机械原理 课件 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dfdfddrNNNNNNN1dfdfddr1功10自锁：驱动力不足以克服阻力，机械不能运转的现象WdWf0Wr0，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WdWf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%drWW做试验机组的效率一般性结论机组的效率串联12kNdN1N2Nk-1…kdrNN21Nr=NkPdPr前一机器的输出功率是后一机器的输入功率机组的效率并联Nd…1N12N2kNkN’1N’2N’k混联12NdN1N2N’2N”2”3’4N’3N”4N”3N’r’3”5”4N”rdrNNkkkNNNNNN212211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2NdN1N2N’2N”2”3’4N’3N”4N”3N’r’3”5”4N”r解:两个串联支路N’d=N’r/(12’3’4)=5.649KN”d=N”r/(12”3”4”5)=0.561KW作业：5-6,5-7，5-8（a）,4-13''ddrrdrNNNNNN两支路并联，总效率561.0649.52.05运动副的摩擦与自锁移动副中的摩擦与自锁R21—总反力212121FNRfNfNNFtg212121(max)21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fNF21(max)21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R212V12R212V12FF自锁自锁(边界情况)不自锁FR21N21F21V12FPG1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没有限制移动副中的摩擦与自锁1234重力、惯性力、工作阻力R43R23F04323FRR自锁条件？槽面摩擦槽面移动副的摩擦取构件1研究，2给1的反力F21,N21fNF21212fffvsin槽面接触的摩擦力大于平面接触的摩擦力cossin221FNsincos221FNsincos22121fFfNFvvftg自锁条件v12GN21N21F21V12PGF212N21sin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…….）用相同方法凸轮机构机架的尺寸0xF0yF0BM112cos()12/sin()tanGFblF若分母=0,则F自锁临界压力角1121tan12/tancbl[][]'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Md12O21QR21F21N21212121FNR221221221211fNFNR全反力021RMd2121rFR021rFMdrfrffRrFv221211全反力作用点求：QR21的方向？注意：这只是简化分析R21产生与Md反向的力矩转动副的摩擦Md12QO12R21F21N212Q1R21F21N2112Md1）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QRy210dMRM210转动副的摩擦研究驱动力（力矩）Md12QO12R2112QO12R21hh: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力的平移转动副的摩擦QMhdR212112QhR212112QhR212112Qh1）当h时，MdMf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，MdMf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转动副的摩擦例偏心夹具的自锁条件（忽略重力）eDsin2)sin(De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RR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v转动副h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FQdrFVQVNN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=1FF0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F0QQ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例：斜面机构的效率和自锁1）滑块沿斜面等速上行PQV1221R21021RQPPQR21+驱动力)(tgQPtgQP0效率)(0tgtgPP研究构件1受力，其他外力：P、Q运动副反力R12FF0自锁条件：00QQ90QP´R21´V12P´QR21´–2）滑块沿斜面等速下行（维持力）可克服的阻力021''RQP)('tgQPtgQP0'效率tgtgPP)(0''自锁条件螺旋机构的效率和自锁滑块沿斜面等速上行，相当于拧紧螺母；滑块沿斜面等速下行，相当于拧松螺母。0QQFF0其他机构效率求解例：斜面机构的效率和自锁