机械原理机械原理第四章第四章 平面机构的力分析平面机构的力分析1 机构力分析的任务、目的和方法机构力分析的任务、目的和方法2 构件惯性力的确定构件惯性力的确定3 3 不考虑摩擦时机构力分析的方法不考虑摩擦时机构力分析的方法4 4 运动副中摩擦力的确定运动副中摩擦力的确定1 机械原理机械原理§4-1 机构力分析的任务、目的和方法机构力分析的任务、目的和方法1.1.作用在机械上的力作用在机械上的力（外力、惯性力、约束反力）（外力、惯性力、约束反力）3 3 重力重力 与作用点速度方向相反或成钝角的力；其功为与作用点速度方向相反或成钝角的力；其功为负功，称为阻抗功负功，称为阻抗功与作用点速度方向相同或成锐角的力；其功为与作用点速度方向相同或成锐角的力；其功为正功，称为驱动功或输入功正功，称为驱动功或输入功1 1 驱动力驱动力（一）外力（一）外力有效阻力有效阻力 其功为有效功或输出功其功为有效功或输出功（风扇空气阻力）（风扇空气阻力）；；有害阻力有害阻力 其功称为损失功，其功称为损失功，有些摩擦力或介质阻力有些摩擦力或介质阻力 重心上升，作负功，为阻力；重心上升，作负功，为阻力； 重心下降，作正功，为驱动力。
重心下降，作正功，为驱动力2 2 阻抗力阻抗力2 机械原理机械原理（（二）惯性力二）惯性力 由构件作变速运动产生，其方向与加速度方向相反由构件作变速运动产生，其方向与加速度方向相反 加速时，为阻力；减速时，为驱动力；加速时，为阻力；减速时，为驱动力；（三）约束反力（运动副反力）（三）约束反力（运动副反力） 对整机是内力，对单个构件是外力对整机是内力，对单个构件是外力 可分解为：可分解为： 法向反力法向反力——与接触面垂直与接触面垂直, , 不作功不作功; ; 切向反力切向反力——为摩擦力，作功为摩擦力，作功 * * 1.1.约束反力是在前两种力作用下产生的约束反力是在前两种力作用下产生的. . 2. 2.由惯性力引起的部分称由惯性力引起的部分称 “附加动压力附加动压力””. .3 机械原理机械原理2 2．机构力分析的任务、目的．机构力分析的任务、目的（（1 1）确定运动副中的反力）确定运动副中的反力（（2 2）确定平衡力及平衡力偶）确定平衡力及平衡力偶• 是两运动副元素间正压力与摩擦力的合力；是两运动副元素间正压力与摩擦力的合力；• 是构件强度、刚度计算的需要是构件强度、刚度计算的需要, ,是研究摩擦、磨损、是研究摩擦、磨损、机械效率、运转的需要机械效率、运转的需要。
使机构按给定运动规律运动需加在机械上的外力使机构按给定运动规律运动需加在机械上的外力( (矩矩).).设计新机械设计新机械------求主动力求主动力( (矩矩) )，即根据生产负荷确定原，即根据生产负荷确定原动机的功率；动机的功率；合理使用现有机械合理使用现有机械------求工作阻力，即按原动机功率确求工作阻力，即按原动机功率确定能克服的最大生产负荷定能克服的最大生产负荷§4-1 机构力分析的任务、目的和方法机构力分析的任务、目的和方法4 机械原理机械原理3.3.机构力分析的方法机构力分析的方法(1)(1)静力分析静力分析 即不计构件惯性力即不计构件惯性力( (inertial force ) )的机构力分析的机构力分析 对于低速轻型机械，因其惯性力小，故常略去不对于低速轻型机械，因其惯性力小，故常略去不计此时只需对机械作静力分析此时只需对机械作静力分析2)(2)动态静力分析动态静力分析 即将惯性力视为一般外力加于相应构件上，再按即将惯性力视为一般外力加于相应构件上，再按静力分析的方法进行分析静力分析的方法进行分析 方法有图解法和解析法两种 方法有图解法和解析法两种。
§4-1 机构力分析的任务、目的和方法机构力分析的任务、目的和方法5 机械原理机械原理§4-2 4-2 构件惯性力的确定构件惯性力的确定1 1．一般力学方法．一般力学方法（（1）作平面复合运动的构件（如连杆）作平面复合运动的构件（如连杆2））加在质心加在质心S2上的惯性力：上的惯性力：FI2＝－＝－m2aS2加在质心加在质心S2上的惯性力偶矩：上的惯性力偶矩：MI2＝－＝－JS2α2亦可简化为总惯性力亦可简化为总惯性力FI2′ lh2＝＝MI2/FI2ABC1234AB1S1m1JS1BC2S2m2JS2C3S3m3FI2MI2lh2aS2α2FI2′ 原理原理- -对于作平面复杂运动的构件，构件的惯性对于作平面复杂运动的构件，构件的惯性力可化为一个加在重心上的惯性力及一个惯性力可化为一个加在重心上的惯性力及一个惯性力偶：力偶：MS2(FI2)与α2方向相反 ′6 机械原理机械原理（（2）作平面移动的构件（如滑块）作平面移动的构件（如滑块3））作作变速移动时，则变速移动时，则FI3 ＝－＝－m3aS3（（3）绕定轴转动的构件（如曲柄）绕定轴转动的构件（如曲柄1））若若曲柄轴线不通过质心，则曲柄轴线不通过质心，则FI1＝－＝－m1aS1MI1＝－＝－JS1α1若其若其轴线通过质心，则轴线通过质心，则MI1＝－＝－JS1α1FI3 aS3C3AB1aS1S1α1FI1MI1质量代换法质量代换法( (自学自学) )§4-2 4-2 构件惯性力的确定构件惯性力的确定7 机械原理机械原理 是指设想把构件的质量按一定条件集中于构件上是指设想把构件的质量按一定条件集中于构件上某几个选定点上的假象集中质量来代替的方法。
某几个选定点上的假象集中质量来代替的方法2 2．质量代换法．质量代换法质量代换法质量代换法假想的集中质量称为假想的集中质量称为代换质量代换质量；；代换质量所在的位置称为代换质量所在的位置称为代换点代换点1）质量代换的参数条件）质量代换的参数条件 代换前后构件的质量不变；代换前后构件的质量不变； 代换前后构件的质心位置不变；代换前后构件的质心位置不变； 代换前后构件对质心轴的转动惯量不变代换前后构件对质心轴的转动惯量不变 这样便只需求各这样便只需求各集中质量的惯性力，而无需求惯性力偶矩，集中质量的惯性力，而无需求惯性力偶矩， 从而使构件惯性力的从而使构件惯性力的确定简化确定简化2）质量动代换）质量动代换即即同时满足上述三个条件的质量代换称为同时满足上述三个条件的质量代换称为动代换动代换8 机械原理机械原理 如连杆如连杆BC的分布质量可用集中在的分布质量可用集中在B、、K两点的集中质量两点的集中质量mB、、mK来代换。
来代换mB + mK＝＝ m2mB b＝＝ mK kmB b2＋＋mK k2＝＝JS 2 在工程中，一般选定在工程中，一般选定代换点代换点B的位置，则的位置，则k＝＝ JS 2 /(m2b)mB＝＝ m2k/(b+k)ABC123S1S2S3m2KbckmkmBmK＝＝ m2b/(b+k)代换后构件惯性力及惯性力偶矩不改变代换后构件惯性力及惯性力偶矩不改变代换点代换点K的位置不能随意选择，给工程计算带来不便的位置不能随意选择，给工程计算带来不便动动代换代换：：优点优点：：缺点缺点：：BCS2m2质量不变质量不变质心位置不变质心位置不变转动惯量不变转动惯量不变9 机械原理机械原理 构件的惯性力偶会产生一定的误差，但一般工程是构件的惯性力偶会产生一定的误差，但一般工程是可接受的可接受的3）质量静代换）质量静代换只满足前两个条件的质量代换称为只满足前两个条件的质量代换称为静代换静代换如如连杆连杆BC的分布质量可用的分布质量可用B、、C两点集中质量两点集中质量mB、、mC代换，则代换，则mB＝＝m2c/(b+c)mC＝＝m2b/(b+c)静代换静代换：：优缺点优缺点：：ABC123S1S2S3m2BCS2m2mBmC两个代换点的位置可两个代换点的位置可以任选以任选10 机械原理机械原理 §4-4 4-4 不考虑摩擦时机构的力分析不考虑摩擦时机构的力分析一一. .平面机构静定的条件平面机构静定的条件 在不考虑摩擦时，平面运动副中反力作用线的方向及大在不考虑摩擦时，平面运动副中反力作用线的方向及大小未知要素如下：小未知要素如下：转动副转动副 通过转动副中心，通过转动副中心，大小及方向未知；大小及方向未知；移动副移动副 沿导路法线方向，沿导路法线方向，作用点的位置及大小未知作用点的位置及大小未知；；平面高副平面高副沿高副两元素接触点的公法线上，仅沿高副两元素接触点的公法线上，仅大小未知大小未知。
11 机械原理机械原理设由设由n个构件和个构件和 pl个低副和个低副和ph个高副组成的构件组，个高副组成的构件组，则此构件组的静定条件为则此构件组的静定条件为 §4-4 4-4 不考虑摩擦时机构的力分析不考虑摩擦时机构的力分析一一. .平面机构静定的条件平面机构静定的条件平衡方程数平衡方程数 = = 待求力要素的个数待求力要素的个数1.1.平衡方程数平衡方程数平衡方程数平衡方程数 = = 3n 2.2.待求力要素的个数待求力要素的个数1) 1) 每一低副有每一低副有 2 2 个个待求力要素待求力要素2) 2) 每一高副有每一高副有 1 1 个个待求力要素待求力要素3) 3) 平衡力的个数平衡力的个数 m m3.3.静定条件静定条件12 机械原理机械原理二二. .不考虑摩擦时力分析实例不考虑摩擦时力分析实例( (解析法解析法) ) §4-3 4-3 不考虑摩擦时机构的力分析不考虑摩擦时机构的力分析游梁式抽油机游梁式抽油机13 机械原理机械原理14 机械原理机械原理满足静定条件满足静定条件15 机械原理机械原理★★9 9个待求未知力为个待求未知力为: :16 机械原理机械原理1. 对杆对杆12. 对杆对杆2(1)(2)(3)(4)(5)(6)17 机械原理机械原理3. 对杆对杆3(9)(8)(7)18 机械原理机械原理由由上述方程可解出上述方程可解出:19 机械原理机械原理§4-4 运动副中摩擦力的确定运动副中摩擦力的确定摩擦摩擦 是影响机器工作性能的重要物理现象。
是影响机器工作性能的重要物理现象摩擦导致：摩擦导致：1. 1. 磨损磨损 零件强度下降零件强度下降 寿命下降寿命下降 运动副间隙增大运动副间隙增大 传动传动精度下降精度下降 2. 2. 机械效率降低机械效率降低 3. 3. 发热发热 运动副间隙变小运动副间隙变小 卡死卡死措施：措施：滚动代替滑动、选用优质润滑油、选用耐磨材料滚动代替滑动、选用优质润滑油、选用耐磨材料… … 应用应用：： 皮带传动、摩擦轮皮带传动、摩擦轮传动、传动、摩擦离合器、制动器、夹具摩擦离合器、制动器、夹具……摩擦摩擦 是通过运动副对整个机器工作性能发生影响的是通过运动副对整个机器工作性能发生影响的20 机械原理机械原理§4-4 运动副中摩擦力的确定运动副中摩擦力的确定（（1 1））摩擦力的确定摩擦力的确定 移动副中滑块在力移动副中滑块在力F 的作用下右移时的作用下右移时, ,所受的摩擦力为所受的摩擦力为Ff21 = f FN21式中式中 f 为为 摩擦系数。
摩擦系数 FN21 的大小与摩擦面的几何形状有关：的大小与摩擦面的几何形状有关：1 1））平面接触平面接触: : FN21 = G ，，2 2））槽面接触槽面接触: : FN21= G / sinθ 1 1．移动副中摩擦力的确定．移动副中摩擦力的确定θθθθ1 12 2G GF FN21N21GFN21GFN212FN212Fv12* *在相同载荷及摩擦系数情况下在相同载荷及摩擦系数情况下, ,槽面摩擦大于平面摩擦槽面摩擦大于平面摩擦. .21 机械原理机械原理3 3））半圆柱面接触半圆柱面接触: :FN21= k G，（，（k = 1~π/2））摩擦力计算的通式摩擦力计算的通式: :FN21 = f NN21 = fvG 其中其中, , fv 称为称为当量摩擦系数当量摩擦系数, ,其取值为其取值为: :平面接触平面接触: : fv = f ；；槽面接触槽面接触: : fv = f /sinθ ；；半圆柱面接触半圆柱面接触: : fv = k f ，（，（k = 1~π/2） 说明说明 引入当量摩擦系数之后引入当量摩擦系数之后, , 使不同接触形状的移动副中使不同接触形状的移动副中的摩擦力计算和大小比较大为简化。
的摩擦力计算和大小比较大为简化 因而这也是工程中简化处因而这也是工程中简化处 理问题的一种重要方法理问题的一种重要方法G G当量摩擦角当量摩擦角22 机械原理机械原理 例例1.1.图示机床滑板的运动方向垂直于纸面经测定图示机床滑板的运动方向垂直于纸面经测定接触面间的滑动摩擦系数为接触面间的滑动摩擦系数为f=0.1f=0.1试求滑板的当量摩试求滑板的当量摩擦系数擦系数fv的大小 解：首先画出机床滑板接触面间解：首先画出机床滑板接触面间所受法向反力图所受法向反力图 然后由平面力系平衡条件可然后由平面力系平衡条件可列出三个力平衡方程式列出三个力平衡方程式ll写出总摩擦力关系式写出总摩擦力关系式当量摩擦系数当量摩擦系数 23 机械原理机械原理 称为称为摩擦角摩擦角，，（（2 2））总反力方向的确定总反力方向的确定 运动副中的法向反力与摩擦力运动副中的法向反力与摩擦力的合力的合力FR21 称为称为运动副中的总反力运动副中的总反力，，总反力与法向力之间的夹角总反力与法向力之间的夹角φφ，， 即即φ ＝＝ arctan f总反力方向的确定方法：总反力方向的确定方法：1 1））FR21偏斜于法向反力的角度摩擦角偏斜于法向反力的角度摩擦角φ ；；2 2））FR21偏斜的方向应与相对速度偏斜的方向应与相对速度v v1212的方向相反。
的方向相反拧紧：拧紧：M ＝＝ Gd2tan(α +φv)放松：放松：M′＝＝Gd2tan(α -φv)正行程：正行程：F＝＝ G tan(α +φ)反行程：反行程：F ＝＝ G tan(α - φ）） ′ FR21Ff21FN21FGv1212φ例例4-1 4-1 斜面机构斜面机构例例4-2 4-2 螺旋机构螺旋机构24 机械原理机械原理斜斜面面机机构构25 机械原理机械原理螺螺旋旋机机构构26 机械原理机械原理2 2．转动副中摩擦力的确定．转动副中摩擦力的确定(1) 轴轴颈颈的的摩摩擦擦27 机械原理机械原理结论：结论：只要轴颈相对轴承运动，轴承对轴只要轴颈相对轴承运动，轴承对轴颈的总反力颈的总反力FR21将始终切于摩擦圆，且与将始终切于摩擦圆，且与径向载荷径向载荷 G 大小相等，方向相反大小相等，方向相反 2 2．转动副中摩擦力的确定．转动副中摩擦力的确定(1)(1) 轴颈的摩擦轴颈的摩擦QN 以轴颈中心为圆心，以轴颈中心为圆心， 为半径作的为半径作的圆称为圆称为摩擦圆摩擦圆，， 为为摩擦圆半径摩擦圆半径Md 12QO12FR21F21N21 28 机械原理机械原理（（2 2）总反力方向的确定）总反力方向的确定1）根据力的平衡条件，确定不计摩擦时总反力的方向；）根据力的平衡条件，确定不计摩擦时总反力的方向；2）计摩擦时的总反力应与摩擦圆相切；）计摩擦时的总反力应与摩擦圆相切； 3）总反力）总反力FR21 对轴心之矩的方向必与轴颈对轴心之矩的方向必与轴颈1相对轴承相对轴承2的相对的相对角速度的方向相反。
角速度的方向相反2 2．转动副中摩擦力的确定．转动副中摩擦力的确定29 机械原理机械原理（（3 3）考虑摩擦时力分析）考虑摩擦时力分析 ① 在不考虑摩擦时，根据力的平衡条件，确定不计摩擦时的总反力的方向；FR21与载荷与载荷G大小相等，方向相反大小相等，方向相反；②计摩擦时的总反力应与摩擦圆相切；③ 轴承2对轴颈1的总反力FR21对轴颈中心之矩的方向必与轴颈1相对于轴承2的相对角速度ω12的方向相反12G12FR21G12FR21w1221G12FR21w122130 机械原理机械原理以以连杆连杆2为研究对象为研究对象例例1. 已知各摩擦圆及阻力矩已知各摩擦圆及阻力矩 (或阻力或阻力 ), 试画出反力试画出反力 的作用线的作用线.31 机械原理机械原理铰链四杆机构考虑摩擦时的受力分析铰链四杆机构考虑摩擦时的受力分析32 机械原理机械原理曲柄滑块机构考虑摩擦时的受力分析曲柄滑块机构考虑摩擦时的受力分析33 机械原理机械原理轴端接触面轴端接触面 当轴端当轴端1在止推轴承在止推轴承2上上旋转时，接触面间也将产生摩擦力。
旋转时，接触面间也将产生摩擦力2 2）） 轴端的摩擦轴端的摩擦取环形微面积取环形微面积 ds =2πρdρ，，设设 ds 上的压强上的压强p为常数，为常数，摩擦力摩擦力dFf = fdFN = fpds，，故其摩擦力矩故其摩擦力矩 dMf为为dMf = ρdFf = ρfpds轴用以承受轴向力的部分称为轴用以承受轴向力的部分称为轴端轴端 其摩擦力矩的大小确定如下：其摩擦力矩的大小确定如下：2r2RGMω12MfdρρrRω则其正压力则其正压力dFN = pds ，，34 机械原理机械原理 极极易压溃，故易压溃，故轴端常做成空心的轴端常做成空心的 而而较符合实际的假设是轴端与轴承接触面间处处等磨损，即近似符较符合实际的假设是轴端与轴承接触面间处处等磨损，即近似符合合 pρ＝常数的规律。
＝常数的规律 对于新制成的轴端和轴承，或很少相对运动的对于新制成的轴端和轴承，或很少相对运动的轴端和轴承，轴端和轴承，1））新轴端新轴端各接触面压强处处相等各接触面压强处处相等, 即即 p=G/[π (R2-r2)] = 常数常数2））跑合轴端跑合轴端 = fG(R+r)/2根据根据 pρ =常数的关系知，常数的关系知，在轴端中心部分的压强非常大，在轴端中心部分的压强非常大，Mf = fG(R3-r3)/(R2-r2),则则32轴端经过一定时间的工作后，称为轴端经过一定时间的工作后，称为跑合轴端跑合轴端此时轴端和轴承接触面各处的压强已不能再假定为处处相等此时轴端和轴承接触面各处的压强已不能再假定为处处相等Mf = 2πf∫r (pρ) ρdρR则则总摩擦力矩总摩擦力矩Mf为为 Mf =∫r ρ fpds = 2π f ∫r pρ 2dρR R35 机械原理机械原理运动副运动副接触形式接触形式摩擦力（矩）摩擦力（矩）当量摩擦系数当量摩擦系数移移动动副副平面接触平面接触槽面接触槽面接触圆柱面接触圆柱面接触矩形螺纹螺旋副矩形螺纹螺旋副 拧紧拧紧 放松放松三角形螺纹螺旋副三角形螺纹螺旋副 拧紧拧紧 放松放松转转动动副副轴颈轴颈轴端轴端新轴端新轴端跑合跑合轴端轴端运动副中的摩擦运动副中的摩擦36 机械原理机械原理 故有滚故有滚动摩擦力和滑动摩擦力；动摩擦力和滑动摩擦力；3 3．平面高副中摩擦力的确定．平面高副中摩擦力的确定 平面高副两元素之间的相对运动通常是滚动兼滑动，平面高副两元素之间的相对运动通常是滚动兼滑动， 因滚因滚动摩擦力一般较小，动摩擦力一般较小，平面高副中摩擦力的确定，平面高副中摩擦力的确定，其总反力方向的确定为：其总反力方向的确定为： 1）总反力）总反力FR21的方向与的方向与法向反力偏斜角度法向反力偏斜角度——摩擦角摩擦角φ；；2）偏斜方向应与构件）偏斜方向应与构件1 1相对构件相对构件2的相对速度的相对速度v12的方向相反。
的方向相反 机构力分机构力分析时通常只考虑滑动摩擦力析时通常只考虑滑动摩擦力通常是将总反力（摩擦力和法向反通常是将总反力（摩擦力和法向反力合成）来研究力合成）来研究ttnnV12ω12MfFf21FN21FR21φ37 机械原理机械原理§4-5 考虑摩擦时机构的受力分析考虑摩擦时机构的受力分析 考虑不考虑摩擦力考虑不考虑摩擦力的分析的分析的结果可能相差一个数量级，的结果可能相差一个数量级， 在考虑摩擦时进行机构力的分析，关键是确定运动副在考虑摩擦时进行机构力的分析，关键是确定运动副中总反力的方向，中总反力的方向， 就不难在考虑就不难在考虑摩擦的条件下对机构进行力的分析了，摩擦的条件下对机构进行力的分析了，小结小结而且一般都先从二力构件作起。
而且一般都先从二力构件作起此外，对冲床等设备的传动机构，此外，对冲床等设备的传动机构，掌握了对运动副中的摩擦进行分析的方法后，掌握了对运动副中的摩擦进行分析的方法后，前面已举例加以说明前面已举例加以说明 但有些情况下，运动副中总反力的方向不能直接定出，但有些情况下，运动副中总反力的方向不能直接定出， 因而因而无法解 在此情况下，可以采用逐次逼近的方法来确定在此情况下，可以采用逐次逼近的方法来确定 故对此类设备在作力的分析时必须计故对此类设备在作力的分析时必须计及摩擦铰链四杆机构考虑摩擦时的受力分析铰链四杆机构考虑摩擦时的受力分析曲柄滑块机构考虑摩擦时的受力分析曲柄滑块机构考虑摩擦时的受力分析38 机械原理机械原理1.机械效率机械效率：：（（mechanical efficiency））输出功输出功 Wr (delivery work )与输入功与输入功 Wd(input work)的比值Wf：损耗功：损耗功（（wasted work ））η反映了输入功在机械中的有效利用程度反映了输入功在机械中的有效利用程度用功率表示用功率表示一一. . 机械效率的定义机械效率的定义§5-1 机械的效率机械的效率常用机构及运动副的机械效率值见表常用机构及运动副的机械效率值见表5-15-1（（P69P69））39 机械原理机械原理二二. . 机械效率的计算机械效率的计算实际机械装置实际机械装置 η 机械装置机械装置vGvFF假定不存在摩擦，克服同样生假定不存在摩擦，克服同样生产阻力产阻力GG所需的驱动力为所需的驱动力为F F0 0（理想驱动力）（理想驱动力）机械效率等于不计摩擦时克服生产阻力所需的理想驱动机械效率等于不计摩擦时克服生产阻力所需的理想驱动力与实际所需的驱动力之比力与实际所需的驱动力之比40 机械原理机械原理用力矩表示用力矩表示η，有，有同样同样即即 η ＝＝理想驱动力矩理想驱动力矩实际驱动力矩实际驱动力矩＝＝理想驱动力理想驱动力实际驱动力实际驱动力机械效率也等于计摩擦时所能克服的生产阻力与不计摩机械效率也等于计摩擦时所能克服的生产阻力与不计摩擦时能克服的生产阻力之比。
擦时能克服的生产阻力之比41 机械原理机械原理三三. . 机组的机械效率计算机组的机械效率计算( (unit efficiency) )1 串联串联(connection in series)总机械效率为总机械效率为PrPdη ＝＝P1P2PdP1…PkPk-1＝＝＝＝ η1η2…ηk 1k2η1η2ηkPdPrP1P2P1P2Pk-1Pk-1Pk=PrØ 串联机组中任一机器的效率很低，则整个机组串联机组中任一机器的效率很低，则整个机组的效率极低；的效率极低；Ø 串联机器数目越多，机械效率也越低串联机器数目越多，机械效率也越低结论结论42 机械原理机械原理Ø 要提高并联机组的效率，应着重提高传动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功率大的路线的效率2 并联并联(connection in parallel)η ＝＝∑Pri∑PdiP1η1+P2η2+…+PkηkP1+P2+…+Pk＝＝结论结论12kη1η2ηkP1η1P2η2PkηkP1P2PkPd43 机械原理机械原理3 混联混联 设已知某机械传动装置的机构的效率和输出功率，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。
求该机械传动装置的机械效率解：解： 机构机构1、、2、、3′ 及及4′串联的部分串联的部分Pd＝＝Pr /(η1η2η3 η4 )′′′ ′＝＝5kW/(0.982×0.962)＝＝5.649 kW机构机构1、、2、、3" 、、4"及及5"串联的部分串联的部分＝＝0.2kW/(0.982×0.942×0.42)＝＝0.561kW故该机械的总效率为故该机械的总效率为η ＝＝ ∑Pr /∑Pd＝＝(5+0.2)kW/(5.649+0.561)kW=0.837Pd ＝＝Pr /(η1η2η3 η4 η5 ) """ " "=5kW0.980.980.960.960.940.940.42=0.2kW44 机械原理机械原理3. 混联混联(以实例说明以实例说明) 如图如图, , 求总效率及所需电机功率求总效率及所需电机功率. .45 机械原理机械原理§5-2 机械的自锁机械的自锁一一. . 机构的自锁机构的自锁 1 自锁现象自锁现象某些机构，就其机构而言是能够运动的，但由于摩擦的存在，某些机构，就其机构而言是能够运动的，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。
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 机构自锁的条件机构自锁的条件1 1）根据运动副的自锁条件判定机构是否自锁）根据运动副的自锁条件判定机构是否自锁* * 移动副的自锁条件为驱动力作用于摩擦角之内移动副的自锁条件为驱动力作用于摩擦角之内; ; 机械中某一运动副发生自锁则该机械也必发生自锁机械中某一运动副发生自锁则该机械也必发生自锁. .46 机械原理机械原理转动副转动副 当当F作用在摩作用在摩擦圆之内时（即擦圆之内时（即a≤ ρ），则），则F a ≤ =FR ρ =F ρ即即F 任意增大（任意增大（a不变），也不不变），也不能使轴颈转动，能使轴颈转动， ----自锁自锁* * 转动副发生自锁的条件为：作用在轴颈上的驱动转动副发生自锁的条件为：作用在轴颈上的驱动力为单力力为单力F F，，且作用于摩擦圆之内，即且作用于摩擦圆之内，即a a≤≤ρρ摩擦圆半径为摩擦圆半径为ρ，，FaρFR=F47 机械原理机械原理2.2.根据机械效率判断机械是否自锁根据机械效率判断机械是否自锁若若 , 将发生自锁将发生自锁. 此时此时假想滑块作位移假想滑块作位移 (虚位虚位移移)即即因而因而则则48 机械原理机械原理二、研究自锁的意义二、研究自锁的意义( (一一) )机构有两个行程机构有两个行程2. 2. 根据需要设计自锁机构并确定其自锁的程度根据需要设计自锁机构并确定其自锁的程度. .1. 1. 避免正行程自锁避免正行程自锁; ;( (二二) ) 研究的目的研究的目的* * 正反行程的效率匹配正反行程的效率匹配: : 1.1.正行程正行程2.2.反行程反行程 49 机械原理机械原理三、计算实例三、计算实例GFFR21V121.斜面机构的效率和自锁1） 滑块沿斜面等速上行驱动力 效率效率得 = 45°– /2 时，效率最高当摩擦角不变时，效率是升角a的函数。
由由50 机械原理机械原理GF’FR21 V12F’GFR21´–φ2 ) 滑块沿斜面等速下行力分析实际生产阻力 效率不计摩擦时51 机械原理机械原理2. 螺旋机构的效率拧紧时拧紧时η＝＝ tanα/ tan(α＋＋φv)放松时放松时 η’＝＝ tan(α－－φv)/ tanα 由于由于 故故3. 自锁螺旋自锁螺旋( )正行程的效正行程的效率率52 机械原理机械原理问题问题: 在相同条件下，三角形螺纹联接的摩擦在相同条件下，三角形螺纹联接的摩擦力矩与矩形螺纹联接的摩擦力矩哪个大些？哪力矩与矩形螺纹联接的摩擦力矩哪个大些？哪一种更适于用在紧固联接一种更适于用在紧固联接? ?矩形螺纹矩形螺纹三角形螺纹三角形螺纹Φv=φ=arctan fφv =arctanfv = arctan(f/cosβ)问题问题: 从效率观点来看，机械的自锁条件是从效率观点来看，机械的自锁条件是__________，对于反行程自锁的机构，其正行程机械，对于反行程自锁的机构，其正行程机械效率一般小于效率一般小于___________.___________.53 机械原理机械原理54 机械原理机械原理55 机械原理机械原理56 机械原理机械原理1. 1. 摩擦离合器摩擦离合器摩擦在机械中的应用摩擦在机械中的应用 主动轴靠近从动轴并紧密接主动轴靠近从动轴并紧密接触，两盘间的摩擦力带动从触，两盘间的摩擦力带动从动轴转动。
动轴转动2. 2. 摩擦制动器摩擦制动器3. 3. 摩擦连结摩擦连结刹车时，刹车片靠紧钢片，刹车时，刹车片靠紧钢片，摩擦力使钢片停下来摩擦力使钢片停下来顶尖柄撞入顶尖座后，由于顶尖柄撞入顶尖座后，由于顶尖柄存在小锥度，在顶尖顶尖柄存在小锥度，在顶尖柄和顶尖座之间产生摩擦力，柄和顶尖座之间产生摩擦力，锁紧顶尖锁紧顶尖57 机械原理机械原理本章重点难点：本章的重点本章的重点: :1)1)物体所受总反力方向的确定物体所受总反力方向的确定2)2)移动副、转动副中摩擦问题的分析方法移动副、转动副中摩擦问题的分析方法3)3)自锁现象和自锁条件的判断自锁现象和自锁条件的判断本章的难点本章的难点: : 关于自锁条件的判断关于自锁条件的判断58 机械原理机械原理 内容总结u概述u运动副中的摩擦和计及摩擦时的力分析重重 点点 运动副摩擦分析及其在简单机构力分析中的应用；机械效率以及自锁条件59 机械原理机械原理R12R32R12R32R12R3260 机械原理机械原理R12R21R32R31Фω2361 。