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1、,图示机构中，已知驱动力矩M1和阻力F及摩擦圆半径，画出各运动副总反力的作用线。,FR41,v34,r, 4-4 考虑摩擦时机构的静力分析,在不考虑摩擦时，平面运动副中的反力的作用线、方向及大小未知要素如下：,移动副:沿导路法线方向，力作用点的位置及大小未知；,转动副:通过转动副中心，力大小及方向未知；,平面高副:沿高副两元素接触点的公法线上，仅大小未知。,解低副的力需2个力方程，解高副的力需1个力方程。, 4-5 不考虑摩擦时机构的动态静力分析,1.构件组的静定条件,根据每个构件可列独立力平衡方程数为3，一个低副需2个未知力方程，一个高副需1个未知力方程，则此构件组的静定条件为：,设由n个构
2、件与 pl个低副和 ph个高副组成的构件组，,1.构件组的静定条件,3n = 2pl + ph,平衡方程数,未知力方程数, 4-5 不考虑摩擦时机构的动态静力分析,静定条件:未知外力都能用静力学方法解出来的条件。,结论:基本杆组满足静力分析的静定条件。,已知：,1 ,1 ,JA, G2 , JS2, G3, Fr, F ; ; 求平衡力矩。,Mb ：平衡力矩；,G2,B,FR ：运动副约束反力。,MI1,2用图解法作机构的动态静力分析,Vc,A,解（1）速度分析（杆2）,B,C,2,1,3,4,4,1,1,2= vCB/l2,2,VB,VC,VB,vCB,vCB,速度多边形图,解（2）加速度分
3、析（杆2）,A,B,C,S2,1,1,加速度图,2,2,aB,aC,aB,aC,a2,解（3）施加惯性力、惯性力矩,MI1,S2,1,2,1,1,aC,2,3,4,G2,C,B,A,Mb,（4）杆组的动态静力分析,l2,（4）杆组的动态 静力分析,2)杆组的力平衡条件,3)曲柄的平衡条件,MI1 = JA 1,Mb = MI1 + FR12h,FR41 = - FR21,h,A,B,第五章 机械的效率及自锁,5-1 机械的效率,5-2 机械的自锁,Wr / Wd,5-1机械的效率(mechanical effeciency),机械在稳定运转阶段有:,比值Wr / Wd反映了驱动功的有效利用程度
4、，称为机械效率。,Wd= Wr+Wf,1Wf /Wd,(WdWf) /Wd,1. 机械效率的概念及意义,（1）机械效率的概念,作用在机械上的力所作的功分为以下三类：驱动功 Wd：驱动力作的功，相应的功率表示为Pd。有效功 Wr：工作阻力作的功，相应的功率表示为Pr。损失功 Wf：有害阻力作的功，相应的功率表示为Pf。,5-1机械的效率(mechanical effeciency),设计机械时，尽量减少摩擦损失，采取的措施有：,2)考虑运动副的润滑,3)合理选则运动副的材料,1)用滚动摩擦代替滑动摩擦,分析: 1，当Wf 增加时将导致下降。,Wr / Wd,1Wf /Wd,（1）机械效率的概念,
5、1,：机械损失率。,（2）机械效率的意义,机械效率反映了驱动功在机械中有效利用的程度，它是机械中的一个主要性能指标，由于摩擦损失是不可避免的，故必有0 和1。,降耗节能是国民经济可持续发展的重要任务之一。,5-1机械的效率(mechanical effeciency), Pr / Pd,2.机械效率的其它表示,5-1 机械的效率(mechanical effeciency),1Pf /Pd,Pd：驱动功率 Pr：有效功率Pf ：损失功率,(PdPf) /Pd,Pd Pr+Pf,(1)机械效率的功率表示,上式代入(1)得:F0 vF / (F vF) F0 / F (2),F0,G vG /(F
6、 vF),Pr / Pd,0Pr / Pd = G vG /(F0 vF),= 1,F:实际驱动力;对理想机械,有理想驱动力F0,(1),实际机械,理想机械,(2)式的含义：克服同样的阻抗力G，不考虑摩擦与 考虑摩擦时所需的驱动力之比。,驱动,输出,(2)机械效率的力表示,理想机械:没有摩擦的机械；理想驱动力:理想机械的驱动力;理想机械的效率 0=1。, M0 / M,F0 / F,由机械效率的力表示：,(3)机械效率的力矩表示,M0: 理想驱动力矩, 对应F0的驱动力矩。 M: 实际驱动力矩, 对应F的驱动力矩。,(3),因驱动力与驱动力矩成正比，所以有：,F0 / F,理想驱动力为 F0G
7、 tg ，,例1 斜面机构正行程效率 ,解: 已知正行程 F Gtg( ),因其正行程实际驱动力为 FGtg()，,F,G,FR21, +,G,F,FR21,V12,n,n,理想驱动力为 G0F/tg ，,例2 斜面机构反行程效率 ( ),解: 已知反行程 FGtg() ,F,G, -,G,F,V12,n,n,n,n,因其反行程实际驱动力 ，,G0 / G tg() /tg,故,GF/tg(),F G tg(+v）,+,G,F,FR21,+,(实际驱动力),:螺旋升角,:摩擦角,例3 求螺旋机构拧紧过程效率,G,F,FR21,F0/Ftg/ tg(v),d2,F0G tg,(理想驱动力),解:
8、,解:拧紧时实际驱动力矩为：,拧紧时理想驱动力矩为：,例3 求螺旋机构拧紧过程效率,M0 Gtg d2/2,d2,M F d2/2 G tg(+v) d2/2,-,G,F,FR21,-,FGtg(-v）,F : 阻抗力;,G: 实际驱动力。,例4 螺旋机构放松过程效率,(),G,F,FR21,:螺旋升角,:摩擦角,G = F/ tg( v ),G0/G tg(v )/ tg,理想驱动力为G0 ：,G0 =F/ tg,解:已知放松时 FGtg(v ),放松时实际驱动力为G，,例4 螺旋机构放松过程效率,(),表5-1 简单传动机械和运动副的效率,名称,传 动 形 式,效率值,备 注,带传动,平型
9、带传动 0.900.98,滑动轴承,球轴承 0.99 稀油润滑,滚子轴承 0.98 稀油润滑,滑动螺旋 0.300.80,滚动螺旋 0.850.95,V型带传动 0.940.96,套筒滚子链 0.96,无声链 0.97,链传动,平摩擦轮传动 0.850.92,摩擦轮传动,润滑良好,槽摩擦轮传动 0.880.90,0.94 润滑不良,0.97 润滑正常,0.99 液体润滑,滚动轴承,螺旋传动,表5-1 简单传动机械和运动副的效率 (续),3. 机组的机械效率计算,机组: 由若干个机器组成的机械系统。,当已知机组各台机器的机械效率时，则机组的总效率可由计算求得。,（1）串联机组,特点：前一机器的输
10、出功率即为后一机器的输入功率。,即串联机组总效率等于组成该机组的各个机器效率的连乘积。,结论：只要串联机组中任一机器的效率很低，就会使整个机组的效率极低；且串联机器数目越多，机械效率也越低。,(2)并联机组：特点是机组的输入功率为各机器输入功率之和，而输出功率为各机器输出功率之和。,总效率不仅与各机器的效率i有关，而且与传递的功率Pi有关。,设各机器中最高和最低的效率分别为max和min 则有：,P1,P2,Pk,1,2,k,min,max ,3.机组的机械效率计算,主要取决于传递功率最大的机器的效率 。,结论: 要提高并联机组的效率，应着重提高传动功率大的路线的效率。,输入功率,输出功率,P
11、d= Pd+Pd,（3）混联机组,混联机组的机械效率计算步骤为：,1）确定输入功至输出功的路线；,2）分别计算总的输入功率Pd 和总的输出功率Pr；,3）计算其总机械效率：,Pr /Pd,Pr：总的输出功率；,Pr= Pr+Pr,P1,P2,Pd3,1,2,3,3,4,4,Pd,Pr,Pd：总的输入功率;,1,2,Pd2,Pd2,Pd3,Pr,Pr,例1 设已知某机械传动装置的机构的效率和输出功率,求该机械传动装置的机械效率。,解:机构1、2、3及4 组成串联的部分；,5kW/(0.9820.962)5.649 kW,机构1、2、3 、4 组成另一串联的部分；,0.2kW/(0.9820.94
12、2)0.236kW,故该机械的总效率为：, Pr /Pd,(5+0.2)kW/(5.649+0.236)kW,=0.8836,Pd,Pr,=5kW,=0.2kW,1. 机械的自锁,5-2 机械的自锁,(1) 自锁现象,有些机构按自由度而言是可运动的，但由于摩擦的存在，却会出现无论驱动力如何增大, 也无法使机械运动的现象。,(2) 自锁意义,为使机械能实现预期的运动, 必须避免机械 在其运动方向上发生自锁；有些机械的工作需要具有自锁的特性。,(3) 自锁条件,机械发生自锁实质上是机械中的运动副发生的自锁。,2. 移动副自锁条件,摩擦角 。则，,有效水平分力：Ft=Fntg,最大摩擦力：Ffmax
13、= f Fn=Fntg,当时，有,FtFfmax,即当 时，无论驱动力F 如何增大，其有效分力Ft 总小于驱动力F 所引起的最大摩擦力Ffmax，因而总不能推动滑块运动，即发生自锁现象。,结论:移动副发生自锁的条件为：滑块上的驱动力作用在其摩擦角之内（即），则发生自锁。,设驱动力为F，,其传动角为，,FN21,F,3.转动副自锁条件,设驱动力为F，,力臂长为a,当F作用在摩擦圆之内时（即a ），则,即F 任意增大（a不变），也不能使轴颈转动，,即发生了自锁现象。,结论：转动副发生自锁的条件为：作用在轴颈上的驱动力为单力F，,且作用于摩擦圆之内，即a 。,摩擦圆半径为，,a,F(单驱动力),Mo
14、 = Fa Mf =FR =F ,FR=F,4.机械自锁条件的确定,(2)按阻抗力0的条件来确定,当机械发生自锁时，无论驱动力如何增大，机械不能运动；这时所能克服的阻抗力0。,(3)按阻抗力矩0 的条件来确定,作者：潘存云教授,所以可利用当驱动力任意增大时所能克服的阻抗力 0是否成立来判断机械是否自锁与确定自锁条件。,(1)根据定义判断自锁（移动副、转动副）,G,F,FR21,FGtg(-）,M Fd2/2 Gtg(-)d2/2,例1手摇螺旋千斤顶反行程(-)时的自锁,分析:反行程的驱动力为G, 阻抗力为F, 阻抗力矩为M,例1 手摇螺旋千斤顶反行程(-)时的自锁,要求其自锁，则 F0，即 t
15、g( ) 0,故此千斤顶的自锁条件为： ,反行程：,驱动力为G，,阻抗力为F，则，,解1：用所能克服的阻抗力0判断,FG tg(-）,FG tg(-）,例1 手摇螺旋千斤顶反行程(-)时的自锁,要求其自锁，则M0，即 tg( ) 0,反行程：,驱动力为G，,M Gd2tg( )/2,则,解2：用所能克服的阻抗力矩0判断,故此千斤顶的自锁条件为： ,（4）从效率0的条件来确定,当机械发生自锁时，无论驱动力如何增大，其驱动力所作的功 Wd 总是不足以克服其引起的最大损失功Wf ，即Wd总是小于Wf ,是否成立, 作为判断机械是否自锁的条件。,1Wf /Wd 0,故用,G,F,FR21,例2 手摇螺
16、旋千斤顶反行程(-)时的自锁,分析：反行程时的驱动力G，理想驱动力G0,解：其反行程的效率为:,令0，,则得此自锁条件为,作者：潘存云教授,例2 手摇螺旋千斤顶反行程(-)时的自锁,即：,例3：求手摇螺旋千斤顶反行程(-)的自锁摩擦角。,有自锁条件： tg(- ) 0,由, = 8.7,若取： f =0.15,例4 求图示斜面压榨机的自锁条件。,自锁要求: 在反行程驱动力作用下，机构不应运动。,确定自锁条件：,(2)按运动副发生自锁的条件来确定,(1)按阻抗力F0的条件来确定,G,大小： ？ ？ 方向： ,大小： ？ ？方向： ,由构件3的平衡条件：,由构件2的平衡条件：,解1：从阻抗力0的条
17、件来确定,1,1,在力多边形中，根据正弦定律得：,G = FR23 cos(-2)/cos,F = FR32 sin(-2)/cos,令 F 0得：,tg(-2)0,2,斜面压榨机自锁。,- 2 0,1,FR12,90+,F,FR12,FR32, 2,G,FR32,解2：从运动副发生自锁的条件来确定,移动副自锁条件,-,例5 图示钻夹具在F力夹紧，去掉F后要求不能松开，即反行程具有自锁性。,由此可求出夹具各参数的几何条件为：,s-s1,(1)分析：若总反力FR23穿过摩擦圆-发生自锁,转动副自锁条件,作者：潘存云教授,例5 图示钻夹具在F力夹紧，去掉F后要求不能松开，即反行程具有自锁性。,在直
18、角ABC中有：,在直角OEA中有：,反行程具有自锁条件为：,s-s1,esin(-)-( Dsin)/2,s =OE,s1 =AC,总反力FR23穿过摩擦圆发生自锁,其几何条件为:,=( Dsin) /2,=esin(),o,(2)求解,3,2,FR23,例6 图示为凸轮推杆的导轨的自锁问题。,l,L,F,解：凸轮推杆导轨的自锁问题，是解决导 轨长度满足什么条件不自锁。,由力平衡条件有，,FN1 = FN2,由A点力矩的平衡条件有，,FN1l = FL,A点不自锁的条件：,F Ff1 + Ff2 = 2f FN1 = 2f FL/l,故：,l 2f L,不自锁条件：,l 2f L,A,FN1
19、= FL/l,1 2f L/l,1）所谓机械具有自锁性, 是说当它所受的驱动力作用于其某处或按某方向作用时是自锁的，而在另外的情况下却是能够运动的。,2）判定机构是否会自锁和在什么条件下发生自锁 ,可根据具体情况，视方便运用分析驱动力是否作用于摩擦角之内、或驱动力所能克服的阻抗力等于小于零的方法来解决。,本章小结1：,根据不同的场合，应用不同的机械自锁判断条件：,令所克服的阻抗力 G0；,令机械效率 0；,驱动力落在,本章重点：,自锁的概念，求简单机械自锁的几何条件。,机械效率的计算方法；,摩擦锥之内；（移动副）,摩擦圆之内；（转动副）,本章小结2：,令所克服的阻抗力矩 MG0；,第八版：思考题：P82, 5-15-4；习题：P82,5-5, 5-8。,作 业,
