动力作用于摩擦圆之内 转动副必自锁 机械是否发生自锁 与驱动力作用线的位置和方向有关 1 移动副 驱动力作用在摩擦角之外 不会发生自锁 2 转动副 驱动力作用在摩擦圆之外 不会发生自锁 11 2机械效率和自锁11 2 3机械的自锁 11 2机械效率和自锁11 2 3机械的自锁 机械自锁的判别方式 2 机械效率判定机械的某个环节自锁驱动力有效分力 它所产生的摩擦阻力 机械的效率 0 可借机械效率的计算式来判断机械是否自锁 3 生产阻力判定生产阻力 0 只有当生产阻力反向变为驱动力后 才可使机械运动 机械已发生自锁 驱动力所做的功 它所产生的摩擦阻力所作的功 11 2机械效率和自锁11 2 3机械的自锁 例题 焊接用楔形夹具 利用这个夹具把要焊接的工件1和1 预先夹妥 以便焊接 图中2为夹具 3为楔块 若已知各接触面间的摩擦系数均为f 试确定此夹具的自锁条件 解法1根据反行程时 0的条件来确定 解法2根据反行程时生产阻力小于或等于零的条件来确定 解法3根据运动副的自锁条件确定 v31 1 1 3 2 P 2 反行程 11 2机械效率和自锁11 2 3机械的自锁 解法1根据反行程时 0的条件来确定 反行程时R23为驱动力 由正弦定理可得 1 1 3 2 P 2 反行程 楔块3退出 楔块3 受力分析 作力封闭三角形 当 0 不考虑摩擦 时 得理想驱动力为 令 0 可得自锁条件为 2 于是得此机构反行程的机械效率为 工件1 1 的反作用力 夹具2的反作用力 支持力 11 2机械效率和自锁11 2 3机械的自锁 解法2根据反行程时生产阻力小于或等于零的条件来确定 1 1 3 2 P 2 R23 R13 P R23 R13 2 90 v31 v32 根据楔块3的力三角形 由正弦定理有 若楔块3不自动松脱 则应使P 0 即得自锁条件为 2 11 2机械效率和自锁11 2 3机械的自锁 解法3根据运动副的自锁条件确定 1 1 3 2 P 2 工件被夹紧后P力就被撤消 楔块3受R23作用 沿水平面移动的滑块 R23与垂直方向之间的夹角是 只要R23作用在摩擦角 之内 楔块3即发生自锁 要使R23作用在摩擦角 之内 即 所以 楔块3发生自锁的条件是 2 11 2机械效率和自锁11 2 3机械的自锁 机械自锁的应用有些机械必须具有自锁性能 千斤顶 钻夹具 11 3提高机械效率的途径 要提高机械的效率 减少摩擦 一般从设计 维护和使用三个方面来考虑 设计方面主要采取以下措施 尽量简化机械系统 选择合适运动副形式 在满足强度 刚度的条件下 减小构件尺寸 设法减小摩擦 减小因惯性力引起的动载荷 11 4摩擦在机械中的应用 1 摩擦离合器两盘间的摩擦力带动从动轴转动 摩擦离合器 11 4摩擦在机械中的应用 2