机械原理 作者 师忠秀 CH5.ppt

第 5 章 平面机构的力分析和机械的效率 §5-1 机构力分析的目的和方法 §5-2 机械中的摩擦及考虑摩擦时机构静力分析 1）矩形螺纹螺旋副中的摩擦 2）三角螺纹螺旋副中的摩擦 §5-4 机械的效率和自锁 §5-2 机械中的摩擦及考虑摩擦时机构静力分析 §5-3 平面机构的动态静力分析* §5-4 机械的效率和自锁 §5-1 机构力分析的目的和方法 在线教务辅导网： 教材其余课件及动画素材请查阅在线教务辅导网 QQ:349134187 或者直接输入下面地址： 【内容提示】：前面对机构进行运动分析时，不考虑力的作用，但实际上机器是在各种力的作用下工作的，机构的运动过程也是机构的传力过程，以使机器完成有用的机械功或转换机械能。作用在机械上的力，不仅影响机械的运动和动力性能，而且也是决定相应构件尺寸及结构形状的重要依据。本章研究平面连杆机构的力分析，并进而研究机械的效率和自锁问题。 【基本要求】：了解平面机构力分析的目的和不同方法；掌握Ⅱ级机构力分析的方法；了解机械中的摩擦、自锁和效率的概念，掌握机械效率的计算方法。 5.1.1 作用在机械上的力 5.1.2 机构力分析的目的 5.1.3 机构力分析的方法 机器是在各种力的作用下工作的，机构的运动过程也是机构的传力过程，以使机器完成有用的机械功或转换机械能。 5.1.1 作用在机械上的力 阻抗力 驱动力：功为正值，常称为驱动功或输入功 生产阻力: 有效功或输出功 有害阻力: 损耗功 作用在机械上的力，不仅影响机械的运动和动力性能，而且也是决定相应构件尺寸及结构形状等的重要依据。 5.1.2 机构力分析的目的 机构力分析的目的主要有两个方面： 1. 确定运动副中的反力。这些力的大小和性质对于机械零件的结构设计与强度计算，进行机械的摩擦与效率分析，确定机械运转所需的功率，都是极为重要且必需的资料。 2. 确定平衡力(矩) 。 平衡力(矩)是指为了使机械在已知外力作用下，原动件按预定规律运动所需外加的未知外力(矩)。在研究机械的调速、平衡等问题时，都需要先求机械的平衡力。 5.1.3 机构力分析的方法 静力分析—对于低速轻型机械 动态静力分析—对于高速及重型机械 5.2.1 运动副中的摩擦 5.2.2 考虑摩擦时机构的静力分析 移动副中的摩擦 （1） 平面摩擦 Q 滑块1与水平平面2构成移动副。在滑块1上作用有铅垂载荷Q，平面2对滑块1 产生有法向反力N21。当在滑块1上作用一水平推力F使之相对于平面2产生相对运动时，接触表面间即产生摩擦阻力Ff21。法向反力N21和和摩擦阻力 Ff21 合成为总反力R21。 2 1 v12 N21 5.2.1 运动副中的摩擦 j R21 Ff21 β F 对于两个构件组成的移动副，构件2对构件1的总反力R21总是与其相对速度v12成 角。 （1） 由楔形滑块在铅垂方向的平衡条件： （2） 槽面摩擦 1 2 构件1与构件2的接触面具有槽型角 。作用在滑块上的铅垂载荷为Q，槽的侧面对滑块的法向反力为N21 。 滑块在水平推力F作用下产生运动时： 令: 则: （2） 与式（1）具有相同形式 —称为槽面（楔面）摩擦的当量摩擦系数 一般 ，故 ，即楔面摩擦的摩擦力总是大于平面摩擦。此种现象称为槽面（楔面）效应。V带传动、三角螺纹联接都是槽面（楔面）效应的应用实例。 —称为槽面（楔面）摩擦的当量摩擦角 n n （3） 斜面摩擦 滑块等速上升： 如图所示，滑块1置于倾角为 的斜面2上，作用在滑块上的铅垂载荷为Q（包括滑块自重）。下面分析滑块沿斜面等速运动时所需的水平力F。 1 2 （3） 滑块等速上升所需水平推力为: n n 滑块等速下滑： 1 2 （4） 滑块等速下滑所需水平推力为: 注意：此时水平推力F为阻力，其作用是阻止滑块在铅垂力Q作用下加速下滑。当 时， ，表明只有当原工作阻力F反向作用在滑块上，即将工作阻力变成驱动力时，滑块才可以运动。 d1 d2 d 机械中的螺杆和螺母构成螺旋副，其接触面是螺旋面。图中，1为螺杆，2为螺母，螺旋副承受轴向Q，拧动螺杆或螺母，螺旋面之间将产生摩擦力。 1 2 Q F （4） 螺旋副中的摩擦 πd2 F v21 n n Q 1 2 R12 现若在螺母上加一力矩Ｍ，使螺母逆着Ｑ力等速向上运动（相对于拧紧螺母），则此时相当于在滑块上加一水平力Ｆ，使之沿斜面等速上滑。 F