机械的效率和自锁

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1、第五章　机械的效率和自锁学习方法1.学习要求掌握移动副和转动副中摩擦力和总反作用力的分析确定简单机械的机械效率及自锁条件。2.学习的重点及难点移动副和转动副中的摩擦力螺旋副中的驱动力及机械效率的计算总反作用力的大小和方向的确定机械效率的计算机械的自锁现象和自锁条件的确定3.学习方法本章的基础章节是第四章平面机构的力分析。学习本章之前应该复习第四章的相关内容。四种效率的表达式，要弄清它们的推导前提和各自的应用场合。了解计算机械效率中涉及的基本概念。通过掌握串联与并联情况下的机械效率运算，灵活计算混联

2、情况下的机械效率计算。理解判断机械自锁的三种方法：直接判定，机械效率判定和生产阻力判定。研究机械摩擦的目的摩擦在机械中的影响：负作用：使机械的效率降低；使运动副元素受到磨损，因而降低零件的强度、机械的精度和工作寿命；使零件发热膨胀，将导致机械运转不灵活，甚至卡死，并使润滑情况恶化。积极作用：不少机械是利用摩擦来工作的。例如常见的带传动、摩擦离合器等本章研究的主要内容几种最常见的运动副中的摩擦的分析；机械效率的计算由于摩擦的存在而可能发生的所谓机械的“自锁”现象，以及自锁现象发生的条件等运动副中的摩

3、擦摩擦力的分类低副：滑动摩擦高副：滑动摩擦，滚动摩擦（由于滚动摩擦力远小于滑动摩擦力，所以一般只考虑滑动摩擦）摩擦力中的基本概念摩擦角滑块1和水平面2组成了一个滑动运动副。R21是F21和N21的矢量合力，也称为反作用力之合。R21和N21的夹角φ称为摩擦角。当量摩擦系数和当量摩擦角当构成移动副的两构件之间的接触面不是平面时，为了计算方便，引入了当量摩擦系数fv和当量摩擦角φv。引入这个概念后，我们就可以把形状复杂的接触面之间的摩擦问题，当作平面摩擦问题来处理，从而使计算过程简化。摩擦圆摩擦圆的半

4、径ρ=r*fρ=r*f总反力正反力N与摩擦力F的合力称为总反力R，即R=N+F移动副中的摩擦力摩擦力的大小摩擦力的大小与载荷和移动副的运动接触面有关：1．平面摩擦按库仑定律计算可以写为以下公式：2．槽面摩擦若令则可以改写为F21=fN21=fvQ3．半圆柱面摩擦设构件1的法向反力之数量和为N21’，矢量之合为N21，显然N21’>N21=Q。设N21’=kQ其中k=1~π/2。k为运动副中与接触面情况有关的系数。K的取值情况：点线接触1半圆周均匀接触π/2其余情况1~π/2F21=fN21’=fk

5、Q=fvQfv=fkfv:当量摩擦系数移动副中总反力等速上行：P=Q*tg（α+φ）注意图中用辅助线表明了受力分析图的角的关系。等速下滑：P=Q*tg（α-φ）当α<φ时P反向（因为摩擦力大于下滑力，要匀速下滑需借助一个外力驱动）。螺旋副中的摩擦：图中螺柱和螺母构成了运动副。螺母受轴向载荷Q，在转矩M的作用下向上运动。从考虑摩擦力的角度，这种运动可以等效为一个滑块受力P的牵引沿斜面向上运动。主要公式：M=Pd2/2。三角形（普通）螺纹副由于前述计算Q的公式是针对矩形螺纹的，所以计算三角（普通）螺纹

6、时引入了φv这个参数，将三角形（普通）螺纹里的摩擦角折算成了可以利用上述计算公式的一个当量摩擦角φv三角形（普通）螺纹螺旋副中的当量摩擦系数和当量摩擦角：fv=f/cosβφv=arstanfv转动副中的摩擦转动副中的产生摩擦的部位（以轴为例进行说明）轴颈摩擦由力的平衡条件可知总的反作用力R21与Q的方向相反大小相等。（注意：在这个例子中摩擦力是在力分析的平面内，所以总的反作用力是摩擦力和弹力的矢量合力。）Md=—MfMf=fv*Q*r=fv*R21*r令ρ=fv*rMf=R21*ρ反作用力方向的

7、确定1.总反作用力的方向与Q的方向相反2.总反作用力产生的转矩与驱动转矩的方向相反3．总反作用力与摩擦圆相切轴端摩擦：轴端摩擦的作用面是轴端和止推轴承的接触面。轴端的中心部分将承受很大的压强，所以一般轴端都制作成空心的轴端摩擦大小的计算：返回机械的效率主要概念：输入功：作用在机械上的驱动力所做的功（Wd）输出功：克服生产阻力所做的功（Wr）损失功：克服有害阻力所做的功（Wf）机械效率：输入功在机械中的有效利用程度（用η表示）理想机械：不存在摩擦的机械理想驱动力：在不存在摩擦的状态下需要的驱动力机组

8、：由多种机器按一定的方式组成机械效率的表示方法：1.用功的形式表达η=输出功（Wr）/输入功（Wd）=1-损失功（Wf）//输入功（Wd）2.用功率的形式表达：η=输出功率（Nr）/输入功率（Nd）=1-损失功率（Nf）/输入功率（Nd）3.用力矩的形式表达：η=M0（理想驱动力矩）/M（实际驱动力矩）4.用理想驱动力的表达方式：P为驱动力，Q为生产阻力所以输入功率为P*VP输出功率为Q*VQη=Q*VQ/P*VP在理想的状态下没有摩擦力克服同样的生产阻力需要驱动力P0η0=Q*V