第四章摩擦课件.ppt
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- 第四 摩擦 课件
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1、 理论力学理论力学第四章第四章 摩擦摩擦摩擦制动器 滑动摩擦滚动摩擦静滑动摩擦动滑动摩擦摩 擦带传动 4123滑动摩擦摩擦角和自锁现象滚动摩阻的概念考虑摩擦时物体的平衡问题第四章第四章 摩擦摩擦4-14-1 滑动摩擦滑动摩擦滑动摩擦力静滑动摩擦力最大静滑动摩擦力动滑动摩擦力一、静滑动摩擦力及最大静滑动摩擦力大小:方向:沿接触处的公切线,与两物体 间相对滑动趋势相反静滑动摩擦实验 PFmaxFsF00,0sTxFFFTsFF PsFNFTF静滑动摩擦力sFP4-14-1 滑动摩擦滑动摩擦滑动摩擦力静滑动摩擦力最大静滑动摩擦力动滑动摩擦力一、静滑动摩擦力及最大静滑动摩擦力静滑动摩擦实验 PFPsF
2、NFTF最大静滑动摩擦力maxFP 静(/库仑)摩擦定律式中,fs 静摩擦因数;NsFfFmax与接触物体的材料和表面情况(粗糙度、温度、湿度等)有关FN 法向约束力。4-14-1 滑动摩擦滑动摩擦二、动滑动摩擦力大小:方向:沿接触处的公切线,与两物体 间相对滑动方向相反静滑动摩擦实验 PFNFfFmaxFFpmaxFFTPsFNFTFFPF式中,f 动摩擦因数,一般略小于 ;FN 法向约束力。滑动摩擦力静滑动摩擦力最大静滑动摩擦力动滑动摩擦力sfARAFNFmaxFRAFff 摩擦角,全约束力与 法线间夹角的最大值摩擦锥全约束力4-24-2 摩擦角和自锁现象摩擦角和自锁现象一、摩擦角sNRA
3、FFFNfFFmaxtanNNsFFf sfsFmaxFFFNRARAF 当物体与支承面间沿各个方向的摩擦因数相同时,摩擦锥为一顶角为 的圆锥。f24-24-2 摩擦角和自锁现象摩擦角和自锁现象一、摩擦角fsftan 若作用于物体的全部主动力的合力 作用线在摩擦角 之内,则无论这个力怎样大,物块必保持静止。4-24-2 摩擦角和自锁现象摩擦角和自锁现象二、自锁现象fffRAFRFRF自锁fRAF不发生自锁ff0,RFfPF45RF4-24-2 摩擦角和自锁现象摩擦角和自锁现象螺旋千斤顶 PRAFNFsFfFPf;30螺旋千斤顶的螺旋升角不能大于摩擦角。二、自锁现象斜面自锁的条件是:斜面的倾角小
4、于等于摩擦角。画受力图时,必须考虑摩擦力;严格区分物体处于临界、非临界状态;因 ,问题的解有时在一个范围内4-34-3 考虑摩擦时物体的平衡问题考虑摩擦时物体的平衡问题(库仑定律)maxNsFfFNddFfF 仍为平衡问题,平衡方程照用,求解步骤与前面基本相同。几个新特点:max0FFs摩擦力求解未动临界状态已滑动平衡方程例例4-1 重为重为P 的滑块放在倾角为的滑块放在倾角为的斜面上,它与斜面间的摩的斜面上,它与斜面间的摩擦因数为擦因数为fs。当物体处于平衡时,试求水平力的大小。当物体处于平衡时,试求水平力的大小。解解:取滑块为研究对象画受力图取滑块为研究对象画受力图xyO上滑上滑补充方程补
5、充方程4-34-3 考虑摩擦时物体的平衡问题考虑摩擦时物体的平衡问题,0 xF0sincosmax1FPF,0yF0cossin1PFFNNsFfFmaxsincoscossinmax1ssffPFPNFmaxF1FxyO下滑下滑补充方程补充方程4-34-3 考虑摩擦时物体的平衡问题考虑摩擦时物体的平衡问题,0 xF0sincosmax1FPF,0yF0cossin1PFFNmaxNsFfFsincoscossinmin1ssffPFPNFmaxF1FmaxF为使滑块静止为使滑块静止sincoscossinsincoscossin1ssssffPFffP例例4-1 重为重为P 的滑块放在倾角为
6、的滑块放在倾角为的斜面上,它与斜面间的摩的斜面上,它与斜面间的摩擦因数为擦因数为fs。当物体处于平衡时,试求水平力的大小。当物体处于平衡时,试求水平力的大小。NF上滑上滑4-34-3 考虑摩擦时物体的平衡问题考虑摩擦时物体的平衡问题,0 xF0)sin(max1fRFF,0yF0)cos(PFfR)(tanmax1fPF用摩擦角的概念求解用摩擦角的概念求解下滑下滑,0 xF0)sin(min1fRFF,0yF0)cos(PFfR)(tanmin1fPF为使滑块静止为使滑块静止)(tan)(tan1ffPFPxyOff1FPmax1Fmin1FRFRF例例4-1 重为重为P 的滑块放在倾角为的滑
7、块放在倾角为的斜面上,它与斜面间的摩的斜面上,它与斜面间的摩擦因数为擦因数为fs。当物体处于平衡时,试求水平力的大小。当物体处于平衡时,试求水平力的大小。adb4-34-3 考虑摩擦时物体的平衡问题考虑摩擦时物体的平衡问题例例4-2 图示为凸轮机图示为凸轮机构构,已已知推杆知推杆(不计自重不计自重)与滑道间的摩擦因与滑道间的摩擦因数为数为fs,推推杆竖直部分直径为杆竖直部分直径为d,滑道宽度为滑道宽度为b。不计凸轮与推杆。不计凸轮与推杆接触处接触处的摩擦的摩擦,求求推杆不被卡住的推杆不被卡住的a值。值。OeBA解解:取推杆为研究对象画受力图取推杆为研究对象画受力图bBAaNFNAFNBFsAF
8、sBF,0 xF0NBNAFF,0yF0sBsANFFF,0)(FMA0 )2(bFdFdaFNBsBNsfba2补充方程补充方程NBssBNAssAFfFFfF;挺杆不被卡住挺杆不被卡住sfba2Oeadb4-34-3 考虑摩擦时物体的平衡问题考虑摩擦时物体的平衡问题例例4-2 图示为凸轮机图示为凸轮机构构,已已知推杆知推杆(不计自重不计自重)与滑道间的摩擦因与滑道间的摩擦因数为数为fs,推推杆竖直部分直径为杆竖直部分直径为d,滑道宽度为滑道宽度为b。不计凸轮与推杆。不计凸轮与推杆接触处接触处的摩擦的摩擦,求求推杆不被卡住的推杆不被卡住的a值。值。BAffdadabtan)2(tan)2(极
9、限极限fatan2极限sfa极限2sfba2极限挺杆不被卡住挺杆不被卡住sfba2用摩擦角的概念求解用摩擦角的概念求解ffa极限极限bBAaNFNAFsAFNBFsBFRBFRAFOeNFCBACOabcRr4-34-3 考虑摩擦时物体的平衡问题考虑摩擦时物体的平衡问题例例4-3 制动器的构造和主要尺寸如图所示制动器的构造和主要尺寸如图所示,制动块与鼓轮表面制动块与鼓轮表面间的摩擦因数为间的摩擦因数为fs,物块重物块重 P,闸杆重量不闸杆重量不计计,求求制止鼓轮转动制止鼓轮转动所需的铅直力所需的铅直力F。解解:取鼓轮为研究对象画受力图取鼓轮为研究对象画受力图PFCO1TFNFsFxOF1yOF
10、1设鼓轮处于被制动设鼓轮处于被制动的平衡状态,鼓轮的平衡状态,鼓轮在绳拉力作用下有在绳拉力作用下有逆时针转动的趋势。逆时针转动的趋势。,0)(1FMO0sTRFrF取闸杆为研究对象画受力图取闸杆为研究对象画受力图CBAOFOxFOyFNFsF,0)(FMO0cFbFFasNCBAOFOxFOyFNFsFBACOabcRr4-34-3 考虑摩擦时物体的平衡问题考虑摩擦时物体的平衡问题例例4-3 制动器的构造和主要尺寸如图所示制动器的构造和主要尺寸如图所示,制动块与鼓轮表面制动块与鼓轮表面间的摩擦因数为间的摩擦因数为fs,物块重物块重 P,闸杆重量不闸杆重量不计计,求求制止鼓轮转动制止鼓轮转动所需
11、的铅直力所需的铅直力F。PF00cFbFFaRFrFsNsTNssFfF ssTFFPF;RafcfbrPFss)(CO1TFNFsFxOF1yOF1)(cfbFafFsssh例例4-4 已知均质木箱重已知均质木箱重P=5kN,与地面间的静摩擦因数与地面间的静摩擦因数f s=0.4;=30,h=2a=2m。求当。求当D处的拉力处的拉力F=1kN时时,木箱是否平木箱是否平衡衡;能保持木箱平衡的最大拉力。能保持木箱平衡的最大拉力。解解:取木箱为研究对象画受力图取木箱为研究对象画受力图Aabxy木箱平衡木箱平衡4-34-3 考虑摩擦时物体的平衡问题考虑摩擦时物体的平衡问题BCDsFP,0 xF0co
12、sFFs,0yF0sinPFFN,0)(FMA05.0cosaPbFhFNmbkNFkNFNs17.0;5.4;87.0kNFfFNs8.1max木木箱箱不不滑滑动动,maxFFs木箱不翻倒木箱不翻倒,0bNFFh例例4-4 已知均质木箱重已知均质木箱重P=5kN,与地面间的静摩擦因数与地面间的静摩擦因数f s=0.4;=30,h=2a=2m。求当。求当D处的拉力处的拉力F=1kN时时,木箱是否平木箱是否平衡衡;能保持木箱平衡的最大拉力。能保持木箱平衡的最大拉力。木箱滑动的临界条件木箱滑动的临界条件Aabxy4-34-3 考虑摩擦时物体的平衡问题考虑摩擦时物体的平衡问题BCDsFPNssFfF
13、Fmax0sin,00cos,011PFFFFFFNysxkNfPfFss88.1sincos10b1FNFF木箱绕木箱绕A点翻倒的临界条件点翻倒的临界条件05.0cos,0)(2aPbFhFFMNAkNhPaF44.1cos22当拉力当拉力F逐渐增大时,木逐渐增大时,木箱将先翻倒而失去平衡。箱将先翻倒而失去平衡。45铅垂面内的均质正方体薄板重铅垂面内的均质正方体薄板重P=100kN,与地面间的摩擦系数与地面间的摩擦系数f s=0.5,欲使薄板不动欲使薄板不动,作用在作用在A点点的力的力Fmax最大应为最大应为()()BsFNFb滑动滑动BAP翻倒翻倒kNkNkNkN05 .D 205 .C
14、225.B 32100.ANssFfFFmax02,002,011PFFFFFFNysxkNF321001F025.0,0)(2FaaPFMBkNF2252习题习题1 1asFNF已知均质圆轮已知均质圆轮O半径为半径为r,重重P=100kN,轮与地间静摩擦因数轮与地间静摩擦因数 fsD=0.3;轻质杆长为轻质杆长为l,FB=50kN,杆与轮间静摩擦因数杆与轮间静摩擦因数f s=0.4,=60,AC=CB。求维持系统平衡的轮心最小水平推力。求维持系统平衡的轮心最小水平推力。解解:若水平推力若水平推力F小于某值时小于某值时,轮将向右滚轮将向右滚 动动,角变小角变小,当当C、D两处有一处摩擦两处有一
15、处摩擦 力达最大值力达最大值,系统即会开始运动系统即会开始运动设设C处摩擦力达最大值处摩擦力达最大值取杆取杆AB为研究对象画受力图为研究对象画受力图ABCBFAxFAyFsCFNCF,0)(FMA05.0lFlFBNCNFNC100NCsCsCFfFFmaxNFsC40BFFABCOrPD习题习题2 2COD取轮取轮O为研究对象画受力图为研究对象画受力图,0)(FMO0rFrFsDsCNFFsCsD40NF6.26;PFsCFNCFsDFNDF,0 xF060cos60sinsDsCNCFFFFoo,0yF060sin60cosoosCNCNDFFPFNFND6.184;3.0sDfNFfFN
16、DsDD39.55maxsDFNFD6.26min处处无无滑滑动动,因因此此,习题习题2 2BFFABCOrPD已知均质圆轮已知均质圆轮O半径为半径为r,重重P=100kN,轮与地间静摩擦因数轮与地间静摩擦因数 fsD=0.3;轻质杆长为轻质杆长为l,FB=50kN,杆与轮间静摩擦因数杆与轮间静摩擦因数f s=0.4,=60,AC=CB。求维持系统平衡的轮心最小水平推力。求维持系统平衡的轮心最小水平推力。设设D处摩擦力达最大值处摩擦力达最大值取杆取杆AB为研究对象画受力图为研究对象画受力图ABCBFAxFAyFsCFNCF05.0,0)(lFlFFMBNCANFNC100NCsCsCFfFFm
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