机械原理 第4-5章 机械的受力分析、效率与自锁

作用在机械上的力：驱动力、阻抗力有效阻抗力有害阻抗力第4-5章机械的受力分析、效率与自锁

机械效率

机械在某段运行时间内，根据能量守恒定律

输入功=输出功+损失功即Wd=Wr+Wf

功率功自锁：驱动力不足以克服阻力，机械不能运转的现象Wd

>Wf

>0Wr

>0

，机器运转Wd

=Wf

=0输入功全部用以克服摩擦力,机械原来运转只能保持空转，机械原静止仍只能静止Wd

<Wf

<0机械原静止仍静止,

原来运动也将减速最终停止运动

自锁条件：

0运动副的摩擦1整理ppt机械的效率与自锁

表2.2常用机械传动的效率名称效率(%)名称效率(%)渐开线圆柱齿轮97~99滑动轴承(一对)94~99渐开线直齿圆锥齿轮97~99滚动轴承(一对)98~99.5普通圆柱蜗杆70~90弹性联轴器99~99.5普通V带85~95齿式联轴器99窄V带85~95十字沟槽联轴器97~99普通平带80~95滚子链94~96《机械设计基础课程设计指导书》平面四杆机构80%-90%凸轮机构90%弹簧97%做试验机组的效率一般性结论2整理ppt机组的效率串联1

2

k

Nd

N1

N2

Nk-1

…

Nr=Nk

PdPr前一机器的输出功率是后一机器的输入功率3整理ppt机组的效率并联

Nd

…

1

N1

2

N2

k

Nk

N’1

N’2

N’k

混联

1

2

Nd

N1

N2

N’2

N”2

”3

’4

N’3

N”4

N”3

N’r

’3

”5

”4

N”r

机组的输入功率为各机器输入功率之和机组的输出功率为各机器输出功率之和4整理ppt机组的效率1=2=0.98,’3=’4=0.96,”3=”4=0.94,”5=0.42,N’r=5KW,N”r=0.2KW,求总效率1

2

Nd

N1

N2

N’2

N”2

”3

’4

N’3

N”4

N”3

N’r

’3

”5

”4

N”r

解:两个串联支路N’d=N’r/(12’3’4)=5.649K

N”d=N”r/(12”3”4”5)

=0.561KW作业：5-6,5-7，5-8（a）,4-13两支路并联，总效率运动副的摩擦与自锁5整理ppt移动副中的摩擦与自锁R21—总反力取构件1分析，2给1的反力R21N21F212V12PG1最大摩擦力P作用在构件1上的其他外力：引力G，推力P自锁摩擦角：最大摩擦力发生时总反力与法线方向所夹的锐角分清：运动副反力其他外力大小是确定的，β没有限制6整理ppt自锁无论施加的外力F多么大，运动副都不能相对运动移动副中的摩擦与自锁R212V121自锁条件R212V12R212V12FF自锁自锁(边界情况)不自锁FR21N21F21V12FPG1槽面移动副外力体现驱动因素反力体现摩擦因素大小是确定的，β没有限制7整理ppt移动副中的摩擦与自锁1234重力、惯性力、工作阻力R43

R23

F自锁条件？槽面摩擦8整理ppt槽面移动副的摩擦取构件1研究，2给1的反力F21,N21

槽面接触的摩擦力大于平面接触的摩擦力自锁条件12GN21N21F21V12PGF21

2N21sin

构件1上作用的其他外力：G,PR

v材料的摩擦系数求N21：当量摩擦系数合力F研究反力当量摩擦角凸轮尺寸其他形状的移动副（圆…….）用相同方法9整理ppt凸轮机构机架的尺寸0xF=å0yF=å0BM=å若分母=0,则自锁临界压力角[][]'aa推程许用压力角回程许用压力角临界压力角大则不易自锁减小b、增加l机架尺寸l、b研究从动件受力工作阻力驱动力转动副10整理ppt摩擦圆:以轴颈中心为圆心，为半径的圆。反映最大摩擦力转动副的摩擦（轴颈摩擦）QN静止运动总反力的方向与作用点Md12O21QR21F21N21全反力全反力作用点求：QR21QR21QR21的方向？注意：这只是简化分析R21产生与Md反向的力矩11整理ppt转动副的摩擦Md12QO12R21F21N212Q1R21F21N2112Md1）R21与载荷Q大小相等，方向相反；2）R21的作用线必于摩擦圆；3）R21产生的摩擦力矩与12转动方向相反。（与21转动方向相同）平衡时

自锁R12与Q构成阻力偶转动副总反力的特征顺时针转动逆时针转动12整理ppt转动副的摩擦研究驱动力（力矩）Md12QO12R2112QO12R21hh:其他外力的合力（体现驱动力因素）到转动中心的距离在Q相同条件下，不同的Md将得到不同的h力的平移13整理ppt转动副的摩擦R212112QhR212112QhR212112Qh1）当h>时，Md>Mf驱动力矩大于阻力矩2）当h=时，Md=Mf保持平衡，原转动仍匀速转动；原静止仍静止3）当h<时，Md<Mf驱动力矩不足以克服阻力矩自锁条件：h自锁条件偏心夹具其他外力的合力作用线与摩擦圆相切或相割14整理ppt转动副的摩擦例偏心夹具的自锁条件（忽略重力）

e

D摩擦圆半径摩擦角设计参数：D、e和δ

手松开后，使夹具松动的驱动力是R

R研究转动副自锁条件自锁条件小结平面移动副槽面移动副转动副适当设计三个参数可满足夹具自锁的要求用力来计算效率复杂机构的研究需要用效率计算的方法来研究15整理ppt驱动力生产阻力FvFQvQ输入输出用力来计算效率引入理想机器(没摩擦)Wf=0，0=1克服同样的生产阻力，理想机器所需的驱动力较小理想机器驱动力F0真实机器驱动力F同样的驱动力，理想机器能克服的生产阻力较大理想机器克服生产阻力Q0

真实机器克服生产阻力Q研究机构效率与自锁的方法：从受力情况已知的构件开始，通过分析，建立效率表达式，计算效率、求解自锁条件16整理ppt例：斜面机构的效率和自锁1）滑块沿斜面等速上行PQV1221

R21PQR21+驱动力

效率研究构件1受力，其他外力：P、Q运动副反力R12

自锁条件