第5章機(jī)械的效率和自鎖

1、5.15.1運動副中摩擦力的確定運動副中摩擦力的確定5.25.2考慮摩擦?xí)r機(jī)構(gòu)的受力分析考慮摩擦?xí)r機(jī)構(gòu)的受力分析5.35.3機(jī)構(gòu)的效率機(jī)構(gòu)的效率5.45.4機(jī)構(gòu)的自鎖機(jī)構(gòu)的自鎖本章教學(xué)內(nèi)容本章教學(xué)內(nèi)容 水平面接觸：水平面接觸：v1221GFN21F21fF21N21fFfFG一定時，決定一定時，決定 Ff21 的兩個因素：的兩個因素：1. f2. 運動副元素的幾何形狀運動副元素的幾何形狀簡單平面移動副簡單平面移動副N21FG21N21fFfFfGFf21= f FN21FN21 = G / sin = G (f / sin)=G fvfv當(dāng)量摩擦系數(shù)。當(dāng)量摩擦系數(shù)。G212NF212NFG=(

2、FN21 /2)sin+(FN21 /2)sin 槽面接觸槽面接觸fv= f / sin k =1/2 12fvFN21FN21=k kGFf21= f k kG=G fvFf21= f FN21= fvGfv =f k k21fFfG槽面接觸槽面接觸Ff21= ( f / sin) ) GFf21= f k kGFN21Ff21FR21 Gv1221F212121RfNFFF2121tan/fNFF2121/NNfFFf ( v )摩擦角（當(dāng)量摩擦角）摩擦角（當(dāng)量摩擦角） FR21與與v12夾鈍角夾鈍角(90 + ) FR21恒切于摩擦錐。恒切于摩擦錐。摩擦錐摩擦錐以以 FR21為母線所作圓

3、錐。為母線所作圓錐。【例例5-15-1】滑塊等速在斜面運動，確定驅(qū)動力?；瑝K等速在斜面運動，確定驅(qū)動力。F R2112V12GF【解解】1.1.確定總反力的方向確定總反力的方向2.2.根據(jù)滑塊力系平衡列方程：根據(jù)滑塊力系平衡列方程：210RFGF3.3.做圖求解未知力做圖求解未知力F+ + GF R21tan( + )FG 正行程正行程F R2112V12GF【解解】1.1.確定總反力的方向確定總反力的方向2.2.根據(jù)滑塊力系平衡列方程：根據(jù)滑塊力系平衡列方程：210RFGF3.3.做圖求解未知力做圖求解未知力F- -GF R21tan( - )FG 反行程反行程分析分析d2Gd2l矩形螺紋螺

4、旋副的簡化矩形螺紋螺旋副的簡化斜面其升角為：斜面其升角為： =l /d2=zp /d2 GGGFvtg()FGtg()FGtg擰緊力矩與放松力矩擰緊力矩與放松力矩根據(jù)滑塊在斜面的運動根據(jù)滑塊在斜面的運動d2d2lGGFv擰緊力與力矩為：擰緊力與力矩為：d2FM22()22ddMFFtg放松力與力矩為：放松力與力矩為：22()22ddMFGtgMd 12Gr1.轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動副(軸徑軸徑) Mf= Ff21 r = fvGrFf21 = fvG摩擦力矩的大小摩擦力矩的大小方向：與方向：與12相反。相反。FR21恒切于摩擦圓。恒切于摩擦圓。對軸心矩的方向與對軸心矩的方向與12相反。相反。Ff21FR2

5、1Mf總反力總反力FN21 G21RF Mf = G = FR21 FR21=G令令 = fvr 摩擦圓半徑摩擦圓半徑GGG12GFR21 121221 121221轉(zhuǎn)動副總反力方位線的確定轉(zhuǎn)動副總反力方位線的確定GGFR21FR21 FR21是構(gòu)件是構(gòu)件2 2作用到構(gòu)件作用到構(gòu)件1 1上的力，是構(gòu)件上的力，是構(gòu)件1 1所受的力。所受的力。 12是構(gòu)件是構(gòu)件1 1相對于構(gòu)件相對于構(gòu)件2 2的角速度。的角速度。注意注意d dsds2d2ddFf= fdFdFN NdMf =dFfdFdFN N=pds,=pds, fpdsMRrf=fpds= fpdsRrdpf22MMfrR212r2R22Rf

6、rMfpd22/()pGRr)(3233rRfp332223RrfGRr GRrGpds)(2rRpRrfdfpM2)(22rRfp= f G(R+r)/21 1）計算出摩擦角和摩擦圓半徑，并畫出摩擦圓；）計算出摩擦角和摩擦圓半徑，并畫出摩擦圓；2 2）從二力桿著手分析，根據(jù)桿件受拉或受壓及該桿相對于）從二力桿著手分析，根據(jù)桿件受拉或受壓及該桿相對于另一桿件的轉(zhuǎn)動方向，求得作用在該構(gòu)件上的二力方向；另一桿件的轉(zhuǎn)動方向，求得作用在該構(gòu)件上的二力方向；3 3）對有已知力作用的構(gòu)件作力分析；）對有已知力作用的構(gòu)件作力分析；4 4）對未知力所在構(gòu)件作力分析、求解。）對未知力所在構(gòu)件作力分析、求解。Md

7、Fr 1324【例例5-2】已知機(jī)構(gòu)簡圖、各摩擦角已知機(jī)構(gòu)簡圖、各摩擦角 、摩擦圓半徑摩擦圓半徑 、驅(qū)動力矩驅(qū)動力矩Md ，阻力，阻力Fr。試畫出各運動副靜力圖。試畫出各運動副靜力圖。 21 23MdFr 1324【解解】 1.1.從從二力桿（連桿）入手，二力桿（連桿）入手，注意拉壓桿。注意拉壓桿。 21 23MdFr 1324 21 23MdFr1324MdFr 1324FR12FR322.分析滑塊，注意分析滑塊，注意三力匯交三力匯交。90o+ FR43 34FR41【解解】 1.從二力桿（連桿）入手，從二力桿（連桿）入手，注意拉壓桿注意拉壓桿。3.分析曲柄，注意分析曲柄，注意力偶平衡力拒力

8、偶平衡力拒。MdFr 4231 21 23V34FR41FR12FR32FR43【例例5-2】如圖滑輪組，已如圖滑輪組，已知知r、R分別為軸肖和滑輪分別為軸肖和滑輪半徑，半徑，f為軸銷摩擦系數(shù)，為軸銷摩擦系數(shù)，F(xiàn)為滑輪組的驅(qū)動力，試為滑輪組的驅(qū)動力，試求求G？。？。FG12456 = fr【解解】1.計算摩擦圓半徑，并計算摩擦圓半徑，并畫在圖上。畫在圖上。2.確定各輪的轉(zhuǎn)向，并標(biāo)在確定各輪的轉(zhuǎn)向，并標(biāo)在圖上。圖上。 16 23 453.取取1構(gòu)件為分離體進(jìn)行力分析。構(gòu)件為分離體進(jìn)行力分析。3FG12456 16 23 453.取取1構(gòu)件為分離體進(jìn)行力分析。構(gòu)件為分離體進(jìn)行力分析。1 16FR6

9、1T2121RTFRF4.取取2構(gòu)件為分離體進(jìn)行力分析。構(gòu)件為分離體進(jìn)行力分析。2 233T12T62FR3232122RRFTR22 ()()R RFRFG12456 16 23 455.取取4構(gòu)件為分離體進(jìn)行力分析。構(gòu)件為分離體進(jìn)行力分析。34 45FR34T64FR5454342RRRFFR234()()RRFR3222 ()()RR RFFR6.取取5構(gòu)件為分離體進(jìn)行力分析。構(gòu)件為分離體進(jìn)行力分析。25434()()RRRGFFR234()()RRfrFRfr321 1、MdFr 【例例5-3】圖示平底擺動從動件盤狀凸輪機(jī)構(gòu)的圖示平底擺動從動件盤狀凸輪機(jī)構(gòu)的凸輪為圓盤，摩擦圓、摩擦角、

10、驅(qū)動力矩凸輪為圓盤，摩擦圓、摩擦角、驅(qū)動力矩Md、阻力、阻力FR如圖所示。試畫出圖示機(jī)構(gòu)的靜力分析圖。如圖所示。試畫出圖示機(jī)構(gòu)的靜力分析圖。 FR12FR32FR31【解解】 5.31 5.31 機(jī)械效率機(jī)械效率 dfdfddrWWWWWWW1/1/dffrrrdddddPPPWWtPWWtPPP FvF FvG GG機(jī)械機(jī)械GrdFGPPF0001GGFFGGFF 000FrdFFFMPPFFM00GMGM12V12GF0tantan()FF12V0tan()tanFF ：0tantan()VMM0tan()tanVMM 9 單頭蝸桿單頭蝸桿 0.700.75 kdPPPdPk312121k

11、dkPPPPPPPPk 21P1P2Pk-112kP1P2PkP1P2Pk12kPdPr1kdiPP1kriPP12kPPP12kPPP1122kkPPPrdPP112212kkkPPPPPPminmin maxmaxPdPkP1P2Pd2 P”d2P”d3Pd3PrP”r1233“44“P1P2Pd2 P”d2P”d3Pd3PrP”r1233“44“P1P2Pd2 P”d2P”d3Pd3PrP”r1233“44“PdPrP”rPrPdPkPdPkP1P2Pd2 P”d2P”d3Pd3PrP”r1233“44“ 由于摩擦力的存在，無論驅(qū)動如何增大也無法使機(jī)械由于摩擦力的存在，無論驅(qū)動如何增大也

12、無法使機(jī)械運動的現(xiàn)象。運動的現(xiàn)象。1 1）設(shè)計機(jī)械時，為了使機(jī)械實現(xiàn)預(yù)期的）設(shè)計機(jī)械時，為了使機(jī)械實現(xiàn)預(yù)期的運動，必須避免機(jī)械在所需的運動方向發(fā)運動，必須避免機(jī)械在所需的運動方向發(fā)生自鎖；生自鎖；2 2）一些機(jī)械的工作需要其具有自鎖特性。）一些機(jī)械的工作需要其具有自鎖特性。 Fn=Fcos ： Ft=Fsin ：F Ffmaxfmax Ft F Ffmaxfmax= = Fn tg = tgFn12FtFnF FfFR12aFFRMd=Fa00【例例5-45-4】【解解】三角螺紋放松的效率為：三角螺紋放松的效率為：0tan()tanVMM 自鎖的條件為：自鎖的條件為：tan()0tanV 則：

13、則：tan()0VV【例例5-55-5】圖示圖示斜面壓榨機(jī)，若斜面壓榨機(jī)，若在滑塊在滑塊2上施加一定的力上施加一定的力F，即，即可產(chǎn)生一壓緊力將物體可產(chǎn)生一壓緊力將物體4壓緊。壓緊。G為被壓緊物對滑塊為被壓緊物對滑塊3的反作用的反作用力。分析當(dāng)力。分析當(dāng)F力撤銷后壓榨機(jī)力撤銷后壓榨機(jī)在在G力作用下的反行程自鎖條力作用下的反行程自鎖條件。（摩擦角件。（摩擦角已知已知）FG1324【解解】分析：分析： 假設(shè)機(jī)構(gòu)的反行程是在驅(qū)動力假設(shè)機(jī)構(gòu)的反行程是在驅(qū)動力G G的作用下滑塊的作用下滑塊3 3均速下滑，均速下滑，滑塊滑塊2 2均速右向移動，在這一過程中求解所需的阻力均速右向移動，在這一過程中求解所需的阻力F F，再求，再求解整個機(jī)構(gòu)反行程的效率，根據(jù)解整個機(jī)構(gòu)反行程的效率，根據(jù)00即可求得機(jī)構(gòu)自鎖的條即可求得機(jī)構(gòu)自鎖的條件。件。90+F-2FG13241.1.取滑塊取滑塊3 3為分離體進(jìn)行受力分析為分離體進(jìn)行受力分析31GFR13FR23FR129090-+2-+2-9090-(-)-(-)9090-FR13FR23G+FR13+ FR23 =02.2.取滑塊取滑塊2 2為分離