机械原理第十二章 机械中的摩擦和机械效率
学习简单机械的机械效率
学习简单机械的机械效率机械效率是指在机械工作中所能发挥的功率与输入的功率之比，也可以理解为机械装置将输入的能量转化为有用功的能力。
学习简单机械的机械效率对于理解机械原理以及提高工作效率都具有重要意义。
本文将探讨学习简单机械的机械效率以及如何提升机械效率的方法。
一、机械效率的定义和计算方法机械效率通常用η 表示，机械效率的计算公式如下所示：η = 有用输出功 / 输入功 × 100%其中，有用输出功是指机械装置所产生的实际有用功，输入功是指机械装置所接受的总输入功。
二、影响机械效率的因素1. 摩擦损耗：在机械运转中，由于物体间的接触而产生的摩擦力会损耗一部分能量，导致机械效率降低。
减小摩擦损耗的方法包括润滑、改善材料表面质量、减小表面粗糙度等。
2. 能量传递损失：在能量传递过程中，由于能量的转化和传输过程中损耗了一部分能量，也会导致机械效率的下降。
减小能量传递损失可以通过改善传动装置、提高材料的强度和刚度等方式来实现。
3. 内部能量损失：机械装置内部的零件运动过程中，由于摩擦和振动等原因，会产生内部能量损耗，进而降低机械效率。
减小内部能量损失可以通过优化设计、合理的材料选择和精确的加工工艺等方式来实现。
三、提高机械效率的方法1. 优化设计：在机械装置的设计过程中，合理设置齿轮齿数、曲轴的几何参数以及运动参数等，能够最大程度地提升机械效率。
2. 使用高效材料：选择高强度、低摩擦系数、良好抗磨损性和导热性的材料，能够降低能量损耗，提高机械效率。
3. 加强润滑：适当的润滑可以减小物体间的摩擦力，降低能量损耗。
选择合适的润滑剂和润滑方式，确保机械装置的正常运行。
4. 定期维护：定期进行机械装置的维护和保养，保持机械装置的良好状态，能够有效提升机械效率，并延长机械的使用寿命。
5. 运行条件的合理选择：合理选择机械装置的运行条件，包括温度、湿度、速度等因素的控制，能够减小能量损耗，提高机械效率。
综上所述，学习简单机械的机械效率对于了解机械原理、提高工作效率以及降低能量损耗都具有重要意义。
机械原理第十二章课后答案
第12章其他常用机构12-1棘轮机构除常用来实现间歇运动的功能外，还常用来实现什么功能？答：棘轮机构除了常用的间歇运动功能外，还能实现制动、进给、转位、分度、趙越运动等功能。
12-2某牛头刨床送进丝杠的导程为6mm,要求设计一棘轮机构，使每次送进呈可在0.2〜之间作有 级调整(共6级)。
设棘轮机构的棘爪由一曲柄摇杆机构的摇杆来推动，试绘出机构运动简图，并作必姜的计算 和说明。
解：牛头刨床送进机构的运动简图如图12-1所示，牛头刨床的横向进给是通过齿轮1、2,曲衲摇杆机构2、 3、4,練轮机构4、5、7来使与棘轮固连的丝杠6作间歇转动，从而使牛头刨床工作台实现横向间接进给。
通过 改变曲柄长度刃的大小可以改变进给的大小。
当棘爪7处于图示状态时，棘轮5沿逆时针方向作间歇进给运 动。
若将棘爪7拔出绕自身轴线转180°后再放下•由于棘爪工作面的改变.棘轮将改为沿顺时针方向间接进给。
G=^X360° = 12°O棘轮的齿数为360° 360° “0 12°设牛头刨床横向进给的初始位置如图12-1 (a)所示，则曲柄摇杆机构0。
2皿的极限位置为初始位置左右 转0/2,其中0为摇杆的摆角，极限位置如图12-1 (b)所示。
半-次进给量为0.2mm 时，帀为虽短，即得棘轮最小转角.2久 2穴 rac0 =〒仏二石".2 = 72。
每次送进量的调整方法：① 采用隐蔽棘轮罩来实现送进駅的调格：② 通过改变棘爪摆角來实现送进就的调整。
当一次进给虽为\.2tnm 时 即得棘轮最人转角当进给最为0.2/n/n 时，棘轮每次转过的角度为=—x0.2 = 6图(a)中所示，三个楝爪尖在練轮齿圈上的位置相互磅个齿風图(b)中所示，三个棘爪尖在練轮齿圈上的位買相互差I个齿距。
(a) (b)图12-212-4当电钟电压不足时，为什么步进式电钟的秒针只在原地震荡，而不能作整周回转？答：如图12-3所示为用于电钟的棘轮机构。
机械中的摩擦及机械效率
机械中的摩擦及机 械效率
§5—1 概述 §5—2移动副中的摩擦 §5—3螺旋副中的摩擦 §5—4转动副中的摩擦 §5—5机械效率和自锁条件
1．摩擦： 机械工作时，两运动副元素间既有相对运动又有相 互作用，故必存在 摩擦。 1）摩擦的不利方面： ①消耗能量，降低效率。 ②产生热量，温度↑→零件热胀.油润滑作用↓→妨碍机械 正常工作. ③使运动副元素磨损. 2）摩擦的有利方面： 如带传动、螺栓联接等都是靠摩擦正常工作的。 2．研究摩擦的目的： 在设计机械时，尽量发挥摩擦的有利方面，克服或减小擦 不利方面12 12
Fy 图5-2
N12 2 sin θ Fy 2
∴ 1对2的摩擦力F12为： F fN 12 12
N12
1 Fy sin θ
f Fy f v Fy sin θ
1．当量摩擦系数fv： fv= f/sinθ 2．当量摩擦角ψv： ψv =arctgfv= arctg(f/sinθ) 3．讨论： ∵ sinθ< 1 ∴ fv > f，也就是说，楔面摩擦总大于平面摩擦，所以在需要 增加摩擦力的场合可用楔面摩擦。
R31
Q
R21 R 32
(a)
图5-4
(b)
解:1）求F: a. 按∠(Rij,Vji) = 90°+ψ，定出R31等的作用方向如图. b. 平衡条件: 对1: F + R31 + R21= 0 对2: R12 + R32 + Q = 0 c. 图解如图5-4b
Q R12 sin[90 (λ ψ ψ1 )] sin(90 ψ1 )
三．斜面摩擦：
R 12
ψ
2 λ
λ
v
21
机械中的摩擦和机械效率
F21 r
R21
f 1 f 2 r fv r
Q
N
Q
Md
12
O
R21
1 2
N21
F21
以轴颈中心为圆心，为半径作的圆称为摩擦圆，
为摩擦圆半径。
转动付总反力方位线的确定
Q12
12
Q12
12
Q12
1
2
R21
1
R21
2
1
2 R21
●
1）R21与载荷Q大小相等，方向相反； 2）R21的作用线必切于摩擦圆； 3）R21产生的摩擦力矩与12转动方向相反。
机械中的摩擦和机械效率
内容
概述 运动副中的摩擦和计及摩擦时的力分析 机械的效率和自锁
重点
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。
§1 概述
摩擦是影响机器工作性能的重要物理现象
摩擦导致：1. 磨损
零件强度下降 寿命下降
运动副间隙增大 传动精度下降
2. 机械效率降低
3. 发热
M ' P' d2 d2 Q tg( ) 22
三角
Q tg(
v )
P0 tg P tg( v )
结论：
松脱螺母 M ' P' d2 d2 Q tg( )
22
P'
P
' 0
tg( ) tg
v
矩形螺纹效率高，用于传动，三角形螺纹摩擦大，效率低，
0
维持力 P' Q tg( )
效率
P
' 0
Q tg
P' P'0
tg( ) tg
机械原理-转动副中的摩擦分析
ρω12
21
l ,
P作用在摩擦圆外
M M f , 加速转动
l ， P与ρ 相切
R21
M M f ，临界平衡
l ,
P与ρ 相割
M M f ， 构件自锁
l
转动副的自锁条件：
r
F
ρω12
21
驱动力作用线与摩擦圆相割
此时，无论怎样增大驱动力， 其驱动力矩Md(=Pl )总小于由 它产生的摩擦阻力矩Mf 。
R21
小
结
转动副中的摩擦分析
总反力的确定：
总反力R21作用线切于摩擦圆 总反力R21对轴心的力矩Mf 的方向与ω 12的方向相反
总反力R21与驱动力P大小相等、方向相反
转动副的自锁条件：
驱动力作用线与摩擦圆相割
第 12 章 机械中的摩擦和机械效率
移动副中的摩擦
转动副中的摩擦 机械效率 机械的自锁
转动副中的摩擦
P ——作用在轴颈上的
l
M
P
r
P
驱动力 距离轴颈中心为 l
等效于
一对心力P和转矩M
Байду номын сангаас
转动副中的摩擦分析
P产生反力集： N21
P
r
l
M
P
N21 N21
力平衡：
Mf N 21
F F21 21
P N 21
摩擦力： ∆F21 摩擦力矩： M f F21r N21 f r
N 21
总摩擦力矩：
M f M f N21 f r
kN21 fr kPfr
P
r
l
机械原理-机械效率
9,14
9,10 11,12 13,14
(0.95)2 0.92 0.83
3,14
Nr1 Nd1
Nr2 Nd 2
Nr1 Nr2 Nr1 Nr2
0.83
3,8
9,14
12 3,14 0.95 0.83 0.79
P0 Q tan l P Q tan(l j)
tan l tan(l j)
自锁条件： l 90o j
R j
①
v 21
lQ
P b
②
P
R
l j
Q
滑块等速下降
P Q tan(l j)
Q0
Q
P / tan l P / tan(l j)
tan(l j) tan l
Nd N1 N2 L NK
N11 N22 L NKK
N1 N2 L NK
并联机组总效率不仅与各个机构的效率有关，而且与总输 入功率的分配有关。
混联机组
Nr2
N r1
例2：求图示减速箱的总效率
已知：圆柱齿轮副 0.95 圆锥齿轮副 0.92
小结 机械效率
一、效率的表达方式：
1）以功或功率的形式表达 2）以力或力矩的形式表达
二、机组的机械效率
串联机组：总效率等于各个机构效率的连乘积。
并联机组：总效率不仅与各个机构的效率有关，而 且与总输入功率的分配有关。
第12章机械中的摩擦及其效率
摩擦现象及规律 移动副中的摩擦 转动副中的摩擦 机械效率 机械的自锁
Q i 1,
串联机组总效率等于各个机构效率的连乘积。
机械原理机械效率
机械原理机械效率
机械效率是一种机械原理的应用，它表示有机械工作所提供的总功率
与所消耗的总功率之比。
机械效率有时也提到机械功效，即机械系统可以
完成工作所需单位成本所消耗的功率的比例。
机械效率的计算有多种方法，但最主要的方法是以动态方式计算。
动
态计算应用在空气动力机械系统中，主要是测量从机械装置（如涡轮机）
到飞机外壳的空气流动。
在这种情况下，机械效率的计算方法是测量飞机
所消耗功率的动态机械效率，这与正常飞机操作条件有关。
这样可以得到
实际的机械效率，即总功率与飞机发动机输出功率之比（即飞机发动机发
出的功率/飞机所消耗的总功率）。
机械效率也可以用静态的方法来测量。
这个方法是针对汽车或其他机
械系统而言的。
在这种情况下，机械效率是指汽车引擎发动机（或其他机
械系统）在扭矩条件下由燃料消耗而产生的功率/动力输出。
一般情况下，机械效率的计算就是将引擎发动机的功率/消耗的燃料质量之比（即最大
功率/消耗的燃料质量）。
汽车机械效率的测量也可以用能量模型进行，该模型能够计算汽车的
功率消耗与实际输出之间的比例。
机械原理
机械中的摩擦和机械效率
1.在外载荷和接触表面状况相同的条件下，槽面摩擦力比平面摩擦力大是因为槽面的法向
反力大于平面的法向反力。
2.两构件组成移动副，接触处材料一定时，当量摩擦系数取决于运动副元素的几何形状。
3.机械效率可以表示成理想驱动力与实际驱动力的比值。
4.下列关于并联机组的效率的说法正确的是并联机组的总效率介于机组所含机构中最小
效率和最大效率之间。
5.机械发生自锁的实质是驱动力所能做的功总是小于或等于克服由其可能引起的最大摩
擦阻力所需要的功。
在轴颈和轴承组成的转动副中，下述四种措施中，可以降低轴颈中的摩擦力矩的是略微增大轴承与轴颈的间隙，加注润滑油，减小轴颈的直径。
6.利用槽面接触来增大摩擦的实例有三角形螺纹，V带传动。
7.下列关于串联机组的效率的说法正确的是串联机组总效率等于各个机构效率的连乘积，
串联机组总效率小于机组中任一机构的效率，要提高串联机组的总效率应提高效率最低环节的效率。
8.可以作为机械自锁的判据的是阻抗力<0，驱动力作用于摩擦角之内，机械效率η< 0，
————。
9.在由构件1、2组成的转动副中，构件2对构件1的总反力R21方向的判定方法下列
_______除外。
R21对轴心的力矩方向与ω21的方向相反。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
总反力的方向
tgF21 fN21f N21 N21
arctafn
摩擦角
滑块1所受的总反力R21与其对平面2的相对速度V12间的 夹角总是（90°+ ）
移动副的摩擦
移动副摩擦 总反力向确定
滑块1所受的总反力R21与其对平面2的相对速度V12间的 夹角总是（90°+ ）
移动副的摩擦
自锁
自锁条件
移动副的摩擦
轴承对轴颈的总反力R将始终切于摩擦圆； 总反力对轴颈轴心O之矩的方向必与轴颈 相对于轴承的角速度的方向相反； 具体方向由构件平衡条件确定。
工程问题解决方法 ——当量摩擦系数 螺旋副摩擦
12.2 考虑摩擦时的机构受力分析
例1：图示曲柄滑块机构中，已知各构件的尺寸，各转动副的 半径及其相应的摩擦系数。在曲柄AB上作用有驱动力矩M1， 滑块上作用有工作阻力P。在不计各构件质量的情况下， 确定机构在图示位置各运动副中总反力作用线的位置。
移动副的摩擦
总反力的方向 滑块1所受的总反力R21与其对平面2的相对速度V12间的 夹角总是（90°+ ）
当量摩擦系数 当量摩擦角
F feQ
机械的自锁
运动副的摩擦
12.12 螺旋副
l 螺纹导程 z 螺纹头数 p 螺距
螺旋副的摩擦
矩形螺纹
三角形螺纹
研机究械方原法：理空间运动副问题转化为平面运动副问题
（3）分析曲柄的受力情况
考虑摩擦时的机构受力分析 思考：连杆机构受力分析
考虑摩擦时的机构受力分析 例2：凸轮机构受力分析
作业1
图示为一曲柄滑块机构的三个不同位置，P为作用于活塞上的压力，转动副 A及B上所画的虚线为摩擦圆，试决定在此三个位置时作用在连杆AB上的作
用力的真实方向（连杆本身的重量及惯性力均略而不计）。
2. 斜面摩擦
滑块匀速上升 （正行程）
PQR0
PQ ta n ()
移动副的摩擦
滑块匀速下滑 （反行程）
PQ R0
P Q ta n ()
移动副的摩擦
3. 槽面摩擦
移动副的摩擦
N Q 2sinห้องสมุดไป่ตู้
当量摩擦系数
F2F2fN f Q sin
fe
f sin
F feQ
移动副的摩擦
工程问题解决方法——当量摩擦系数
输入功 Wd：驱动力所作之功，相应的功率表示为Nd。 输出功 Wr：工作阻力所作之功，相应的功率表示为Nr。 损耗功 Wf：有害阻力所作之功，相应的功率表示为Nf。
机械在稳定运转时，一个运动循环内： Wd = Wr + Wf
机械的效率
机械效率：在一个运动循环内，输出功与输入功的比值。 它表示机械对能量的有效利用程度
tan l zp d d
螺旋副
斜面移动副
假 （1）螺杆与螺母之间的作用力集中在中径为d的圆柱面上。 设 （2）螺杆与螺母之间的作用力集中在一段螺纹上。
螺旋副的摩擦
螺杆逆Q力等速向上运动
tan l zp d d
PQ ta n ()
M PddQ tan () 22
螺旋副的摩擦
螺杆顺Q力等速向下运动
作业2
图示的双滑块机构中，Q为滑块上的载荷，转动副A及B上 所画的虚线为摩擦圆，试确定工作行程时各运动副总反力的 真实方向。
作业3
图示一摆动平底推杆盘形凸轮机构，转动副O及A处所画 的虚线为摩擦圆。试确定工作行程时（M1为驱动力矩） 各运动副总反力的真实方向。
5.3 机械的效率
作用在机械上的力所作的功分为以下三类：
机械原理第十二章 机械中的摩擦和 机械效率
机械中的摩擦和机械效率
摩擦应用
带传动
机械中的摩擦和机械效率
摩擦应用
摩擦轮传动
机械中的摩擦和机械效率
摩擦应用
i12
n1 n2
R r
摩擦轮传动— 端面无级变速器
机械中的摩擦和机械效率
摩擦应用
摩擦轮传动—无级变速器
机械中的摩擦和机械效率
摩擦应用
摩擦离合器
转动副的摩擦
思考？
R
结论：转动副总反力确定方法 1. 轴承对轴颈的总反力R将始终切于摩擦圆； 2. 总反力对轴颈轴心O之矩的方向必与轴颈 相对于轴承的角速度的方向相反； 3. 具体方向由构件平衡条件确定。
运动副的摩擦
小结
滑块1所受的总反力R21与其对平面2的相对 速度V12间的夹角总是（90°+ ）
Wr 1 Wf
Wd
Wd
Pr 1 Pf
Pd
Pd
机械的效率
机械效率的求法： 计算法 实验法 经验法
考虑摩擦时的机构受力分析
（1）分析受力简单的连杆受力情况
考虑摩擦时的机构受力分析
初定反力方向； 切于摩擦圆； 构件 i 给连杆的总反力 Ri2 对回转中心的力矩 方向与连杆对构件相对角速度方向 2i 相反； 连杆所受外力平衡.
考虑摩擦时的机构受力分析
（2）分析滑块的受力情况
R23R43P0
考虑摩擦时的机构受力分析
fe f
F feQ
fe
f sin
当量摩擦角 e=arctan fe
移动副的摩擦
思考：槽斜面？
移动副的摩擦
思考？
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f=0.1。试求滑板的当量摩擦系数fe的大小。
移动副的摩擦
斜面摩擦
滑块匀速上升 （正行程）
PQR0
PQ ta n ()
运动副的摩擦
12.12 转动副的摩擦
径向轴颈与轴承
止推轴颈与轴承
转动副的摩擦
轴颈与轴承运动情况
转动副的摩擦
平衡
RQ
条件
Md R
M f Frfe.Q r
M f RQ
fe r
Ffe Q
转动副的摩擦
fe r
摩擦圆
结论：转动副总反力确定方法 1. 轴承对轴颈的总反力R将始终切于摩擦圆； 2. 总反力对轴颈轴心O之矩的方向必与轴颈 相对于轴承的角速度的方向相反； 3. 具体方向由构件平衡条件确定。
单片式离合器
多片式离合器
机械中的摩擦和机械效率
摩擦应用
制动器
机械中的摩擦和机械效率
研究内容：
运动副的摩擦 考虑摩擦时机构总反力方向确定 机械效率的确定 机械的自锁
12.1 运动副的摩擦
12.11 移动副的摩擦
1. 平面摩擦
12.11 移动副的摩擦
F21 = f ·N21 = f ·Q
总反力 R21N21F21
PQ ta n () M PddQ ta n ()
22
tan l zp d d
螺旋副的摩擦
三角螺纹
M Pd 2d 2Q tan (e) M Pd 2d 2Q ta n (e)
fe sin9(f0)cfos
e arctafne
螺旋副的摩擦
思考？
fe f
fe sin9(f0)cfos
传动螺纹应采用何种螺纹？ 联接螺纹应采用何种螺纹？