機械的傳動效率ppt課件

1、Theory of Machines and Mechanisms主講主講: :王王 君君 玲玲工程學院機械設計教研室工程學院機械設計教研室10 機械的傳動效率1機械的傳動效率；2運動副的摩擦分析；3機械的自鎖現(xiàn)象及自鎖條件；4摩擦的利用；5提高機械效率的途徑。 教學目標教學目標10 機械的傳動效率1機械傳動效率的計算；2運動副中總反力的確定；3機械的自鎖現(xiàn)象及自鎖條件；本章重點本章重點10.1 機械的傳動效率10.1.1 機械效率的定義及其表達式驅動力生產(chǎn)阻力有害阻力輸入功Wd輸出功Wr損耗功WfdfdrWWWW1機械效率：1機械效率表達形式：機械效率表達形式： 功的形式： 功率的形式： 力

2、的形式： 力矩的形式：dfdrWWWW1dfdrpppp100QQFF 00QQFFMMMMFQdrFQpP理想情況：理想情況：實際驅動力理想驅動力FFFFFF0010FQFQ理想情況：理想情況：理想生產(chǎn)阻力實際生產(chǎn)阻力00QQQQQQ10FQQF例10-1 計算斜面的效率正行程：)tan(QF)tan(tan)tan(tan0QQFF反行程：)tan(QFtan)tan(0FF10.1.2 組合機構的效率（1串聯(lián)串聯(lián)dkPPk 321123121 kkdPPPPPPPP),min(321mink min（2并聯(lián)并聯(lián)kdPPPp 21 krPPPp21 kkkdrPPPPPPPP 212211

3、kkPPP 2211（2并聯(lián)并聯(lián)kkkdrPPPPPPPP 212211),min(321mink k 321若：),max(321maxk maxmink 321則：（3 3復合機構復合機構可先將輸入功至輸出功的路線弄清，然后分別按各部分的組合方式，參照上面兩種計算方法推倒出總機械效率的計算公式。10.2 運動副中的摩擦運動副中的摩擦運動副中的摩擦滾動摩擦高副）滾動摩擦高副）摩擦小摩擦小三種情況，即平面摩擦、三種情況，即平面摩擦、10.2.1 10.2.1 移動副的摩擦移動副的摩擦滑動摩擦低副）滑動摩擦低副）移動副移動副螺旋副螺旋副轉動副轉動副21v12vv2圓柱面摩擦。圓柱面摩擦。槽面摩擦

4、、槽面摩擦、QN21)(大大小小2121fNF滑塊滑塊1 1的總反力的總反力212121FNRfarctan 1 1、總反力、總反力R21R21的方向恒與相對運動速度方向成的方向恒與相對運動速度方向成9090+ + ），），與接觸面公法線成與接觸面公法線成。 2 2、當移動副的幾何形狀改變時，會改變、當移動副的幾何形狀改變時，會改變N21N21的大小，產(chǎn)生的大小，產(chǎn)生較平面摩擦大的摩擦力。較平面摩擦大的摩擦力。摩擦角摩擦角總反力總反力 R21法向反力法向反力N21摩擦力，與摩擦力，與v12反向。反向。F212V12水平力水平力P鉛垂載荷鉛垂載荷Q1P P 第四章 運動副中的摩擦和機械效率10.

5、2.1.1 平面移動副的摩擦平面移動副的摩擦楔形滑塊楔形滑塊槽形角槽形角2QN sin2221 sinQN21VfQfQfNF sin2121當量摩擦系數(shù)當量摩擦系數(shù) sinffV當量摩擦角當量摩擦角VVfarctan結論：結論： fVf, 常用槽面摩擦力大于平面摩擦力。常用槽面摩擦力大于平面摩擦力。第四章 運動副中的摩擦和機械效率 槽面移動副的摩擦槽面移動副的摩擦總反力總反力R21總與相對速度總與相對速度v12成成 90+jv 角角 。 槽面移動副的摩擦槽面移動副的摩擦QfFv21kQfF21kffv21k總反力總反力R21

6、總與相對速度總與相對速度v12成成 90+jv 角角 。10.2.2 螺旋副中的摩擦螺旋副中的摩擦 下面就矩形螺紋螺旋副和銳角螺紋螺下面就矩形螺紋螺旋副和銳角螺紋螺旋副中的摩擦進行研究。旋副中的摩擦進行研究。研究螺旋副中的摩擦時研究螺旋副中的摩擦時,通常通常假設螺旋與螺母之間的作用力假設螺旋與螺母之間的作用力Q集中在中徑為集中在中徑為d2 的螺旋線上。的螺旋線上。10.2.2 螺旋副中的摩擦螺旋副中的摩擦)tan(QF)tan(2222QddFM)tan(tan0FF銳角螺紋摩擦分析銳角螺紋摩擦分析)tan(22vQdMcosarctanfv10.2.3 10.2.3 轉動副中的摩擦轉動副中的

7、摩擦 轉動副在各種機械中應用很廣轉動副在各種機械中應用很廣, ,常見的有軸和軸承以及各常見的有軸和軸承以及各種鉸鏈。轉動副可按載荷作用情況的不同分成種鉸鏈。轉動副可按載荷作用情況的不同分成: :載荷垂直載荷垂直于軸的幾于軸的幾何軸線何軸線 載荷沿軸的載荷沿軸的軸線方向軸線方向第四章 運動副中的摩擦和機械效率QNMd 12QO12R21F21N21 靜止靜止 （1 1徑向軸頸的摩擦徑向軸頸的摩擦 軸頸在驅動力矩的作用下，在軸承中等速回軸頸在驅動力矩的作用下，在軸承中等速回轉。轉。 1 1摩擦阻力矩摩擦阻力矩rfQrFMVf21驅動力矩：驅動力矩： QRMd211總反力總反力R21恒切于摩擦圓。恒

8、切于摩擦圓。2R21與與Q等值反向，組成力偶，等值反向，組成力偶，其力偶矩與其力偶矩與Md等值反向。等值反向。第四章 運動副中的摩擦和機械效率rfv摩擦圓半徑：摩擦圓半徑：總反力的確定：總反力的確定：R21軸承軸承2對軸頸對軸頸1的總反力；的總反力；12Q12R21Q12R21121221Q12R21121221轉動副總反力方位線的確定：轉動副總反力方位線的確定：自鎖 第四章 運動副中的摩擦和機械效率運動副中的摩擦（2軸端摩擦軸端摩擦RrRrfffpddMM22非跑合軸端非跑合軸端 p=常數(shù)常數(shù)223332rRrRQfMf跑合軸端跑合軸端pr =常數(shù)常數(shù)fQrRdrRQfMRrf2)(10.2

9、.4 平面高副中的摩擦平面高副中的摩擦常常只考慮滑動摩擦，忽略滾動摩擦，其滑動摩擦力及總反力的確定方法與平面移動副的分析相同。 例：例：若不計各構件的重力和若不計各構件的重力和慣性力，試分析在圖示慣性力，試分析在圖示位置時作用在連桿位置時作用在連桿2 2上的上的力的位置與方向。力的位置與方向。各回轉副摩擦圓半徑均為各回轉副摩擦圓半徑均為曲柄滑塊機構中曲柄滑塊機構中原動件曲柄原動件曲柄1 1驅動力矩為驅動力矩為MdMd作用于滑塊作用于滑塊3 3上上生產(chǎn)阻力為生產(chǎn)阻力為P P第四章 運動副中的摩擦和機械效率運動副中的摩擦1 1在不計摩擦時，各轉動副中的作用力應通過軸頸中心在不計摩擦時，各轉動副中的

10、作用力應通過軸頸中心 構件構件 2 2為二力桿為二力桿此二力大小相等、方向相反、作用在同一此二力大小相等、方向相反、作用在同一條直線上，作用線與軸頸條直線上，作用線與軸頸A A、B B的中心連線重合。的中心連線重合。分析：分析：由機構的運動情況由機構的運動情況連桿連桿2 2 受拉力。受拉力。二力桿二力桿( (受拉受拉) )第四章 運動副中的摩擦和機械效率運動副中的摩擦2 2當計及摩擦時，作用力應切于摩擦圓。當計及摩擦時，作用力應切于摩擦圓。分析：分析：轉動副轉動副A A處：構件處：構件2 2、1 1之間的夾角之間的夾角 逐漸減小逐漸減小w21w21為順時針方向為順時針方向2 2受拉力受拉力作用

11、力作用力R12R12切于摩擦圓上方。切于摩擦圓上方。在轉動副在轉動副B B處：構件處：構件2 2、3 3之間的夾角逐漸增大之間的夾角逐漸增大w23w23為順時針方向。為順時針方向。R32R32切于摩擦圓下方。切于摩擦圓下方。構件構件2 2在在R12 R12 、R32R32二力個作用下平衡二力個作用下平衡 R12 R12和和R32R32共線共線 作用線切于作用線切于A A 處摩擦圓上方和處摩擦圓上方和B B處摩擦圓的下方。處摩擦圓的下方。R32R12 21 23第四章 運動副中的摩擦和機械效率運動副中的摩擦R21R41R12R32R23R43PR43R23 第四章 運動副中的摩擦和機械效率運動副

12、中的摩擦 1 1 2 23 3 4 4 考慮摩擦時的受力分析考慮摩擦時的受力分析 不考慮摩擦不考慮摩擦R12 R12 R32R32R12 R12 R32 R32 M1 M1 M3 M3 M1 M1 R21 R21 R41 R41 R41 R41 R23 R23 R43 R43 R43 R43 M3 M3 力的方向力的方向力的切點力的切點機構力分析 第四章 運動副中的摩擦和機械效率運動副中的摩擦10.3 10.3 機械的自鎖條件機械的自鎖條件 機械自鎖的概念：機械自鎖的概念：在實際機械中，由于摩擦的存在以及驅在實際機械中，由于摩擦的存在以及驅動力作用方向的問題，有時會出現(xiàn)無論驅動力動力作用方向的

13、問題，有時會出現(xiàn)無論驅動力如何增大，機械都無法運轉的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象如何增大，機械都無法運轉的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為機械的自鎖。稱為機械的自鎖。 一個機械是否會發(fā)生自鎖，可以通過分析組成機械一個機械是否會發(fā)生自鎖，可以通過分析組成機械的各個環(huán)節(jié)的自鎖情況來判斷。若一個機械的某個環(huán)節(jié)的各個環(huán)節(jié)的自鎖情況來判斷。若一個機械的某個環(huán)節(jié)發(fā)生自鎖發(fā)生自鎖, ,則該機械必發(fā)生自鎖。則該機械必發(fā)生自鎖。也可借機械效率的計算式來判斷機械是否自鎖也可借機械效率的計算式來判斷機械是否自鎖和分析自鎖產(chǎn)生的條件。和分析自鎖產(chǎn)生的條件。（1從受力的角度分析機械自鎖條件從受力的角度分析機械自鎖條件 e 將將Q Q與與MdMd合

14、并得合并得R2121 12Q eR2121 12Q eR2121 12Q e1 1當當ee時，時，Md Mf Md Mf 有輸出功有輸出功 2 2當當e=e=時，時，Md=Mf Md=Mf 保持平衡，原轉動保持平衡，原轉動仍勻速轉動；原靜止仍勻速轉動；原靜止仍靜仍靜止止3 3當當ee時，時，Md Mf Md Mf 輸入功不足輸入功不足 結論：結論： 轉動副單力作用時當轉動副單力作用時當 e e 時，不論時，不論Q Q多大，也無多大，也無法使軸轉動法使軸轉動 自鎖自鎖NMd12QO12R21F21N21第四章 運動副中的摩擦和機械效率運動副中的摩擦（2從效率角度分析機械自鎖條件 自鎖時dfWW

15、01dfdrWWWW所以此時的此時的h已失去一般效率的意義，它已失去一般效率的意義，它只表示機械的自鎖程度。只表示機械的自鎖程度。 例例10-2 求該機構正反行程的效率及反行程求該機構正反行程的效率及反行程的自鎖條件。的自鎖條件。)2tan( QF)2sin90sin(32（）FR)290sin90sin(32（）QR)2tan(tan)2tan(tan0QQFF0正行程效率：反行程：)2tan(QFtan)2tan(tan)2tan(0QQFF自鎖時：2所以反行程自鎖條件：潘存云教授潘存云教授1DA3O2BODA123應用實例：圖示鉆夾具在應用實例：圖示鉆夾具在F F力夾緊，去掉力夾緊，去掉

16、F F后要求不能松開，即后要求不能松開，即反行程具有自鎖性。分析其幾何條件。反行程具有自鎖性。分析其幾何條件。在直角在直角ABCABC中有：中有：在直角在直角OEAOEA中有：中有： 反行程具有自鎖條件為：反行程具有自鎖條件為：s-s1 s-s1 esin(esin()(Dsin)/2 (Dsin)/2 s =OEs =OEs1 =AC s1 =AC e分析：若總反力分析：若總反力R23R23穿過摩擦圓穿過摩擦圓發(fā)生自鎖發(fā)生自鎖=(Dsin) /2 =(Dsin) /2 =esin(=esin() ) -FR23Bss1EEOACBC第四章 運動副中的摩擦和機械效率運動副中的摩擦例：已知尺寸，滑塊楔角例：已知尺寸，滑塊楔角，摩擦系數(shù)，摩擦系數(shù) f f ，回轉副摩擦圓直徑。不計重量，求驅動力回轉副摩擦圓直徑。不計重量，求驅動力P P R51 R51 R21 R21 R12 R12 R52 R52 R32 R32 ？ R54 R54 R34 R34 R23 R23 R32 R32 R43 R43 90+90+ 90-90-90-(90-( + + ) ) 機械的效率和自鎖 第四章 運動副中的摩擦和機械效率運動副中的摩擦10.4 摩擦在機械中的應用 （