平面机构概述.ppt

第四章平面机构概述,内容简介1.平面机构的力分析: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。学习要求平面机构动态静力分析和机械效率的概念及其计算；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;掌握机构自锁的概念及其判断。,第6讲效率与自锁,4-1概述,学习要求本节要求了解机构力分析的任务、原理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。,机构力分析的任务,1.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。2.平衡力和平衡力矩的概念所谓平衡力（矩）是与作用在机械上的已知外力（包括外力矩）以及当该机械按给定规律运动时各构件的惯性力（包括惯性力矩）相平衡的未知力（矩）。3.说明在对机构进行力分析的过程中，不考虑运动副中的间隙，且只涉及由刚性构件构成的平面机构力分析的有关问题。,概述,机构力分析的原理和方法,1.机构力分析的原理根据达伦伯尔原理，将惯性力和惯性力矩看作外力加在相应的构件上,动态的机构就可以被看作处于静力平衡状态，从而用静力学的方法进行分析计算，称为机构的动态静力分析法。2.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。(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。这里只介绍概念,概述,4-3机械的效率和运动副中的摩擦及自锁,学习要求掌握机械效率的概念及其计算;掌握平面运动副中摩擦的概念及其总反力位置的确定方法;掌握自锁的概念及其自锁条件的确定;掌握摩擦圆和摩擦圆半径的概念及其确定;了解考虑运动副摩擦时平面机构的受力分析的方法。,机械的效率和运动副中的摩擦及自锁,主要内容机械效率的概念机械效率的计算移动副中平面平滑块的摩擦楔形滑块的摩擦和当量摩擦系数斜面平滑块的摩擦螺旋副概述矩形螺纹螺旋副中的摩擦,三角螺纹螺旋副中的摩擦三角螺纹螺旋传动的效率转动副中径向轴颈和轴承的摩擦及当量摩擦系数摩擦力矩和摩擦圆及摩擦圆半径转动副中总反力作用线位置的确定止推轴颈和轴承的摩擦平面高副中总反力方向的确定机构自锁的概念和平面平滑块的自锁径向轴颈的自锁,机械的效率和运动副中的摩擦及自锁,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,（4-67）,（4-69）,（4-70）,机械的效率和运动副中的摩擦及自锁,（4-68）,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,（4-69）,机械效率的计算,Fd实际的驱动力;Fr实际的生产阻力;VdFd作用点并沿Fd作用线方向的速度;VrFr作用点并沿Fr作用线方向的速度;由式可得,（4-71）,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),因故将式（4-72）代入（4-71）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。,（4-72）,（4-73）,机械的效率和运动副中的摩擦及自锁,移动副中平面平滑块的摩擦,FQ铅垂载荷（包括自重）;FN21平面2对滑块1作用的法向反力;Fd作用在滑块1上的外加驱动力;V12滑块1相对于平面2的运动速度;f-滑块1与平面2间的摩擦系数;将法向反力FN21和摩擦力Ff21合成总反力FR21，则FR21与FN21间的夹角为摩擦角、与V12间的夹角为90o+。根据FR21与V12间的夹角为90o+。确定2给1的总反力的方向。当运动副两元素间的f一定时，Ff21的大小决定于法向反力FN21的大小；当外载荷一定时，法向反力FN21的大小还与运动副两元素的几何形状有关。,（4-76）,机械的效率和运动副中的摩擦及自锁,楔形滑块的摩擦和当量摩擦系数,两构件沿一槽形角为2的槽面接触，Fd驱动力；FQ作用在滑快1上的铅垂载荷（包括自重）；FN21平面2对滑块1作用的法向反力;Ff21槽面2对滑块1的摩擦力;由xy平面中的平衡条件可得:式中的为槽面摩擦的当量摩擦系数,v称为当量摩擦角。因f，即在其他条件相同的情况下，槽面摩擦的摩擦力大于平面摩擦的摩擦力。如三角皮带传动的摩擦力大于平皮带传动的摩擦力；三角螺纹的螺旋副中的摩擦力大于方螺纹螺旋副中的摩擦力。,（4-77）,机械的效率和运动副中的摩擦及自锁,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；,（4-79）,（4-78）,机械的效率和运动副中的摩擦及自锁,方向：水平竖直大小：？,螺旋副概述,1.螺纹的牙型有：,3.螺纹的用途：传递动力或联接,从摩擦的性质可分为：矩形螺纹和三角形螺纹,2.螺纹的旋向：,机械的效率和运动副中的摩擦及自锁,矩形螺纹螺旋副中的摩擦,假设:FQ集中作用在中径的螺旋线上，作用力是集中在一小段螺纹上。将螺旋的摩擦简化为斜面的摩擦。拧紧螺母:相当于滑块沿斜面等速上升斜面的倾斜角，l螺纹的导程，z螺旋线的头数，p螺距，Fd中径处施加的圆周力，Md驱动力矩松开或拧松螺母:相当于滑块沿斜面等速下降考虑到式（4-79），F中径处施加水平维持圆周力，M松开螺母时应加的维持力矩，当时，M为负值，则意味着要想使滑块下滑，就必须加一个反向的力矩M，此时的M称为拧松力矩。,（4-82）,（4-83）,（4-84）,机械的效率和运动副中的摩擦及自锁,三角螺纹螺旋副中的摩擦,1.三角螺纹螺旋副中的摩擦三角螺纹的半顶角，fv当量摩擦系数，v当量摩擦角，f实际摩擦系数，引入当量摩擦系数和当量摩擦角，ffv，v便可得到：拧紧螺旋时：松开螺旋时：,楔形滑块在槽面中的摩擦,（4-85）,（4-86）,机械的效率和运动副中的摩擦及自锁,用于矩形螺旋副时将上面两式中的变换为v即可,三角螺纹螺旋传动的效率,2.螺旋传动的效率拧紧螺旋时，理想驱动力矩为：其效率为：松开螺旋时：实际驱动力为：其理想驱动力为:其效率为：用于矩形螺旋副时将上面两式中的变换为v即可。,（4-87）,（4-88）,机械的效率和运动副中的摩擦及自锁,转动副中径向轴颈和轴承的摩擦及当量摩擦系数,1.径向轴颈与轴承,轴颈,轴,轴承,静止受力,动态受力,FQ径向载荷（包括自重），FN212给1的总法向反力,Md驱动力矩,12角速度,总摩擦力2.当量摩擦系数fVfVf1.57f当轴承与轴颈的间隙小、材料软、接触面大时选用较大的值；当轴承和轴颈的材料硬（如钻石轴承）、接触面小时选用较小值。为了安全，在计算机械的效率时，选用较大值；利用机械的自锁时，选用较小的值。,（4-89）,机械的效率和运动副中的摩擦及自锁,摩擦力矩和摩擦圆及摩擦圆半径,1.摩擦力矩r轴颈的半径,Mf摩擦力矩,将FN21力与Ff21合成为总反力FR21,为由FR21和FQ组成的力偶的力臂,因Md=-Mf故2.摩擦圆及摩擦圆半径以转动中心O1为圆心、以为半径画的圆称为摩擦圆，称为摩擦圆半径。若当量摩擦角为v，在图4-20中的直角三角形o1CB中，。由图可知，上式中的摩擦圆半径,（4-90）,（4-91）,机械的效率和运动副中的摩擦及自锁,r为轴颈的半径,图4-20,转动副中总反力作用线位置的确定,1.总反力判定方法:(1)总反力FRij对轴心的力矩的方向必与角速度ji的方向相反。(2)ji的方向可由此时组成转动副的两构件间的夹角增大还是减小来确定。2.举例Fd驱动力，Mr阻力矩，（1）确定相对角速度的方向：，故14；故21；，故23（2）连杆2：因连杆2受压且可知FR12和FR32的大概方向，根据判定方法（1）可知FR21应切于B处摩擦圆的下方，FR32应切于C处摩擦圆的上方。构件2是二力杆，故FR21与FR32应共线反向。（3）构件1：FR21=-FR12，根据FR21=-FR41且二者组成的力偶=-Mr，确定出FR41的方向，再根据判定方法（1）可知FR41应切于处摩擦圆的上方。（4）滑块3：FR23=-FR32，FR43的方向应与V34成90o+且其作用线位置应通过Fd与力与FR23的交点。各力作用线位置如图所示。,机械的效率和运动副中的摩擦及自锁,图4-21,3.确定反力作用线位置解题步骤小结：,（1）从二力杆入手，判断杆2受压，初步确定FR12、FR32的方向。,（2）由、增大或变小来判断各构件的相对角速度方向。,（3）依据总反力判定准则得出FR12和FR32切于摩擦圆的内公切线。,（5）由三力平衡条件（交于一点）得出构件3的总反力。,（4）由力平衡条件确定构件1反力的作用线位置。,机械的效率和运动副中的摩擦及自锁,图4-21,止推轴颈和轴承的摩擦,FQ轴向载荷，Md驱动力矩，Mf摩擦力矩，12等角速度，从轴端接触面上半径为处1.取出环形微面积dS，设dS上的压强p为常数，则：正压力摩擦力，摩擦力矩总摩擦力矩2.未跑合的止推轴颈，摩擦系数f和压强p均为常数，因故式代入（4-93）式可得未跑合轴端的摩擦力矩为：3.跑合过的止推轴颈，跑合后轴端各处压强基本上符合常数的规律轴端中心处因非常小而使压强p非常大，故将轴端做成空心的。将不经常旋转的轴端视为非跑合轴端，而将经常旋转的轴端视为跑合轴端。,（4-92）,（4-93）,（4-95）,（4-96）,机械的效率和运动副中的摩擦及自锁,平面高副中总反力方向的确定,相对运动:滑动+滚动摩擦力:滑动摩擦力+滚动摩擦力滚动摩擦力Mf，轴将加速转动；（2）当e=时：因Md=