机械原理课件：摩擦与机械效率.ppt

第五章 机械中摩擦和机械效率51 研究机械中摩擦的目的52 运动副的中摩擦53 机械的效率54 机械的自锁51 研究机械中摩擦的目的摩擦产生源运动副摩擦的缺点：优点：研究目的：研究内容：1.运动副中的摩擦分析2.考虑摩擦时机构的受力分析；3.机械效率的计算4.自锁现象及其发生的条件发热效率磨损强度 精度 寿命利用摩擦完成有用的工作如摩擦传动（皮带、摩擦轮）、 离合器(摩托车)、 制动器（刹车）减少不利影响，发挥其优点润滑恶化 卡死v212152 运动副中摩擦低副产生滑动摩擦力 高副滑动兼滚动摩擦力一、移动副的摩擦1. 移动副中摩擦力的确定由库仑定律得： F21f N21运动副中摩擦的类型：Q铅垂载荷，Q摩 擦 系 数摩擦副材料静 摩 擦动 摩 擦无润滑剂有润滑剂无润滑剂有润滑剂钢钢钢铸铁钢青铜铸铁铸铁铸铁青铜青铜青铜皮革铸铁或钢橡皮铸铁PP水平力，N21N21法向反力F21F21摩擦力F21f N21当材料确定之后，F21大小取决于法向反力N21而Q一定时，N21 的大小又取决于运动副元素的几何形状 槽面接触：结论：不论何种运动副元素，有计算通式：Q12N”21N21Q12F21=f N21 + f N”21N21 平面接触：N21 = N”21 = Q / (2sin) 矢量和：N21=N21理论分析和实验结果有： k =1/2 F21=f N21 F21= f N21QN21N21=QF21=f N21= f QF21 柱面接触：=-QN21 +N”21= -QN”21N21Q代数和：N21= |N21|12N21= ( f / sin) Q = fv Q=f k Q= fv Q= fv Qfv称为当量摩擦系数=kQ |N21|QPv2121非平面接触时 ，摩擦力增大了，为什么？应用：当需要增大滑动摩擦力时，可将接触面设计成槽面或柱面。

如圆形皮带（缝纫机）、三角形皮带、螺栓联接中采用的三角形螺纹是 f 增大了？原因：是由于N21 分布不同而导致的对于三角带：182.移动副中总反力的确定总反力为法向反力与摩擦力的合成： R21=N21+F21R21N21F21tg= F21 / N21摩擦角，方向:R21V12 (90+)以R21为母线所作圆锥称为摩擦锥 ，总反力恒切于摩擦锥fv3.24 f= fN21 / N21=f不论P的方向如何改变，P与R两者始终在同一平面内a)求使滑块沿斜面等速上行所需水平力Pb)求使滑块沿斜面等速下滑所需水平力P作图作图若，则P为阻力;根据平衡条件：P + R + Q = 0 大小：？ ？ 方向： 12QRNF21nnvPRPQ得： P=Qtg(+) 12QNF21nnvPRQPR-+根据平衡条件： P + R + Q = 0若斜面摩擦拧紧时直接引用斜面摩擦的结论有：假定载荷集中在中径d2 圆柱面内，展开d1d3d2Qd2lQP斜面其升角为： tg螺纹的拧松螺母在P和Q的联合作用下，顺着Q等速向下运动v螺纹的拧紧螺母在P和Q的联合作用下，逆着Q等速向上运动v=l /d2=zp /d2 从端面看P螺纹拧紧时必须施加在中径处的圆周力，所产生的 拧紧所需力矩M为：拧松时直接引用斜面摩擦的结论有：P螺纹拧松时必须施加在中径处的圆周力，所产生 的拧松所需力矩M为：若，则M为正值，其方向与螺母运动方向相反， 是阻力；若0b)稳定运转阶段输入功大于有害功之和在一个循环内有：WdWrWf= EE00, 匀速稳定阶段 常数，任意时刻都有： WdWrWfWG= EE0 a)启动阶段 速度0,动能0Em t稳定运转变速稳定阶段 在m上下周期波动, (t)=(t+Tp)WG=0, E=0 Wd= Wr+Wf启动 WdWrWf=EE00，Wd=WrWfc)停车阶段 0 输入功小于有用功与损失功之和。

二、机械的效率机械在稳定运转阶段恒有:比值Wr / Wd反映了驱动功的有效利用程度，称为机械效率Wr / Wd用功率表示：Nr / Nd用力的比值表示，有： 分析：总是小于 1，当Wf 增加时将导致下降Nr/Nd对理想机械，有理想驱动力P0设计机械时，尽量减少摩擦损失，措施有：0Nr /Nd = Q vQ /P0vp代入得:P0 vp / PvpP0 / P用力矩来表示有：Md0 / Mdm t稳定运转 停止启动 WdWrWfWG= EE00Wd= Wr+Wfb)考虑润滑c)合理选材Pvpv机械1Wf /Wd (WdWf) /Wd(NdNf) /Nd1Nf /Nd = Q vQ /P vp1P0 a)用滚动代替滑动结论：计算螺旋副的效率： 拧紧： 理想机械： M0d2 Q tg( ) / 2 M0 / M拧松时，驱动力为Q，M为阻力矩，则有：实际驱动力： Q=2M/d2 tg(-v )理想驱动力： Q0=2M/d2 tg() Q0/Q以上为计算方法，工程上更多地是用实验法测定 ，表52列出由实验所得简单传动机构和运动副的机械效率(P123-P124)同理：当驱动力P一定时，理想工作阻力Q0为： Q0vQ /Pvp1得：Qvp /Q0 vpQ/Q0用力矩来表示有：M Q/ MQ0tg()/tg(v )tg(-v ) / tg( )Pvpv机械Q0表5-2 简单传动机械和运动副的效率名 称传 动 形 式效率值备 注圆柱齿轮传动67级精度齿轮传动 0.980.99 良好跑合、稀油润滑 8级精度齿轮传动 0.97 稀油润滑 9级精度齿轮传动 0.96 稀油润滑 切制齿、开式齿轮传动 0.940.96 干油润滑 铸造齿、开式齿轮传动 0.90.93圆锥齿轮传动67级精度齿轮传动 0.970.98 良好跑合、稀油润滑 8级精度齿轮传动 0.940.97 稀油润滑 切制齿、开式齿轮传动 0.920.95 干油润滑 铸造齿、开式齿轮传动 0.880.92蜗杆传动自锁蜗杆 0.400.45单头蜗杆 0.700.75双头蜗杆 0.750.82 润滑良好 三头、四头蜗杆 0.800.92圆弧面蜗杆 0.850.95续表5-2 简单传动机械和运动副的效率名 称传 动 形 式效率值备 注带传动平型带传动 0.900.98滑动轴承球轴承 0.99 稀油润滑 滚子轴承 0.98 稀油润滑 滑动螺旋 0.300.80滚动螺旋 0.850.95V型带传动 0.940.96套筒滚子链 0.96无声链 0.97链传动平摩擦轮传动 0.850.92摩擦轮传动润滑良好槽摩擦轮传动 0.880.900.94 润滑不良0.97 润滑正常0.99 液体润滑滚动轴承螺旋传动复杂机械的机械效率计算方法：1.)串联：2.)并联总效率不仅与各机器的效率i有关，而且与传递的功率Ni有关。

设各机器中效率最高最低者分别为max和min 则有：NdNkN1N2Nk-112kN1N2NkN1N2Nk12kNdNrmin maxN1N2Nd2 N”d2N”d3Nd3NrN”r1233“44“3.)混联 先分别计算，合成后按串联或并联计算NdNkN1N2Nd2 N”d2N”d3Nd3NrN”r1233“44“N1N2Nd2 N”d2N”d3Nd3NrN”r1233“44“NdNrN”rNr串联计算NdNk并联计算串联计算摩擦锥无论P多大，滑块在P的作用下不可能运动 发生自锁当驱动力的作用线落在摩擦锥内时，则机械发生自锁12法向分力： Pn=Pcos 54 机械的自锁水平分力： Pt=Psin正压力： N21=Pn 最大摩擦力 ：Fmax = f N21当时,恒有： 设计新机械时，应避免在运动方向出现自锁，而有些机械要利用自锁进行工作(如千斤顶等) 分析平面移动副在驱动力P作用的运动情况： PtN21PnPPtFmax= Pn tg = Pntg自锁的工程意义：F21R21ODAB12312对仅受单力P作用的回转运动副最大摩擦力矩为： Mf =R当力P的作用线穿过摩擦圆(a Q0 举例：(1)螺旋千斤顶, 螺旋副反行程(拧松)的机械效率为：0得自锁条件：tg(-v ) 0，(2)斜面压榨机力多边形中，根据正弦定律得：提问：如P力反向，该机械发生自锁吗？P132R32R13QR12Q = R23 cos(-2)/cosQR13R23PR12R3290+90-+2-90-(-)-290-tg(-v ) / tg()vv32R23R13 + R23 + Q = 0大小： ？ ？ 方向： R32 + R12 + P = 0大小： ？ ？方向： P = R32 sin(-2)/cos 令P0得：P= Q tg(-2)tg(-2)02由R32R23可得：v =8.7f =0.15根据不同的场合，应用不同的机械自锁判断条件：驱动力在运动方向上的分力PtF摩擦力。

令生产阻力Q0；令0；驱动力落在摩擦锥或摩擦圆之内；本章重点：自锁的概念，以及求简单机械自锁的几何条件机械效率的计算方法；机构中不同运动副中总反力作用线的确定；不同运动副中摩擦力与载荷之间的关系，摩擦角或摩擦圆的概念；。