機(jī)械原理機(jī)械的效率及自鎖

1、第五章第五章 機(jī)械的效率及自鎖機(jī)械的效率及自鎖5-1 機(jī)械的效率機(jī)械的效率5-2 機(jī)械的自鎖機(jī)械的自鎖 因摩擦損失是不可避免的，故必有 0和 1。 機(jī)械的損失功(wf)與輸入功(wd)的比值，5-1 機(jī)械的效率機(jī)械的效率1.機(jī)械效率的概念及意義（1）機(jī)械效率 機(jī)械的輸出功(wr)與輸入功(wd)的比值，以表示。機(jī)械損失系數(shù)或損失率，以 表示。wr/wd1 1wf/wd（2）機(jī)械效率的意義 它是機(jī)械中的一個主要性能指標(biāo)。機(jī)械效率反映了輸入功在機(jī)械中的有效利用的程度。降耗節(jié)能是國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要任務(wù)之一。2.機(jī)械效率的確定（1）機(jī)械效率的計(jì)算確定1）以功表示的計(jì)算公式wr/wd1wf/wd2

2、）以功率表示的計(jì)算公式pr/pd1pf/pd3）以力或力矩表示的計(jì)算公式f0/fm0/m即 理想驅(qū)動力實(shí)際驅(qū)動力理想驅(qū)動力矩實(shí)際驅(qū)動力矩g實(shí)際機(jī)械裝置 理論機(jī)械裝置 0 = pr /pd=gvg /fvf00 = gvg /f0vf =1vgvff機(jī)械的效率機(jī)械的效率(2/10) 因其正行程實(shí)際驅(qū)動力為fgtan()，理想驅(qū)動力為f0gtan，故例1 斜面機(jī)構(gòu)已知：正行程 f gtan()反行程 fgtan()現(xiàn)求： 及 解 f0/ftan/ tan() f0 /ftan/ tan() 因其反行程實(shí)際驅(qū)動力為gf/tan()，理想驅(qū)動力為g0 f/tan，故g0/g tan()/ tan機(jī)械的

3、效率機(jī)械的效率(3/10)對嗎？錯誤！例2 螺旋機(jī)構(gòu)已知：擰緊時 m gd2tan(v)/2放松時 mgd2tan(v)/2現(xiàn)求：及 解 采用上述類似的方法，可得擰緊時 m0/m tan/ tan(v)放松時 g0/g tan(v)/ tan 機(jī)械的效率機(jī)械的效率(4/10)（2）機(jī)械效率的實(shí)驗(yàn)測定機(jī)械效率的確定除了用計(jì)算法外，更常用實(shí)驗(yàn)法來測定，許多機(jī)械尤其是動力機(jī)械在制成后，往往都需作效率實(shí)驗(yàn)。現(xiàn)以蝸桿傳動效率實(shí)驗(yàn)測定為例加以說明。1）實(shí)驗(yàn)裝置gf2rq定子平衡桿電機(jī)轉(zhuǎn)子電機(jī)定子磅秤千分表彈性梁砝碼皮帶蝸桿制動輪蝸輪聯(lián)軸器機(jī)械的效率機(jī)械的效率(5/10) 據(jù)此，可通過計(jì)算確定出整個機(jī)械的效

4、率。 同時，根據(jù)彈性梁上的千分表讀數(shù)（即代表q力），來確定出制動輪上的圓周力ftqg， 從而確定出從動軸上的力矩m從，m從ftr(qg)r該蝸桿的傳動機(jī)構(gòu)的效率公式為 p從/p主從m從/(主m主)m從/(im主)式中 i為蝸桿傳動的傳動比。 對于正在設(shè)計(jì)和制造的機(jī)械，雖然不能直接用實(shí)驗(yàn)法測定其機(jī)械效率， 但是由于各種機(jī)械都不過是由一些常用機(jī)構(gòu)組合而成的，而這些常用機(jī)構(gòu)的效率又是可通過實(shí)驗(yàn)積累的資料來預(yù)先估定的（如表5-1 簡單傳動機(jī)構(gòu)和運(yùn)動副的效率）。2）實(shí)驗(yàn)方法 實(shí)驗(yàn)時，可借助于磅秤測定出定子平衡桿的壓力f來確定出主動軸上的力矩m主， 即 m主fl機(jī)械的效率機(jī)械的效率(6/10)3. 機(jī)組的

5、機(jī)械效率計(jì)算機(jī)組 由若干個機(jī)器組成的機(jī)械系統(tǒng)。 當(dāng)已知機(jī)組各臺機(jī)器的機(jī)械效率時，則該機(jī)械的總效率可由計(jì)算求得。（1）串聯(lián) 串聯(lián)機(jī)組功率傳動的特點(diǎn)是前一機(jī)器的輸出功率即為后一機(jī)器的輸入功率。串聯(lián)機(jī)組的總機(jī)械效率為prpd p1p2pdp1pkpk-1 12k 即串聯(lián)機(jī)組總效率等于組成該機(jī)組的各個機(jī)器效率的連乘積。1k212kpdprp1p2p1p2pk-1pk-1pk=pr機(jī)械的效率機(jī)械的效率(7/10) 只要串聯(lián)機(jī)組中任一機(jī)器的效率很低，就會使整個機(jī)組的效率極低；且串聯(lián)機(jī)器數(shù)目越多，機(jī)械效率也越低。 要提高并聯(lián)機(jī)組的效率，應(yīng)著重提高傳動功率大的路線的效率。結(jié)論（2）并聯(lián) 并聯(lián)機(jī)組的特點(diǎn)是機(jī)組的

6、輸入功率為各機(jī)器的輸入功率之和，而輸出功率為各機(jī)器的輸出功率之和。 pripdip11+p22+pkkp1+p2+pk 即并聯(lián)機(jī)組的總效率與各機(jī)器的效率及其傳動的功率的大小有關(guān)，且min max； 機(jī)組的總效率主要取決于傳動功率大的機(jī)器的效率。結(jié)論12k12kp11p22pkkp1p2pkpd機(jī)械的效率機(jī)械的效率(8/10)（3）混聯(lián)混聯(lián)機(jī)組的機(jī)械效率計(jì)算步驟為1）先將輸入功至輸出功的路線弄清楚；2）然后分別計(jì)算出總的輸入功率pd和總的輸出功率pr；3）最后按下式計(jì)算其總機(jī)械效率。 pr /pd機(jī)械的效率機(jī)械的效率(9/10) 例 設(shè)已知某機(jī)械傳動裝置的機(jī)構(gòu)的效率和輸出功率，求該機(jī)械傳動裝置的

7、機(jī)械效率。解 機(jī)構(gòu)1、2、3 及4串聯(lián)的部分pdpr /(123 4 ) 5 kw/(0.9820.962)5.649 kw機(jī)構(gòu)1、2、3 、4及5串聯(lián)的部分0.2 kw/(0.9820.9420.42)0.561 kw故該機(jī)械的總效率為 pr /pd(5+0.2) kw/(5.649+0.561) kw =0.837pd pr /(123 4 5 ) ppppppp1243534dpppppppppp1234534dppp=5 kw0.980.980.960.960.940.940.42=0.2 kw機(jī)械的效率機(jī)械的效率(10/10)1. 機(jī)械的自鎖5-2 機(jī)械的自鎖機(jī)械的自鎖（1） 自鎖現(xiàn)

8、象 某些機(jī)械，就其結(jié)構(gòu)而言是能夠運(yùn)動的，但由于摩擦的存在， 卻會出現(xiàn)無論驅(qū)動力如何增大，也無法使機(jī)械運(yùn)動的現(xiàn)象。（2）自鎖意義 設(shè)計(jì)機(jī)械時，為使機(jī)械能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動，必須避免機(jī)械在所需的運(yùn)動方向發(fā)生自鎖；有些機(jī)械的工作需要具有自鎖的特性，（3）自鎖條件機(jī)械發(fā)生自鎖實(shí)質(zhì)上是機(jī)械中的運(yùn)動副發(fā)生了自鎖。如手搖螺旋千斤頂。f例 移動副摩擦角為。則ft = fsin = fntanffmax= fntan當(dāng) 時，有ft ffmax 即當(dāng) 時，無論驅(qū)動力f如何增大，其有效分力 ft 總小于驅(qū)動力 f 本身所引起的最大摩擦力ffmax，因而總不能推動滑塊運(yùn)動，即為自鎖現(xiàn)象。 結(jié)論 移動副發(fā)生自鎖的條件為：設(shè)

9、驅(qū)動力為f，傳動角為，nnftfnfrffmax機(jī)械的自鎖機(jī)械的自鎖(2/7) 在移動副中，如果作用于滑塊上的驅(qū)動力作用在其摩擦角之內(nèi)（即 ），則發(fā)生自鎖。例 轉(zhuǎn)動副設(shè)驅(qū)動力為f， 力臂長為a, 當(dāng)f作用在摩擦圓之內(nèi)時（即a ），則m = af mf =fr = f 即f 任意增大（a不變），也不能使軸頸轉(zhuǎn)動， 即發(fā)生了自鎖現(xiàn)象。 結(jié)論 轉(zhuǎn)動副發(fā)生自鎖的條件為：且作用于摩擦角之內(nèi)，摩擦圓半徑為，1212fafr=ffr=f機(jī)械的自鎖機(jī)械的自鎖(3/7)即 a 。 作用在軸頸上的驅(qū)動力為單力f， 故其自鎖條件為v 。2. 機(jī)械自鎖條件的確定(1) 從運(yùn)動副發(fā)生自鎖的條件來確定 機(jī)械的自鎖實(shí)質(zhì)就是

10、其中的運(yùn)動副發(fā)生了自鎖。例1 手搖螺旋千斤頂當(dāng)v時， 其螺旋副發(fā)生自鎖，則此機(jī)械也必將發(fā)生自鎖，(2) 從生產(chǎn)阻力g0的條件來確定 當(dāng)機(jī)械發(fā)生自鎖時，無論驅(qū)動力如何增大，機(jī)械不能運(yùn)動，這時能克服的生產(chǎn)阻力g0。支座1螺桿2托盤3重物4螺母5螺旋副手把6fg g螺旋副機(jī)械的自鎖機(jī)械的自鎖(4/7)例 手搖螺旋千斤頂自鎖要求m0，即 tan(v) 0故此千斤頂自鎖條件為 v 。 g0 意味著只有阻抗力反向變?yōu)轵?qū)動力后，才能使機(jī)械運(yùn)動，此時機(jī)械已發(fā)生自鎖。支座1螺桿2托盤3重物4螺母5螺旋副手把6fg gm反行程： 驅(qū)動力為g，阻抗力矩為m ，機(jī)構(gòu)的自鎖機(jī)構(gòu)的自鎖(5/7)m gd2tan(v)/2則（3）從效率 0的條件來確定 當(dāng)機(jī)械發(fā)生自鎖時，無論驅(qū)動力如何增大，其驅(qū)動力所作的功wd總是不足以克服其引起的最大損失功wf 。 1wf /wd 例 手搖螺旋千斤頂反行程的效率 g0/g = tan(v) /tan令0，則得此自鎖條件為 v 。（4）從自鎖的概念或定義的角度來確定 當(dāng)生產(chǎn)阻力g 一定時，驅(qū)動力f任意增大，即f。即 ft ffmax 。 此時，機(jī)械將發(fā)生自鎖。機(jī)構(gòu)的自鎖機(jī)構(gòu)的自鎖(6/7)0當(dāng) 0時，表示機(jī)械自鎖意義，不再表示機(jī)械效率。 或驅(qū)動力f 的有效