运动副中的摩擦和机械效率

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1、第5章运动副中的摩擦和机械效率5.1概述1.摩擦存在于一切作相对运动或具有相对运动趋势的两个直接接触的物体表面之间。2.摩擦的两重性：有害性：消耗输入功，降低效率；使零件磨损，强度降低，影响机械工作的精度和可靠性；造成机械温度升高，破坏润滑条件，导致运动副咬紧或卡死。有利性：利用摩擦传递机械的运动和动能；利用摩擦进行机械的制动。3.摩擦、效率和自锁摩擦效率机械自锁5.2移动副中的摩擦5.2.1水平面平滑块的摩擦FFyFxFfRnRBA驱动力F切向力:Fx=Fsina法向力:Fy=Fcosa总反力R法向反力:Rn=Rcos摩擦力:Ff=RsinFf=fRntg

2、=Ff/Rn=f称为摩擦角:R与Rn之间的夹角结论:(1)摩擦角的大小由摩擦系数决定,与驱动力的大小和方向无关;(2)总反力R与滑块运动方向总是成90°+角90°+Rn=Fy=FcosaFx=Fsina=Fftga/tg结论:(1)a>,Fx>Ff:滑块加速运动;(2)a=,Fx=Ff:滑块等速运动或保持静止状态;(3)a<,Fx

3、内或在摩擦锥上，滑块维持原静止状态发生自锁5.2.2斜面平滑块的摩擦+1.滑块等速上升结论：等速上升时的自锁条件：2.滑块等速下降-结论：等速下降时的自锁条件：5.2.3楔形滑块的摩擦当量摩擦系数:把楔形滑块视为平滑块时的摩擦系数当量摩擦角利用楔形增大所需的摩擦力螺纹的形成:d2螺旋线----一动点在一圆柱体的表面上，一边绕轴线等速旋转，同时沿轴向作等速移动的轨迹。螺纹----一平面图形沿螺旋线运动，运动时保持该图形通过圆柱体的轴线，就得到螺纹。螺纹5.2螺旋副中的摩擦螺纹的牙型矩形螺纹三角形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹15º30º3º30º外螺纹内螺

4、纹内外螺纹相互旋合构成螺旋副假定:螺钉与螺母间的压力作用在螺旋平均半径r0(直径d0)的螺旋线上;螺旋副中力的作用(a)与滑块和斜面间力的作用(b)相同.5.3.1矩形螺纹1.螺母沿螺旋面等速上升2.螺母沿螺旋面等速下降≤自锁,单凭载荷Q螺母不能自动松开5.3.2非矩形螺纹非矩形螺纹和矩形螺纹的的区别在于螺纹间接触面的几何形状不同,三角形螺纹可看成楔形滑块沿斜槽面的运动.斜槽间的夹角:2=2(90-)拧紧螺母力矩:松开螺母力矩:≤自锁结论:>,非矩形螺纹摩擦大,自锁性好,用于联接;矩形螺纹摩擦小,效率高用于传动.5.4转动副中的摩擦径向轴颈与轴承

5、止推轴颈与轴承5.4.1径向轴颈与轴承平衡条件:f:当量摩擦系数,取决于摩擦表面的状态、材料和工作条件等，由实验决定。r:轴颈的半径5.4.2摩擦圆以轴颈O为圆心，为半径所做的圆为摩擦圆结论：R21与摩擦圆相切,所形成的Mf与w12方向相反,与Q等值反向。Q和MQ’=Q轴颈等速转动或静止不动轴颈加速转动轴颈减速转动至静止不动或保持静止不动状态为转动副的自锁条件212314R12R21R23R32R41BACF4321QR43FR43R23R21QR41R232BACR212B′B〞例:图示曲柄滑块机构机构:已知各构件尺寸,各转动副半径及其当量摩擦系数,

6、以及滑块与导路间的摩擦系数.机构在已知驱动力F的作用下运动,不计各构件的自重和惯性力,求在图示位置作用在曲柄上沿已知作用线的生产阻力Q,并讨论机构的自锁问题.解:1.计算,绘制摩擦圆2.分析构件2的受力,确定21,23,14的转向以及R12,R32的受力方向.3.分析滑块3的受力,确定以R43,R23的受力方向.作力三角形,求出R43,R23的大小4.分析曲柄1的受力,作力三角形,求出Q的大小5.机构自锁问题:曲柄位于2范围内自琐例:图示偏心夹具中,已知偏心圆1的半径r1=60mm,轴颈A的半径rA=15mm,偏心距e=40mm,轴颈的当量摩擦系数fv=0.

7、2,圆盘1与工件2的摩擦系数f=0.14,求不加力F时机构自锁的最大楔角.解:轴颈A的摩擦圆半径:构件1和2间的摩擦角:机构自锁条件:最大楔角为:FArA21R21-R1Aer1RA15.5机械的效率效率的功用：衡量机械对能量的有效利用程度，是机械的重要质量指标之一；判别机械是否发生自锁。机械上的力驱动力生产阻力有害阻力输入功Wd输出功Wr损耗功Wf5.5.1机械效率的表达形式1.效率的定义机械在稳定运动的一个运动循环中，输入功等于输出功与损耗功之和Wd=Wr+Wf效率：2.效率的其它表示方法（1）功率表示法（2）力和力矩表示法理想机械（