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-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
摩擦力对机械效率的影响
摩擦力对机械效率的影响摩擦是在物体之间相互接触时产生的一种力或者阻力，它对机械装置的效率产生了影响。
本文将探讨摩擦力对机械效率的影响，并探讨如何减小摩擦力以提高机械效率。
一、摩擦力的作用与影响摩擦力是由于物体之间表面粗糙度和相互接触产生的，它对机械装置的效率产生了直接影响。
摩擦力阻碍了机械装置的正常运动，并导致能量的损耗和热能的产生。
因此，降低摩擦力对于提高机械装置的效率非常重要。
二、减小摩擦力的方法为了降低摩擦力，以下是几种有效的方法：1. 润滑：通过使用润滑油、润滑脂或其他润滑剂来减少物体表面之间的直接接触，从而降低摩擦力。
润滑可以在机械部件之间形成一层保护膜，从而减少摩擦和磨损。
2. 表面处理：通过对物体表面进行处理，如抛光、镀层或涂层，可以减少表面粗糙度，从而降低摩擦力。
表面处理可以改变物体表面的摩擦系数，使得物体之间的摩擦减小。
3. 使用滚动替代滑动：当物体之间的相对运动是滑动时，摩擦力比较大。
而当物体之间的相对运动是滚动时，摩擦力相对较小。
因此，在设计机械装置时，尽可能使用滚动替代滑动，可以减小摩擦力，提高机械装置的效率。
4. 物体重量的平衡：当物体之间的重量不平衡时，会产生附加的摩擦力。
通过平衡物体的重量，可以减小摩擦力，提高机械装置的效率。
5. 减少接触力：通过减少物体之间的接触力，可以减小摩擦力。
例如，减小物体受力面积或者缩小物体之间的接触面积，可以减少摩擦力的大小。
三、摩擦力与机械效率的关系摩擦力对机械装置的效率有着直接影响。
摩擦力的存在导致机械装置产生能量损耗和热能的产生，从而降低了机械装置的效率。
因此，降低摩擦力，提高机械装置的效率成为工程设计的重要目标之一。
通过减小摩擦力，可以使机械装置的动力损失减少，从而提高机械效率。
例如，在汽车的发动机中，通过在活塞环和汽缸壁之间涂抹润滑油，可以减小摩擦力，提高发动机的功率输出效率。
此外，减小摩擦力还可以降低机械装置的磨损程度，延长机械装置的使用寿命。
物理公式初中机械效率
物理公式初中机械效率机械效率是机器的输出功与输入功之比，是一个衡量机器性能的重要指标。
在初中物理课程中，我们学习了很多关于机械效率的知识，下面就来详细介绍一下。
首先，我们需要了解机械效率的计算公式，即：机械效率=输出功/输入功其中，输出功是机器从输入能量中所转化出来的有用功，通常用机器所完成的实际工作量来衡量；输入功是机器所需要输入的能量，通常指机器所消耗的电能或机械能。
例如，一个挖掘机在工作时，消耗了10千瓦时电能，挖出了2000立方米土方。
那么，输出功就是2000立方米土方的机械功，输入功就是10千瓦时电能。
这样，我们就可以通过上述公式计算出这台挖掘机的机械效率了。
其次，我们需要了解机械效率的影响因素。
机械效率的大小不仅受机器本身的结构和制作工艺的影响，还受到使用环境和维护保养等方面的影响。
以下是一些具体的因素：1. 机器的摩擦：因为机器中几乎不存在完全无摩擦的情况，摩擦力会使机器产生一定的能量损失，从而降低机械效率。
2. 机器的运动部件和传动机构设计的精度：如果这些部件的制作工艺或设计精度不高，容易带来传动损失和能量浪费。
3. 使用环境：机器在使用过程中，遇到的阻力越大，机械效率也会越低。
4. 维护保养：机器的定期维护和保养，可以有效地减少摩擦和磨损，从而提高机械效率。
最后，我们需要了解如何提高机械效率。
要想提高机械效率，我们可以从以下几个方面入手：1. 优化机器结构和制作工艺，提高机器的传动效率和机械效率。
2. 排除机器故障，减少摩擦和磨损，提高机器使用效率和工作效率。
3. 选择合适的使用环境和操作方式，减少阻力和能量浪费。
4. 加强机器的维护保养，定期检查、清洁、润滑和更换机器的零部件。
综上所述，机械效率作为衡量机器性能的重要指标，需要我们对其有充分的了解和掌握。
在日常生活和工作中，我们可以通过了解各种影响因素和提高方法，有效地提高机械效率，提高工作效率和生产效益。
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。
三种四类简单机械的机械效率
2023三种四类简单机械的机械效率CATALOGUE目录•介绍•简单机械的机械效率•四种简单机械的机械效率比较•三种四类简单机械的优缺点分析•提高简单机械机械效率的实践意义•研究简单机械机械效率的现实意义•结论与展望01介绍简单机械的效率和性能是比较和评估各种机械的重要指标之一。
了解简单机械的机械效率可以帮助我们更好地选择和应用机械。
目的和背景简单机械是指由较简单构件组成的机械，包括杠杆、滑轮、斜面、螺旋和轮轴等。
杠杆是指一个固定支撑点上可以绕其旋转的刚性棒，其中支点为杠杆的固定支撑点，力臂为支点到力的作用点的距离，力矩为力与力臂的乘积。
滑轮是指一个带轮轴的圆盘，它可以绕其轴线旋转，并可以带动其他物体旋转。
斜面是指一个平面与水平面成一定角度的平面，它可以用于改变力的方向和大小。
螺旋是指一个带螺旋槽的圆柱体，它可以用于传递运动和旋转运动。
轮轴是指一个带轮盘的杆件，它可以用于传递运动和旋转运动。
简单机械的定义与分类02简单机械的机械效率机械效率是指机械在工作中所消耗的能量与所做有用功的比值，通常用希腊字母η表示。
机械效率的表达式为：η = W有用 / W总 = W有用 / (W 有用 + W额外)机械效率的定义1影响机械效率的因素23摩擦力是影响机械效率的主要因素之一，减小摩擦力可以提高机械效率。
摩擦力机械自重越大，需要克服自身重力的额外功就越多，机械效率就越低。
机械自重构件间的摩擦和空隙会导致能量损失，减小构件间的摩擦和空隙可以提高机械效率。
构件间的摩擦和空隙提高机械效率的方法优化设计可以减小摩擦力和机械自重，从而提高机械效率。
优化设计定期保养使用高效能材料改进操作方法定期保养可以减小构件间的摩擦和空隙，从而减小能量损失，提高机械效率。
使用高效能材料可以减小机械自重，从而减小额外功的消耗，提高机械效率。
改进操作方法可以减小摩擦力和构件间的摩擦和空隙，从而提高机械效率。
03四种简单机械的机械效率比较03等臂杠杆在等臂杠杆中，动力臂等于阻力臂，使用时既不省力也不费力，也不改变移动距离，因此总功也不变。
机械中的摩擦--机械效率和自锁
滑块沿斜面上升
现设滑块在水 平驱动力F作用下 沿斜面等速上升斜 面对滑块的总反力 为R，它与滑块运 动方向成 ， 根据平衡条件得
▪作力多变形，得
路漫漫其悠远
滑块沿斜面下滑
现设滑块在水 平力F’作用下沿 斜面等速下滑，斜 面对滑块的总反力 为R’，它与滑块 运动方向成 ， 根据平衡条件得
▪β为非矩形螺纹的半顶角。 ▪则当量摩擦系数为：
▪则当量摩擦角为：
路漫漫其悠远
拧紧力矩： 防松力矩：
路漫漫其悠远
5.1.3 转动副中的摩擦
▪ 转动副按载荷作用情况不同分为两种。 ▪１）轴颈摩擦：当载荷垂直于轴的径向的转动副摩擦 ▪２）轴端摩擦：当载荷平行于轴的几何轴线的转动副摩擦
路漫漫其悠远
▪ 轴颈摩擦
径ｒ０处的水
平力Ｆ代替， 即
▪拧紧螺母时，相当于滑块沿斜面上升：
▪松开螺母时，相当于滑块沿斜面下滑：
Ｍ‘为正值，为阻止螺母加速松退的阻力矩； Ｍ‘为负值，即为放松螺母所需的驱动力矩。
2. 三角形螺纹螺旋副中的摩擦
▪ 研究非矩形螺 纹时，可把螺母在螺 柱上的运动近似地认 为是楔形滑块沿槽面 的运动，而斜槽面的 夹角可认为等于
摩擦的优缺点： 1. 摩擦引起能量损耗，降低机械的效率。 2. 摩擦引起磨损，降低零件的强度、缩短机
械的寿命，降低机械的运动精度。 3. 摩擦发热，造成机械卡死。 利用摩擦工作，如带传动、摩擦离合器、制动
器等。 研究摩擦的目的：尽量减少其不利影响，充分
发挥其有用的方面。
路漫漫其悠远
5.1.1 移动副中的摩擦
机械中的摩擦--机械效率 和自锁
路漫漫其悠远 2020/4/2
主要内容：
1 几种常见运动副中摩擦问题的分析。 2 考虑摩擦时机构的受力分析。 3 机械效率的计算。 4 自锁现象及机构产生自锁的条件。
机械效率和摩擦损耗
机械效率和摩擦损耗机械效率和摩擦损耗是机械工程领域中一个重要的概念。
机械效率是指机械设备或系统转换输入能量到输出能量的效率，而摩擦损耗则是指由于摩擦而导致的能量损失。
本文将探讨机械效率和摩擦损耗的概念、影响因素以及相关的解决方法。
一、机械效率的概念机械效率是衡量机械设备或系统能量转换效率的重要指标。
它通常用百分比来表示，计算公式如下：机械效率 = 输出能量 / 输入能量 * 100%机械效率越高，表示机械设备或系统能更有效地将输入能量转换为输出能量，从而最大程度地提高能源利用效率。
二、摩擦损耗的概念摩擦损耗是机械设备运行中不可避免的能量损失，是由于摩擦而产生的热能损失和机械能损失。
摩擦损耗通常被视为机械效率低下的主要原因之一。
三、机械效率和摩擦损耗的影响因素1.材料选择：摩擦损耗与材料之间的相互作用密切相关。
选择适合的摩擦材料可以降低摩擦损耗，从而提高机械效率。
2.润滑状态：合适的润滑可以减少摩擦损耗，改善机械效率。
润滑剂的选择和润滑膜的形成对摩擦损耗起着重要作用。
3.设计和制造误差：机械设备的设计和制造误差会导致不必要的摩擦损耗。
精确的制造和优化的设计可以减少这些误差，提高机械效率。
4.负荷变化：机械设备在不同负荷下的效率可能有所不同。
合理控制负荷变化范围，可以减少能量损失，提高机械效率。
五、提高机械效率和降低摩擦损耗的方法1.使用高效能设备：选择具有高机械效率的设备可以降低摩擦损耗。
2.优化润滑：选择适当的润滑方式，使用高质量的润滑剂，并定期维护润滑系统，以降低摩擦损耗。
3.合理配置设备：通过减少垃圾部件或设备、合理布置设备来减少摩擦损耗。
4.提高制造质量：精确的制造和装配可以减少机械设备的摩擦损耗。
5.优化运行参数：适当调整机械设备的运行参数，如转速、负荷等，可以提高机械效率和减少摩擦损耗。
总结机械效率和摩擦损耗是机械工程中重要的概念。
通过正确选择材料、优化润滑、改善设计和制造质量、合理配置设备以及优化运行参数等手段，可以提高机械效率，降低摩擦损耗，最大程度地利用能源资源。
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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
自锁条件 ' tg( ) 0 tg
Q
V12
P´
R21´
42° P´ –
R21´ Q
2.螺旋机构的效率和自锁
矩形螺纹
正行程
M P d2 d2 Q tg( )
22 P0 tg
P tg( )
反行程
自锁条件
R21 F
V12
1
R21 F
V12
2
2
不自锁
自锁(边界情况)
R21 F
V12
2 自锁
例：见P130 图5-20 已知 Q，，f 求 反行程自锁条件
解： 根据移动副的自锁条件
= -
2
Q
2
3
R21
P R21
V12
1
2
V12
1
R21（驱动力）
V12
1
N21
二、槽面移动副的摩擦
运动副间隙变小 卡死
措施：滚动代替滑动 选用优质润滑油 选用耐磨材料…
应用： 皮带传动 摩擦轮传动 摩擦离合器 制动器 夹
具…
摩擦是通过运动副对整个机器工作性能发生影响的
§2 运动副中的摩擦和自锁
一、平面移动副的摩擦
力分析
R21 N21 F21
tg F21 N21 f f
N 21
转动副自锁条件 h 移动副自锁条件
F R21
四、螺旋机构的效率和自锁
螺旋副（螺母与螺杆）的相对运动 滑块沿斜面运动 假设：1）载荷分布在中线上 2）单面产生摩擦力
1.斜面机构的效率和自锁
1） 滑块沿斜面等速上行
力分析 P Q R21 0
驱动力 P Q tg( )
P
P0 Q tg
机械效率是衡量机械工作质量的重要指标
2 ）效率的几种表达方式
功
Wr Wd W f 1 W f
Wd
Wd
Wd
（5-2）
功率
Wr Wr / t Nr Nd N f 1 N f
Wd Wd / t Nd
Nd
Nd
（5-2´）
力
Nr QVQ
(P115 a)
Nd FVF
F — 驱动力
自锁条件
Q h
Q与M合成得
h Md Q'
2
12
1
Q h
12
1 2
Q h
12
1 2
讨论：
R21
R21
R21
1）当h>时，Md >Mf 有输出功 2）当h=时，Md=Mf 保持平衡，原转动仍匀速转动；原静止仍静止 3）当h<时，Md <Mf 输入功不足
结论：当 h 时，不论Q´多大，也无法使轴转动 自锁
Ft F sin F21 F cos f v
sin tg cos
v
三、转动副的摩擦 （轴颈摩擦）
力分析
R21 N 21 F21
全反力 R21
N
2 21
F221
N 21
1 f 2
R21 Q 0
M d R21 0 或 M d F21 r 0 R21 F21 r
N 21
R21 —总反力 — 摩擦角 总反力与法线方向所夹的锐角不变
R21 N21
V12
1P
F21
2
自锁条件
Q
F
若 P F21 静止的滑块仍然静止
自锁
P F sin
F21 N21 f F cos tg
sin tg cos
tg tg
结论：当 时，不论F多大，也无法使滑块移动 自锁
Q
V12
R21
P R21 + Q
效率 P0 tg P tg( )
滑块沿斜面等速上行，相当于拧紧螺母 （工作行程），不要求自锁。由 >0 得
0
2
当摩擦角不变时，效率是升角的函
数。见右图
由 d 0 d
得 = 45°– /2 时，效率最高
2 ） 滑块沿斜面等速下行
力分析
P'
Q
R
' 21
同理 若设在同样的驱动力 P作用下, 所能克服的理想生产阻力为Q0
Q0 VQ F VF
代入(P115 a)得
Q VQ Q F Q
F VF F Q0 Q0
力矩
Md0 MQ
M d M Q0
二、 机械的自锁
Wr Wd W f 1 W f
Wd
Wd
Wd
< 1 有如下三种情况:
自锁性好，用于联接。
§3 机械效率和自锁
一、 机械效率
1）定义
机械在一个稳定运动周期内，根据能量守恒定律可知
输入功 = 输出功 + 损失功
即
Wd = Wr + Wf
式中: Wd — 输入功
在 Wd 相同的条件下
高，即效率越高。
（5-1） Wr — 输出功 Wf — 损失功 Wf Wr 说明机械对能源的利用程度越
1
力分析
F21 2N 21 f
2N 21 sin F cos
2N 21
F
cos sin
Fn
1 2
N21
N21
F
2 Q
Ft
Q
V12 1
2
Q
F21 2N 21 f
F cos f sin
令
fv
f
sin
fv tgv
fv f
自锁条件
槽面接触的摩擦力大于平面接触的摩擦力
若 Ft Ff 静止的滑块仍然静止 自锁
Q — 生产阻力
VF 、 VQ — 分别为 F、 Q作用点沿各自作用线方向的速度
理想机械中( Wf = 0， 0 = 1) 设克服同样的生产阻力Q 所需要的驱动力为F0
由 F0 VF Q VQ
Q VQ Q F0 F0
F VF F Q F
VQ F0 VF Q
代入(P115 a)得 (P115 c)