机械原理教案机械中的
摩擦和机械效率
标准化小组 #QS8QHH-HHGX8Q8-GNHHJ8-HHMHGN#
SANY
本次课题（或教材章节题目）： 机械中的摩擦和机械效率 教学要求： 明确研究机械中摩擦的意义，认识摩擦的复杂性和二重性，掌握移动副和转动副摩擦及其考虑摩擦时机构受力分析的图解法，学会用力和力矩表达机械效率及进行机构的效率和自锁分析。 重 点： 移动副和转动副摩擦、当量摩擦系数fv：关于摩擦圆?、考虑摩擦时机构受力分析的图解法，力（矩）的机械效率表达式、自锁分析。 难 点：当量摩擦系数fv、摩擦圆?、考虑摩擦时机构的受力分析的图解法 教学手段及教具：以黑板讲授为主。 讲授内容及时间分配：（4学时） 1、研究机械中摩擦的目的 2、运动副中的摩擦 3、考虑摩擦时机构的受力分析 4、机械的效率 5、机械的自锁 包括：当量摩擦系数fv、摩擦圆?的概念、考虑摩擦时构件的受力方课后作业 向；简单机构的自锁分析 对机构进行受力分析时，在很多场合下摩擦力是不能忽略的，比如：高速、精密、大功率传动、研究机构的效率和能耗问题、机构的自锁问题、进行制动器和离合器设计等方面。统计分析表明导致机械失效的主要原因是由摩擦磨损造成的。本章虽然是讨论考虑摩擦时机构的受力分析问题，但其讨论均是建立在古典摩擦三定律基础之上的，假定已知接触表面的摩擦系数（或摩擦角或摩擦圆半径）。实际上，摩擦是一个很复杂的现象。解释摩擦存在的机理或理论有多种多样，摩擦系数大小的确定与上百种因素有关。 近几十年来诞生了一门新的边缘学科“Tribology”----摩擦学，它已各种成为国际上发展最快的学科之一。它运用物理、化学、数学、力学、材料科学、机械学和实际工程学等方面的综合知识研究摩擦涉及的各种工程问题、医学问题和从刷牙到打高尔夫球等几乎所有的日常生活方面的问题，具有很强的社会意义和经济意义。如果想系统地了解摩擦学的基本原理，具备从事这方面研究的摩擦磨损及润滑基础理论，可参阅： 阅读指南 《摩擦学原理》（英）J?霍林编着，上海交通大学摩擦学研究室译，北京：机械工业出版社 1981 另外一本在摩擦磨损理论和计算方面的代表性着作是： 《摩擦磨损计算原理》（苏）И?В?克拉盖尔斯基着，汪一麟、朱安仁、范明德译，北京：：机械工业出版社 1982 作者是国际上具有极高声誉。书中阐述了固体在摩擦磨损时相互作用的基本过程，说明了齿轮传动机构、凸轮机构、摩擦离合器等多种机械的摩擦磨损的计算方法。 第五章 机械中的摩擦和机械效率
§5-1研究机械中摩擦的目的
有害：功率损耗，发热，效率下降，运动副元素受到磨损，降低
零件的强度、机械的精度和工作寿命。
有利：利用摩擦来工作：带传动、摩擦离合器、制动器、工装夹
具
摩擦的二重性
研究目的：扬其利，避其害
研究内容：①常见运动副中的摩擦 ②考虑摩擦时机构的受本章研究内容只限于经典摩擦学范围分析 力分
析
（定性）
③机械效率的计算
④“自锁” 现象的研究
与载荷成正比
摩擦
与名义接触面积无关
律
与速度无关
§5-2运动副中的摩擦 1.移动副中的摩擦
1）移动副中摩擦力的确定
R21
N21
φ （法向反摩擦力 F21?N21?f
1 V21 N21：Q一定，N21只与运动副的形状
f 2 P （摩擦力） （驱动力）f：与配对材料，表面特性有关
Q （载荷）
①对于平面 F21?Q?f ②对于槽面 F2121?2?N2?f?fsin??Q?fv?Q ③对于圆柱面F21?fv?Q
当量摩擦系数，显然大于平面
取fv?(1~?2f)
三定
有关
理论上，圆柱面当量摩擦系数fv的选择（对于转动和移动均如此）： 非跑合轴，反力均匀 fv??2f 4跑合轴，反力按余弦分度 fv?大间距轴，点接触 fv?
?2f
f1?f?f
到此以后，不论何种摩擦系面，摩擦力均可表示成载荷与当量摩擦系数的乘积，即：F21?Q?fv 关于当量摩擦系数fv：
a) fv是对研究问题方便所引入的物理量，那么在研究不同摩擦表面的摩擦力时均使用
F21?Q?fv（与平面摩擦相同）。
b)必须注意引入fv并非摩擦系数f或者是当量载荷大小发生变化，实际是正反力大小随接触表面形状不同而改变。
c)槽面、圆柱面…摩擦力大于平面摩擦力（f、Q相同）即接触表面几何形状的改变可以使摩擦力大小发生变化（V带传动、螺纹连接、摩擦轮传动……）。
2）移动副中总反力的确定及力分析（以斜面为例）
?N v ??? R P F
α ?Q ?P ?R ???? Q
?
图示斜面上滑块上：
P：外力 Q：载荷 N：正反力 F：摩擦力 R?F?N
???????
tg??F21N?N?f??N?f
?力平衡条件：P?R?Q?0 P?Q?tg(???)
结论：在含有移动副的机构考虑摩擦力的力分析中，只需要将反力N用与其偏移角
??（摩擦角??tgf）的R力来替代，就等于考虑了摩擦力的影响（注意R的偏斜与摩
擦力同向），而不必再画出摩擦力。
同理，若分析斜面上滑块的下滑情况：
?1??? R P P ???v α ?Q ?R ???? Q
?Q：驱动力 F：阻抗力（阻止滑块加速下滑）
?力平衡条件：P?R?Q?0 P?Q?tg(???)
???? >?,P>0，在驱动力Q作用下等速下滑，P阻抗
<,<0， 力不能使滑块下滑，应借助
2.螺旋副中的摩擦
1）矩形螺纹螺旋副中的摩擦
（1）矩形行螺纹的基本参数：
p：螺距 z：头数
l：导程 升角 tg??lzp??d2?d2（?
机械原理教案机械中的摩擦和机械效率
