机械摩擦和效率

机械中的摩擦和机械效率内容概述运动副中的摩擦和计及摩擦时的力分析机械的效率和自锁重点运动副摩擦分析及其在简单机构力分析中的应用；机械效率以及自锁条件。摩擦是影响机器工作性能的重要物理现象摩擦导致：1.磨损零件强度下降寿命下降运动副间隙增大传动精度下降2.机械效率降低3.发热运动副间隙变小卡死措施：滚动代替滑动选用优质润滑油选用耐磨材料…应用：皮带传动摩擦轮传动摩擦离合器制动器夹具…摩擦是通过运动副对整个机器工作性能发生影响的§1概述§2运动副中的摩擦和自锁R21—总反力—摩擦角总反力与法线方向所夹的锐角不变212121FNRsinFPfNfNNFtg21212121tgcossin自锁条件一、平面移动副的摩擦力分析若PF21静止的滑块仍然静止tgFfNFcos2121tgtg结论：当时，不论F多大，也无法使滑块移动自锁R21N21F212V12FPQ1自锁R212V121自锁条件R212V12R212V12FF自锁自锁(边界情况)不自锁FV12R21Q321例：见P130图5-20已知Q，，f求反行程自锁条件根据移动副的自锁条件解：=-2V12R21（驱动力）1R212V121P二、槽面移动副的摩擦力分析fNF21212vfFFcos21N211Q2sinffvffv槽面接触的摩擦力大于平面接触的摩擦力cossin221FNsincos221FNsincos22121fFfNF令若FtFf静止的滑块仍然静止自锁sinFFttgcossinvvtgf自锁条件vQ12FnN21N2121QFV12Ft三、转动副的摩擦（轴颈摩擦）QN212121FNR力分析002121RMQRd221221221211fNFNR2121rFR全反力021rFMd或rfrffRrFv221211以轴颈中心为圆心，为半径作的圆称为摩擦圆，为摩擦圆半径。Md12QO12R21F21N2112Q12R21Q12R211221Q12R211221转动付总反力方位线的确定●1）R21与载荷Q大小相等，方向相反；2）R21的作用线必切于摩擦圆；3）R21产生的摩擦力矩与12转动方向相反。Q与M合成得'QMhd讨论：R212112QhR212112QhR212112Qh1）当h时，MdMf有输出功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，MdMf输入功不足结论：当h时，不论Q´多大，也无法使轴转动自锁转动副自锁条件h自锁条件移动副自锁条件FR21四、螺旋机构的效率和自锁螺旋副（螺母与螺杆）的相对运动滑块沿斜面运动假设：1）载荷分布在中线上2）单面产生摩擦力PQR21+QPR21V121.斜面机构的效率和自锁1）滑块沿斜面等速上行力分析驱动力021RQP)(tgQPtgQP0效率)(0tgtgPP滑块沿斜面等速上行，相当于拧紧螺母（工作行程），不要求自锁。由0得20QP´R21´V12P´QR21´–2）滑块沿斜面等速下行力分析维持力021''RQP)('tgQPtgQP0'效率tgtgPP)(0''自锁条件0)('tgtg0dd得=45°–/2时，效率最高当摩擦角不变时，效率是升角的函数。见右图42°由2.螺旋机构的效率和自锁)(2222tgQddPM)(0tgtgPP反行程)(2222''tgQddPM矩形螺纹正行程三角形螺纹)(2222vtgQddPM)(0vtgtgPP松脱螺母)(2222''tgQddPMtgtgPP)(0''拧紧螺母v矩形螺纹效率高，用于传动，三角形螺纹摩擦大，效率低，自锁性好，用于联接。结论：§3机械效率和自锁一、机械效率1）定义机械在一个稳定运动周期内，根据能量守恒定律可知输入功=输出功+损失功即Wd=Wr+Wf（5-1）式中:Wd—输入功Wr—输出功Wf—损失功在Wd相同的条件下WfWr说明机械对能源的利用程度越高，即效率越高。机械效率是衡量机械工作质量的重要指标2）效率的几种表达方式dfdfddr1功功率（5-2´）dfdfddrdrdrNNNNNNNtWt1//（5-2）同理若设在同样的驱动力P作用下,所能克服的理想生产阻力为Q0F—驱动力Q—生产阻力VF、VQ—分别为F、Q作用点沿各自作用线方向的速度力QFVVFQ0FFQFFQVFVQFQ00理想机械中(Wf=0，0=1)设克服同样的生产阻力Q所需要的驱动力为F0由代入(P115a)得QFVQVF0FQVFVQ000QQQFFQVFVQFQ代入(P115a)得力矩00QQddMMMM(P115c)FQdrFVQVNN(P115a)1有如下三种情况:1.0Wr0有输出功Wr2.=0Wr=0Wd=Wf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不动3.0Wr0WdWf机械原静止仍静止,原运动也将减速最终停止运动0是不能使机械启动运转的,这种现象称为机械的自锁自锁条件：0由于=Wr/Wd=P0/P=Q/Q0即Wr0或Q00二、机械的自锁dfdfddr1