機(jī)械的效率及自鎖(修改版)

1、Composition Principle and Structural Analysis of Mechanisms基本要求：基本要求：1、熟練掌握移動(dòng)副、螺旋副、轉(zhuǎn)動(dòng)副中摩擦問(wèn)題的分析和計(jì)算方法。、熟練掌握移動(dòng)副、螺旋副、轉(zhuǎn)動(dòng)副中摩擦問(wèn)題的分析和計(jì)算方法。2、熟練掌握機(jī)械效率的概念及效率的各種表達(dá)式，掌握機(jī)械效率的計(jì)、熟練掌握機(jī)械效率的概念及效率的各種表達(dá)式，掌握機(jī)械效率的計(jì)算方法。算方法。3、正確理解機(jī)械自鎖的概念，掌握確定自鎖條件的方法。、正確理解機(jī)械自鎖的概念，掌握確定自鎖條件的方法。4、了解提高機(jī)械效率的途徑及摩擦在機(jī)械中的應(yīng)用、了解提高機(jī)械效率的途徑及摩擦在機(jī)械中的應(yīng)用 本章的重

2、點(diǎn)本章的重點(diǎn):1、物體所受總反力方向的確定。、物體所受總反力方向的確定。2、移動(dòng)副、轉(zhuǎn)動(dòng)副中摩擦問(wèn)題的分析方法。、移動(dòng)副、轉(zhuǎn)動(dòng)副中摩擦問(wèn)題的分析方法。3、自鎖現(xiàn)象和自鎖條件的判斷、自鎖現(xiàn)象和自鎖條件的判斷本章的難點(diǎn)本章的難點(diǎn): 關(guān)于自鎖條件的判斷關(guān)于自鎖條件的判斷主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：1 幾種常見(jiàn)運(yùn)動(dòng)副中摩擦問(wèn)題的分析。幾種常見(jiàn)運(yùn)動(dòng)副中摩擦問(wèn)題的分析。2 考慮摩擦?xí)r機(jī)構(gòu)的受力分析。考慮摩擦?xí)r機(jī)構(gòu)的受力分析。3 機(jī)械效率的計(jì)算。機(jī)械效率的計(jì)算。4 自鎖現(xiàn)象及機(jī)構(gòu)產(chǎn)生自鎖的條件。自鎖現(xiàn)象及機(jī)構(gòu)產(chǎn)生自鎖的條件。研究摩擦的目的研究摩擦的目的摩擦的優(yōu)缺點(diǎn)：摩擦的優(yōu)缺點(diǎn)：1. 摩擦引起能量損耗，降低機(jī)械的效

3、率。摩擦引起能量損耗，降低機(jī)械的效率。2. 摩擦引起磨損，降低零件的強(qiáng)度、縮短機(jī)摩擦引起磨損，降低零件的強(qiáng)度、縮短機(jī)械的壽命，降低機(jī)械的運(yùn)動(dòng)精度。械的壽命，降低機(jī)械的運(yùn)動(dòng)精度。3. 摩擦發(fā)熱，造成機(jī)械卡死。摩擦發(fā)熱，造成機(jī)械卡死。利用摩擦工作，如利用摩擦工作，如帶傳動(dòng)帶傳動(dòng)、摩擦離合器、制動(dòng)摩擦離合器、制動(dòng)器器等。等。研究摩擦的目的：盡量減少其不利影響，充分研究摩擦的目的：盡量減少其不利影響，充分發(fā)揮其有用的方面。發(fā)揮其有用的方面。 （1 1） 移動(dòng)副中的摩擦移動(dòng)副中的摩擦1 1）平面摩擦）平面摩擦 滑塊與平面構(gòu)成的移動(dòng)滑塊與平面構(gòu)成的移動(dòng)副，滑塊在驅(qū)動(dòng)力的作用下副，滑塊在驅(qū)動(dòng)力的作用下向右移

4、動(dòng)。向右移動(dòng)。 為為 與與 的合力，即構(gòu)件的合力，即構(gòu)件1對(duì)對(duì)2的總反力，其方向與速度方向的總反力，其方向與速度方向成成 ， 為摩擦角為摩擦角 。R12FfFnR90，arctgf1、運(yùn)動(dòng)副中的摩擦、運(yùn)動(dòng)副中的摩擦（1）移動(dòng)副中的摩擦）移動(dòng)副中的摩擦2 2）斜面摩擦）斜面摩擦沿斜面等速上升沿斜面等速上升沿斜面等速下滑沿斜面等速下滑 （1）移動(dòng)副中的摩擦3 3）槽面摩擦）槽面摩擦當(dāng)量摩擦系數(shù)：當(dāng)量摩擦系數(shù)：sinvff當(dāng)量摩擦角：當(dāng)量摩擦角： arctanvvfQ（ 3 3）半圓柱面接觸半圓柱面接觸: :FN21= k Q，（k = 1/2）摩擦力計(jì)算的通式摩擦力計(jì)算的通式: :Ff21 = f

5、 FN21 = fvQ 其中其中, , fv 稱(chēng)為當(dāng)量摩擦系數(shù)稱(chēng)為當(dāng)量摩擦系數(shù), , 其取值為其取值為: :平面接觸平面接觸: : fv = f ；槽面接觸槽面接觸: : fv = f /sin ；半圓柱面接觸半圓柱面接觸: : fv = k f ，（，（k = 1/2）。）。 說(shuō)明說(shuō)明 引入當(dāng)量摩擦系數(shù)之后引入當(dāng)量摩擦系數(shù)之后, 使不同接觸形狀的移動(dòng)副中使不同接觸形狀的移動(dòng)副中的摩擦力計(jì)算和大小比較大為簡(jiǎn)化。因而這也是工程中簡(jiǎn)化處的摩擦力計(jì)算和大小比較大為簡(jiǎn)化。因而這也是工程中簡(jiǎn)化處 理問(wèn)題的一種重要方法。理問(wèn)題的一種重要方法。 移動(dòng)副中總反力的方向確定：移動(dòng)副中總反力的方向確定： 總反力與

6、法向反力偏斜一摩擦角或當(dāng)量摩擦角；總反力與法向反力偏斜一摩擦角或當(dāng)量摩擦角； 總反力與法向反力偏斜的方向與構(gòu)件總反力與法向反力偏斜的方向與構(gòu)件1相對(duì)于構(gòu)相對(duì)于構(gòu)件件2的相對(duì)速度方向相反。的相對(duì)速度方向相反。注意：注意：1 移動(dòng)副中的總反力與法向反力偏斜的角度始終為移動(dòng)副中的總反力與法向反力偏斜的角度始終為摩擦角或當(dāng)量摩擦角嗎？摩擦角或當(dāng)量摩擦角嗎？2 槽面接觸的摩擦力大于平面接觸的摩擦力，是因槽面接觸的摩擦力大于平面接觸的摩擦力，是因?yàn)椴勖娼佑|的摩擦系數(shù)大嗎？為槽面接觸的摩擦系數(shù)大嗎？3 影響當(dāng)量摩擦系數(shù)的因素有哪些？影響當(dāng)量摩擦系數(shù)的因素有哪些？（2 ）螺旋副中的摩擦）螺旋副中的摩擦研究螺旋

7、副的假設(shè)：研究螺旋副的假設(shè)：1.螺母與螺栓間的壓力集中作螺母與螺栓間的壓力集中作用于螺栓的中徑處用于螺栓的中徑處2.螺桿的螺紋可設(shè)想成為一斜螺桿的螺紋可設(shè)想成為一斜面繞在圓柱上形成的。故可將面繞在圓柱上形成的。故可將螺栓螺紋展開(kāi)成平面。螺栓螺紋展開(kāi)成平面。（2） 螺旋副中的摩擦螺旋副中的摩擦矩形螺紋螺旋副中的摩擦矩形螺紋螺旋副中的摩擦 擰緊螺母時(shí)，相當(dāng)于在滑塊上擰緊螺母時(shí)，相當(dāng)于在滑塊上施加一水平力施加一水平力 使其沿斜面等使其沿斜面等速上升速上升 故故擰緊所需力矩為擰緊所需力矩為 為螺紋的中徑，為螺紋的中徑， 為螺紋中為螺紋中徑處的升角。徑處的升角。 同理可得同理可得放松螺母所需力矩放松螺母

8、所需力矩 時(shí)，時(shí)， 為正值，是阻止為正值，是阻止螺母放松的阻力矩；螺母放松的阻力矩； 時(shí)，時(shí)， 為負(fù)值，是放為負(fù)值，是放松螺母的驅(qū)動(dòng)力矩。松螺母的驅(qū)動(dòng)力矩。FF=Gtan( + ) 22M=Fd2=Gd tan( + ) 2 22M =Fd2=Gd tan() 22dMM螺紋的基本參數(shù)螺紋的基本參數(shù)（2 ）螺旋副中的摩擦）螺旋副中的摩擦（3） 轉(zhuǎn)動(dòng)副中的摩擦1.軸頸摩擦軸頸摩擦2. 軸端摩擦軸端摩擦.軸頸摩擦（徑向軸承）軸頸摩擦（徑向軸承） 轉(zhuǎn)動(dòng)副中的總反力，轉(zhuǎn)動(dòng)副中的總反力，總反力的方位總反力的方位可根據(jù)可根據(jù)如下三點(diǎn)確定：如下三點(diǎn)確定： 在不考慮摩擦力的情況下，根據(jù)力的平衡在不考慮摩擦力的

9、情況下，根據(jù)力的平衡條件，確定不計(jì)摩擦力時(shí)的總反力的方向；條件，確定不計(jì)摩擦力時(shí)的總反力的方向； 考慮摩擦?xí)r，總反力應(yīng)與摩擦圓相切；考慮摩擦?xí)r，總反力應(yīng)與摩擦圓相切； 軸承軸承2對(duì)軸頸對(duì)軸頸1的總反力的總反力 對(duì)軸頸中心之對(duì)軸頸中心之矩的方向必與軸頸矩的方向必與軸頸1相對(duì)于軸承相對(duì)于軸承2的相對(duì)角的相對(duì)角速度速度 的方向相反。的方向相反。21RF12 .軸端摩擦（止推軸承）軸端摩擦（止推軸承）QM12 設(shè)設(shè)Q為軸向載荷，為軸向載荷，f為滑動(dòng)摩擦系數(shù)，為滑動(dòng)摩擦系數(shù)，r1、r2和為接觸面的內(nèi)半徑和外半徑，則軸頸和為接觸面的內(nèi)半徑和外半徑，則軸頸1 1在軸承在軸承2 2中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，摩擦力矩大小為：中

10、轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，摩擦力矩大小為： fvMfQr rv為當(dāng)量摩擦半徑，其大小隨壓強(qiáng)為當(dāng)量摩擦半徑，其大小隨壓強(qiáng)p的的分布規(guī)律而異。分布規(guī)律而異。 非跑合止推軸承：非跑合止推軸承： 332122212()3vrrrrr跑合止推軸承：跑合止推軸承： 122vrrr例例1 如圖所示的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，曲柄如圖所示的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，曲柄1為主動(dòng)件，在為主動(dòng)件，在力矩力矩 的作用下沿的作用下沿 方向回轉(zhuǎn)，試求轉(zhuǎn)動(dòng)副方向回轉(zhuǎn)，試求轉(zhuǎn)動(dòng)副B、C中總反力的方位。圖中虛線小圓為摩擦圓，解中總反力的方位。圖中虛線小圓為摩擦圓，解題時(shí)不考慮構(gòu)件的自重及慣性力。題時(shí)不考慮構(gòu)件的自重及慣性力。1M12考慮摩擦?xí)r機(jī)構(gòu)的受力分析例例2 如

11、圖所示的四桿機(jī)構(gòu)，曲柄如圖所示的四桿機(jī)構(gòu)，曲柄1為主動(dòng)件，在力矩為主動(dòng)件，在力矩 的作用下沿的作用下沿 方向回轉(zhuǎn)，試求各運(yùn)動(dòng)副中的反力方向回轉(zhuǎn)，試求各運(yùn)動(dòng)副中的反力及作用在構(gòu)件及作用在構(gòu)件3上的平衡力矩上的平衡力矩 。圖中虛線小圓。圖中虛線小圓為摩擦圓，解題時(shí)不考慮構(gòu)件的自重及慣性力。為摩擦圓，解題時(shí)不考慮構(gòu)件的自重及慣性力。1M13M例例3 圖示曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，已知各構(gòu)件的尺寸（包括轉(zhuǎn)圖示曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，已知各構(gòu)件的尺寸（包括轉(zhuǎn)動(dòng)副的半徑動(dòng)副的半徑 ），各運(yùn)動(dòng)副中的摩擦系數(shù)），各運(yùn)動(dòng)副中的摩擦系數(shù) ，作用，作用在滑塊上的生產(chǎn)阻力為在滑塊上的生產(chǎn)阻力為 ，試對(duì)該機(jī)構(gòu)在圖示位，試對(duì)該機(jī)構(gòu)在圖示位置時(shí)

12、進(jìn)行受力分析（各構(gòu)件的重量及慣性力均忽置時(shí)進(jìn)行受力分析（各構(gòu)件的重量及慣性力均忽略不計(jì)），并確定加于曲柄略不計(jì)），并確定加于曲柄AB上上B點(diǎn)與曲柄點(diǎn)與曲柄AB垂垂直的平衡力直的平衡力 的大小的大小 。rfrFbFFbBCA1234FrFR43FR23 FR14FR34FR23FR12FR34FR14FrFR23FbFR12FbBCA1234Fr 結(jié)論：結(jié)論： 考慮摩擦?xí)r機(jī)構(gòu)的受力分析的關(guān)鍵是確定運(yùn)動(dòng)副考慮摩擦?xí)r機(jī)構(gòu)的受力分析的關(guān)鍵是確定運(yùn)動(dòng)副中的總反力的方位。中的總反力的方位。 轉(zhuǎn)動(dòng)副中總反力的確定應(yīng)遵循三點(diǎn)。轉(zhuǎn)動(dòng)副中總反力的確定應(yīng)遵循三點(diǎn)。 移動(dòng)副中的總反力的確定應(yīng)遵循兩點(diǎn)。移動(dòng)副中的總反力

13、的確定應(yīng)遵循兩點(diǎn)。 進(jìn)行力分析時(shí)，首先從二力構(gòu)件開(kāi)始。對(duì)其他構(gòu)進(jìn)行力分析時(shí)，首先從二力構(gòu)件開(kāi)始。對(duì)其他構(gòu)件力的分析應(yīng)遵循力的平衡條件。件力的分析應(yīng)遵循力的平衡條件。例例4 圖示機(jī)構(gòu)，已知各構(gòu)件的尺寸（包括轉(zhuǎn)動(dòng)副的圖示機(jī)構(gòu)，已知各構(gòu)件的尺寸（包括轉(zhuǎn)動(dòng)副的半徑），各運(yùn)動(dòng)副中的摩擦系數(shù)，作用在滑塊上半徑），各運(yùn)動(dòng)副中的摩擦系數(shù)，作用在滑塊上的生產(chǎn)阻力，試對(duì)該機(jī)構(gòu)在圖示位置時(shí)進(jìn)行受力的生產(chǎn)阻力，試對(duì)該機(jī)構(gòu)在圖示位置時(shí)進(jìn)行受力分析（各構(gòu)件的重量及慣性力均忽略不計(jì)），并分析（各構(gòu)件的重量及慣性力均忽略不計(jì)），并確定加于原動(dòng)件確定加于原動(dòng)件1上的平衡力矩。上的平衡力矩。vFr機(jī)械效率反映了輸入功在機(jī)械中的有

14、效利用的程度。機(jī)械中的機(jī)械效率反映了輸入功在機(jī)械中的有效利用的程度。機(jī)械中的一個(gè)主要性能指標(biāo)。一個(gè)主要性能指標(biāo)。因摩擦損失是不可避免的，故必有因摩擦損失是不可避免的，故必有 0和和 1。2-3 機(jī)械的效率機(jī)械的效率1.1.機(jī)械效率的概念及意義機(jī)械效率的概念及意義（1 1）機(jī)械效率機(jī)械效率 機(jī)械的輸出功機(jī)械的輸出功( (WWr r) )與輸入功與輸入功( (WWd d) )的比值，的比值，以以 表示。表示。機(jī)械損失系數(shù)機(jī)械損失系數(shù)或或損失率損失率 機(jī)械的損失功機(jī)械的損失功(Wf)與輸入功與輸入功(Wd)的比值，的比值，以 表示。Wr/Wd1 1Wf/Wd（2）機(jī)械效率的意義）機(jī)械效率的意義降耗節(jié)

15、能是國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要任務(wù)之一。降耗節(jié)能是國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要任務(wù)之一。frdWWW機(jī)械穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)機(jī)械穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí): :2.2.機(jī)械效率的確定機(jī)械效率的確定（1）機(jī)械效率的計(jì)算確定）機(jī)械效率的計(jì)算確定1）以功表示的計(jì)算公式以功表示的計(jì)算公式Wr/Wd1Wf/Wd2）以功率表示的計(jì)算公式）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）以力或力矩表示的計(jì)算公式F0/FM0/M即 理想驅(qū)動(dòng)力實(shí)際驅(qū)動(dòng)力理想驅(qū)動(dòng)力矩實(shí)際驅(qū)動(dòng)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理想機(jī)械：不考慮摩擦的機(jī)械理想機(jī)

16、械：不考慮摩擦的機(jī)械理想驅(qū)動(dòng)力：克服同樣生產(chǎn)阻力理想機(jī)械所需要的驅(qū)動(dòng)力理想驅(qū)動(dòng)力：克服同樣生產(chǎn)阻力理想機(jī)械所需要的驅(qū)動(dòng)力 因其正行程實(shí)際驅(qū)動(dòng)力為因其正行程實(shí)際驅(qū)動(dòng)力為FGtan()，理想驅(qū)動(dòng)力為，理想驅(qū)動(dòng)力為F0Gtan，故，故例例1 1 斜面機(jī)構(gòu)斜面機(jī)構(gòu)已知：已知：正行程正行程 F Gtan()反行程反行程 FGtan()現(xiàn)求：正行程的現(xiàn)求：正行程的 及反行程的及反行程的 解解 F0/Ftan/ tan() F0 /Ftan/ tan() 因其反行程實(shí)際驅(qū)動(dòng)力為因其反行程實(shí)際驅(qū)動(dòng)力為GF/tan()，理想驅(qū)動(dòng)力為，理想驅(qū)動(dòng)力為G0 F/tan，故，故G0/G tan()/ tan對(duì)嗎？錯(cuò)誤！

17、例例2 2 螺旋機(jī)構(gòu)螺旋機(jī)構(gòu)已知：擰緊時(shí)已知：擰緊時(shí) M Gd2tan(v)/2放松時(shí)放松時(shí) MGd2tan(v)/2現(xiàn)求：現(xiàn)求：及及 解解 采用上述類(lèi)似的方法，可得采用上述類(lèi)似的方法，可得擰緊時(shí)擰緊時(shí) M0/M tan/ tan(v)放松時(shí)放松時(shí) G0/G tan(v)/ tan （2）機(jī)械效率的實(shí)驗(yàn)測(cè)定）機(jī)械效率的實(shí)驗(yàn)測(cè)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(lái)測(cè)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(lái)測(cè)定，許多機(jī)械尤其是動(dòng)力機(jī)械在制成后，往往都需做效率實(shí)驗(yàn)。許多機(jī)械尤其是動(dòng)力機(jī)械在制成后，往往都需做效率實(shí)驗(yàn)。現(xiàn)以蝸桿傳動(dòng)效率實(shí)驗(yàn)測(cè)定為例加以說(shuō)明?，F(xiàn)以蝸桿傳動(dòng)效率實(shí)驗(yàn)測(cè)定為例加

18、以說(shuō)明。1）實(shí)驗(yàn)裝置）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傳送帶蝸桿制動(dòng)輪蝸輪聯(lián)軸器 據(jù)此，可通過(guò)計(jì)算確定出整個(gè)機(jī)械的效率。 同時(shí)，根據(jù)彈性梁上的千分表讀數(shù)（即代表Q力）來(lái)確定制動(dòng)輪上的圓周力FtQG，從而確定出從動(dòng)軸上的力矩從而確定出從動(dòng)軸上的力矩M從。從。M從FtR(QG)R該蝸桿的傳動(dòng)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(dòng)的傳動(dòng)比。 對(duì)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(cè)定其機(jī)械效率， 但是由于各種機(jī)械都不過(guò)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(guò)實(shí)驗(yàn)積累的資料來(lái)預(yù)先估定的（如表5-1 簡(jiǎn)單

19、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)副的效率）。2）實(shí)驗(yàn)方法 實(shí)驗(yàn)時(shí)，可借助于磅秤測(cè)定出定子平衡桿的壓力F來(lái)確定出主動(dòng)軸上的力矩M主， 即 M主Fl。3. 機(jī)組的機(jī)械效率計(jì)算機(jī)組機(jī)組 由若干個(gè)機(jī)器組成的機(jī)械系統(tǒng)由若干個(gè)機(jī)器組成的機(jī)械系統(tǒng)。 當(dāng)已知機(jī)組各臺(tái)機(jī)器的機(jī)械效率時(shí)，則該機(jī)械的總效率可當(dāng)已知機(jī)組各臺(tái)機(jī)器的機(jī)械效率時(shí)，則該機(jī)械的總效率可由計(jì)算求得。由計(jì)算求得。（1）串聯(lián)）串聯(lián) 串聯(lián)機(jī)組功率傳動(dòng)的特點(diǎn)是前一機(jī)器的輸出功率即為后一機(jī)串聯(lián)機(jī)組功率傳動(dòng)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。器的輸入功率。串聯(lián)機(jī)組的總機(jī)械效率為串聯(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

20、等于組成該機(jī)組的各個(gè)機(jī)器效率的連乘積。即串聯(lián)機(jī)組總效率等于組成該機(jī)組的各個(gè)機(jī)器效率的連乘積。1k212kPdPrP1P2P1P2Pk-1Pk-1Pk=Pr 只要串聯(lián)機(jī)組中任一機(jī)器的效率很低，就會(huì)使整個(gè)機(jī)只要串聯(lián)機(jī)組中任一機(jī)器的效率很低，就會(huì)使整個(gè)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。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。結(jié)論結(jié)論（2）并聯(lián)）并聯(lián) 并聯(lián)機(jī)組的特點(diǎn)是機(jī)組的輸入功并聯(lián)機(jī)組的特點(diǎn)是機(jī)組的輸入功率為各機(jī)器的輸入功率之和，而輸出率為各機(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。功率為各機(jī)器的輸出功率之和。 PriPdiP11+P22+PkkP1+P2+P

21、k 即并聯(lián)機(jī)組的總效率與各機(jī)器的效率及其傳動(dòng)的功率的大即并聯(lián)機(jī)組的總效率與各機(jī)器的效率及其傳動(dòng)的功率的大小有關(guān)，且小有關(guān)，且min max； 機(jī)組的總效率主要取決于傳動(dòng)功率大機(jī)組的總效率主要取決于傳動(dòng)功率大的機(jī)器的效率。的機(jī)器的效率。 要提高并聯(lián)機(jī)組的效率，應(yīng)著重提高傳動(dòng)功率大的路要提高并聯(lián)機(jī)組的效率，應(yīng)著重提高傳動(dòng)功率大的路線的效率。線的效率。結(jié)論結(jié)論12k12kP11P22PkkP1P2PkPd（3）混聯(lián)）混聯(lián)混聯(lián)機(jī)組的機(jī)械效率計(jì)算步驟為混聯(lián)機(jī)組的機(jī)械效率計(jì)算步驟為1）將輸入功至輸出功的路線弄清楚；）將輸入功至輸出功的路線弄清楚；2）分別計(jì)算出總的輸入功率）分別計(jì)算出總的輸入功率Pd和總的

22、輸出功率和總的輸出功率Pr；3）按下式計(jì)算其總機(jī)械效率）按下式計(jì)算其總機(jī)械效率。 Pr /Pd 例例3 已知某機(jī)械傳動(dòng)裝置機(jī)構(gòu)的效率和輸出功率，求該已知某機(jī)械傳動(dòng)裝置機(jī)構(gòu)的效率和輸出功率，求該機(jī)械傳動(dòng)裝置的機(jī)械效率。機(jī)械傳動(dòng)裝置的機(jī)械效率。解解 機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)1、2、3 及及4串聯(lián)的部分串聯(lián)的部分PdPr /(123 4 ) 5/(0.9820.962)5.649 kW機(jī)構(gòu)1、2、3 、4及5串聯(lián)的部分故該機(jī)械的總效率為 Pr /Pd(5+0.2) kW/(5.649+0.561) kW =0.8370.2 /(0.9820.9420.42)0.561 kWPd Pr /(123 4 5 ) PPP

23、PPPP1243534dPPPPPPPPPP1234534dPPP=5 kW0.980.980.960.960.940.940.42=0.2 kW例例 電動(dòng)機(jī)通過(guò)電動(dòng)機(jī)通過(guò)V帶傳動(dòng)及圓錐、圓柱齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)工作機(jī)帶傳動(dòng)及圓錐、圓柱齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)工作機(jī)A和和B。設(shè)每對(duì)齒輪的效率。設(shè)每對(duì)齒輪的效率1=0.97（包括軸承的效率在內(nèi)），帶（包括軸承的效率在內(nèi)），帶傳動(dòng)的效率傳動(dòng)的效率3=0.92 ，工作機(jī)，工作機(jī)A、B的功率分別為的功率分別為PA=5KW、PB =1KW ，效率分別為，效率分別為A=0.8、B=0.5 ，試求電動(dòng)機(jī)所需，試求電動(dòng)機(jī)所需的功率。的功率。 解解: : 由并聯(lián)機(jī)組的效率計(jì)算公式，

24、得其輸入功率為由并聯(lián)機(jī)組的效率計(jì)算公式，得其輸入功率為 11518 5050 80 970 50 97ABrABPPP.KW. 由串聯(lián)機(jī)組，得電動(dòng)機(jī)的所需功率為由串聯(lián)機(jī)組，得電動(dòng)機(jī)的所需功率為 138 5059 530 970 92rdP.P.KW.4.提高機(jī)械效率的措施提高機(jī)械效率的措施 影響效率的主要因素是摩影響效率的主要因素是摩擦損耗，故提高效率可采擦損耗，故提高效率可采取如下措施：取如下措施：1、盡量簡(jiǎn)化機(jī)械系統(tǒng)、盡量簡(jiǎn)化機(jī)械系統(tǒng)落地扇的主運(yùn)動(dòng)為葉輪的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，輔助運(yùn)落地扇的主運(yùn)動(dòng)為葉輪的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，輔助運(yùn)動(dòng)為搖頭的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)，主運(yùn)動(dòng)通過(guò)蝸桿與齒動(dòng)為搖頭的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)，主運(yùn)動(dòng)通過(guò)蝸桿與齒輪傳動(dòng)

25、實(shí)現(xiàn)，扶助運(yùn)動(dòng)由雙搖桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。輪傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)，扶助運(yùn)動(dòng)由雙搖桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。大齒輪同時(shí)充當(dāng)搖桿的角色，還輸入動(dòng)力。大齒輪同時(shí)充當(dāng)搖桿的角色，還輸入動(dòng)力。整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)巧妙、新穎。整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)巧妙、新穎。 臺(tái)扇的主運(yùn)動(dòng)也為葉輪的回轉(zhuǎn)臺(tái)扇的主運(yùn)動(dòng)也為葉輪的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，但輔助運(yùn)動(dòng)為導(dǎo)流板的運(yùn)動(dòng)，但輔助運(yùn)動(dòng)為導(dǎo)流板的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，分別由兩個(gè)電機(jī)驅(qū)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，分別由兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)單，效率更高。動(dòng)，傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)單，效率更高。 分析與比較：分析與比較：落地扇和臺(tái)扇的設(shè)計(jì)都很精巧，落地扇巧妙地利用雙搖桿機(jī)構(gòu)落地扇和臺(tái)扇的設(shè)計(jì)都很精巧，落地扇巧妙地利用雙搖桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)搖頭轉(zhuǎn)向，而實(shí)現(xiàn)搖頭轉(zhuǎn)向，而臺(tái)扇是在風(fēng)產(chǎn)生后，對(duì)風(fēng)的方

26、向進(jìn)行控制，臺(tái)扇是在風(fēng)產(chǎn)生后，對(duì)風(fēng)的方向進(jìn)行控制，設(shè)計(jì)思想更加新穎、巧妙設(shè)計(jì)思想更加新穎、巧妙。落地扇采用蝸桿蝸輪、齒輪傳動(dòng)和雙搖桿機(jī)構(gòu)和離合器進(jìn)行控落地扇采用蝸桿蝸輪、齒輪傳動(dòng)和雙搖桿機(jī)構(gòu)和離合器進(jìn)行控制，設(shè)計(jì)技術(shù)成熟，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高、效率低；制，設(shè)計(jì)技術(shù)成熟，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高、效率低；臺(tái)扇對(duì)導(dǎo)流板進(jìn)行控制，更符合未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)臺(tái)扇對(duì)導(dǎo)流板進(jìn)行控制，更符合未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。并且具有結(jié)。并且具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕，尺寸小，效率更高。構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕，尺寸小，效率更高。由以上分析可見(jiàn)，由以上分析可見(jiàn)，采用對(duì)機(jī)械的簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，以最簡(jiǎn)單的機(jī)構(gòu)滿采用對(duì)機(jī)械的簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，以最簡(jiǎn)單的機(jī)構(gòu)滿足工作要求，使功率傳

27、遞通過(guò)最小的運(yùn)動(dòng)副，能大幅度地提高足工作要求，使功率傳遞通過(guò)最小的運(yùn)動(dòng)副，能大幅度地提高機(jī)械效率，降低成本。機(jī)械效率，降低成本。2、選擇合適的運(yùn)動(dòng)副形式、選擇合適的運(yùn)動(dòng)副形式 不同運(yùn)動(dòng)副的效率不同，在滿足使用功能的前提不同運(yùn)動(dòng)副的效率不同，在滿足使用功能的前提下，盡量采用效率高的運(yùn)動(dòng)副。轉(zhuǎn)動(dòng)副的效率比下，盡量采用效率高的運(yùn)動(dòng)副。轉(zhuǎn)動(dòng)副的效率比移動(dòng)副高，且配合精度也高。移動(dòng)副高，且配合精度也高。3、盡量減、盡量減小小構(gòu)件的尺寸構(gòu)件的尺寸 在滿足強(qiáng)度、剛度的前提下，不要盲目增大構(gòu)件尺在滿足強(qiáng)度、剛度的前提下，不要盲目增大構(gòu)件尺寸。如軸頸的尺寸越大，摩擦圓半徑越大，產(chǎn)生的摩擦寸。如軸頸的尺寸越大，摩

28、擦圓半徑越大，產(chǎn)生的摩擦阻力越大。阻力越大。4、盡量減少運(yùn)動(dòng)副中的摩擦、盡量減少運(yùn)動(dòng)副中的摩擦 用平面摩擦代替槽面摩擦；用平面摩擦代替槽面摩擦； 用滾動(dòng)摩擦代替滑動(dòng)摩擦；用滾動(dòng)摩擦代替滑動(dòng)摩擦； 用矩形螺旋傳動(dòng)代替三角形螺旋傳動(dòng)；用矩形螺旋傳動(dòng)代替三角形螺旋傳動(dòng)； 采用潤(rùn)滑劑；采用潤(rùn)滑劑； 合理選擇運(yùn)動(dòng)副元素的材料。合理選擇運(yùn)動(dòng)副元素的材料。1 1、機(jī)械的自鎖、機(jī)械的自鎖2-4 機(jī)械的自鎖機(jī)械的自鎖（1） 自鎖現(xiàn)象 在實(shí)際機(jī)械中，由于摩擦的存在以及驅(qū)動(dòng)力作用方向在實(shí)際機(jī)械中，由于摩擦的存在以及驅(qū)動(dòng)力作用方向的問(wèn)題，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)無(wú)論驅(qū)動(dòng)力如何增大，機(jī)械都無(wú)法運(yùn)的問(wèn)題，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)無(wú)論驅(qū)動(dòng)力如何增大，

29、機(jī)械都無(wú)法運(yùn)轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。如乘坐電梯、螺旋千斤頂、起重機(jī)等。轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。如乘坐電梯、螺旋千斤頂、起重機(jī)等。（2）自鎖意義 設(shè)計(jì)機(jī)械時(shí)，為使機(jī)械能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)，必須避免機(jī)械在設(shè)計(jì)機(jī)械時(shí)，為使機(jī)械能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)，必須避免機(jī)械在所需的運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生自鎖；有些機(jī)械的工作需要具有自鎖的特性，所需的運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生自鎖；有些機(jī)械的工作需要具有自鎖的特性，如如牛頭刨床工作臺(tái)的升降機(jī)構(gòu)及進(jìn)給機(jī)構(gòu)等。牛頭刨床工作臺(tái)的升降機(jī)構(gòu)及進(jìn)給機(jī)構(gòu)等。機(jī)械為什么會(huì)發(fā)生自鎖現(xiàn)象？機(jī)械為什么會(huì)發(fā)生自鎖現(xiàn)象？發(fā)生自鎖的條件又是什么呢？發(fā)生自鎖的條件又是什么呢？ F2、移動(dòng)副自鎖的條件：、移動(dòng)副自鎖的條件：摩擦角為摩擦角為。則。則Ft =

30、Fsin = FntanFfmax= Fntan當(dāng)當(dāng) 時(shí)，有時(shí)，有Ft Ffmax 即當(dāng)即當(dāng) 時(shí)，無(wú)論驅(qū)動(dòng)力時(shí)，無(wú)論驅(qū)動(dòng)力F如何增大，其有效分力如何增大，其有效分力 Ft 總小于總小于驅(qū)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)力 F 本身所引起的最大摩擦本身所引起的最大摩擦力力Ffmax，因而總不能推動(dòng)滑塊運(yùn)動(dòng)，即為自鎖現(xiàn)象。，因而總不能推動(dòng)滑塊運(yùn)動(dòng)，即為自鎖現(xiàn)象。 結(jié)論結(jié)論 移動(dòng)副發(fā)生自鎖的條件為：在移動(dòng)副中，如果移動(dòng)副發(fā)生自鎖的條件為：在移動(dòng)副中，如果作用于作用于滑塊上的驅(qū)動(dòng)力作用在其摩擦角之內(nèi)（即滑塊上的驅(qū)動(dòng)力作用在其摩擦角之內(nèi)（即 ），），則發(fā)生自鎖。則發(fā)生自鎖。設(shè)驅(qū)動(dòng)力為設(shè)驅(qū)動(dòng)力為F，傳動(dòng)角為傳動(dòng)角為，nnFtFn

31、FRFfmax3、轉(zhuǎn)動(dòng)副自鎖的條件：、轉(zhuǎn)動(dòng)副自鎖的條件：設(shè)驅(qū)動(dòng)力為設(shè)驅(qū)動(dòng)力為F， 力臂長(zhǎng)為力臂長(zhǎng)為a, 當(dāng)當(dāng)F作用在摩作用在摩擦圓之內(nèi)時(shí)（即擦圓之內(nèi)時(shí)（即a ），則），則M = aF Mf =FR21 = F 即即F 任意增大（任意增大（a不變），也不不變），也不能使軸頸轉(zhuǎn)動(dòng)，能使軸頸轉(zhuǎn)動(dòng)， 即發(fā)生了自鎖即發(fā)生了自鎖現(xiàn)象?，F(xiàn)象。 結(jié)論結(jié)論 作用在軸頸上的驅(qū)動(dòng)力為作用在軸頸上的驅(qū)動(dòng)力為單力單力F，且作用于摩擦圓之內(nèi)，即且作用于摩擦圓之內(nèi)，即 a a ，則發(fā)生自鎖。，則發(fā)生自鎖。摩擦圓半徑為摩擦圓半徑為，1212FaFR=FFR21=F 例題例題4 在圖示的偏心夾在圖示的偏心夾具中，具中，1為夾具

32、體，為夾具體，2為為工件，工件，3為偏心圓盤(pán)。為偏心圓盤(pán)。偏心圓盤(pán)的幾何中心為偏心圓盤(pán)的幾何中心為A，外徑為，外徑為D，偏心距為，偏心距為e，偏心圓盤(pán)軸頸的摩，偏心圓盤(pán)軸頸的摩擦圓半徑為擦圓半徑為 。當(dāng)用力。當(dāng)用力F壓下手柄時(shí)，即能將壓下手柄時(shí)，即能將工件夾緊，以便對(duì)工件工件夾緊，以便對(duì)工件加工。為了當(dāng)作用在工加工。為了當(dāng)作用在工件上的力去掉后，夾具件上的力去掉后，夾具不至于自動(dòng)松開(kāi)，則需不至于自動(dòng)松開(kāi)，則需要該夾具具有自鎖性要該夾具具有自鎖性,試試確定其自鎖的條件。確定其自鎖的條件。 1、根據(jù)構(gòu)件、根據(jù)構(gòu)件3相對(duì)于相對(duì)于2的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，確定的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，確定總反力總反力FR23的方位如的方位如圖

33、所示。圖所示。2、分別過(guò)點(diǎn)、分別過(guò)點(diǎn)O、A作作總反力總反力FR23的平行線，的平行線，則則 3、總反力、總反力FR23應(yīng)與摩應(yīng)與摩擦園相切或相割，擦園相切或相割，即即sineOEs1sssin2sinDe即為偏心夾具自鎖的條件。 故其自鎖條件為v 。4、機(jī)械自鎖條件的確定(1) 從運(yùn)動(dòng)副發(fā)生自鎖的條件來(lái)確定從運(yùn)動(dòng)副發(fā)生自鎖的條件來(lái)確定原因 機(jī)械的自鎖實(shí)質(zhì)就是其中的運(yùn)動(dòng)副發(fā)生了自鎖。例5 手搖螺旋千斤頂當(dāng)v時(shí)， 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)阻力從生產(chǎn)阻力G0的條件來(lái)確定的條件來(lái)確定 當(dāng)機(jī)械發(fā)生自鎖時(shí)，無(wú)論驅(qū)動(dòng)力如何增大，機(jī)械不能運(yùn)動(dòng)，這時(shí)能克服的生產(chǎn)阻力G0。支座1螺

34、桿2托盤(pán)3重物4螺母5螺旋副手把6FG G螺旋副例6 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(dòng)力后，才能使機(jī)械運(yùn)動(dòng)，此時(shí)機(jī)械已發(fā)生自鎖。支座1螺桿2托盤(pán)3重物4螺母5螺旋副手把6FG GM反行程： 驅(qū)動(dòng)力為G，阻抗力矩為M ，M Gd2tan(v)/2則（3）從效率）從效率 0的條件來(lái)確定的條件來(lái)確定 當(dāng)機(jī)械發(fā)生自鎖時(shí)，無(wú)論驅(qū)動(dòng)力如何增大，其驅(qū)動(dòng)力所作的當(dāng)機(jī)械發(fā)生自鎖時(shí)，無(wú)論驅(qū)動(dòng)力如何增大，其驅(qū)動(dòng)力所作的功功Wd總是不足以克服其引起的最大損失功總是不足以克服其引起的最大損失功Wf， 1Wf /Wd 0 故 例例7 7 手搖

35、螺旋千斤頂手搖螺旋千斤頂其反行程的效率為 G0/G = tan(v) /tan令0，則得此自鎖條件為 v 。 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，其絕對(duì)值的大小表示機(jī)械自鎖的程度。時(shí)，其絕對(duì)值的大小表示機(jī)械自鎖的程度。 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，機(jī)械處于臨界自鎖狀態(tài)；時(shí)，機(jī)械處于臨界自鎖狀態(tài)； 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，其絕對(duì)值越大，表明自鎖越可靠。時(shí)，其絕對(duì)值越大，表明自鎖越可靠。 000 例題例題8 圖示的斜面圖示的斜面壓榨機(jī)，若在滑塊壓榨機(jī)，若在滑塊2上施加一定的驅(qū)動(dòng)上施加一定的驅(qū)動(dòng)力力F，即可推動(dòng)構(gòu)件，即可推動(dòng)構(gòu)件3移動(dòng)并將物體移動(dòng)并將物體4壓壓緊。設(shè)緊。設(shè)G為被壓緊的為被壓緊的物體對(duì)滑塊物體對(duì)滑塊3的反作的反作用力，各接觸面的用力，各接觸面

36、的摩擦系數(shù)為摩擦系數(shù)為 。試。試求：力求：力F撤去后使機(jī)撤去后使機(jī)構(gòu)自鎖時(shí)，滑塊構(gòu)自鎖時(shí)，滑塊2的的傾角的取值范圍。傾角的取值范圍。f解解 由摩擦系數(shù)，得摩擦角由摩擦系數(shù)，得摩擦角滑塊滑塊2與構(gòu)件與構(gòu)件3的力矢量方程式的力矢量方程式farctan01232RRFFF02313RRFFGcos2sin32RFFcos2cos23RFG3223RRFF2tan GF02tan0F令生產(chǎn)阻力令生產(chǎn)阻力2即機(jī)構(gòu)自鎖的條件為即機(jī)構(gòu)自鎖的條件為 值得注意的是，值得注意的是，圖示的斜面壓榨機(jī)，要求在力圖示的斜面壓榨機(jī)，要求在力G的作用下的作用下自鎖，滑塊自鎖，滑塊2不能松退，但在力不能松退，但在力F的作用下

37、滑塊的作用下滑塊2可向左移可向左移而將物體而將物體4壓緊，力壓緊，力F反向也可使滑塊反向也可使滑塊2松退，即在力松退，即在力F的的作用下壓榨機(jī)是不自鎖的。因此，一個(gè)自鎖機(jī)構(gòu)，只是作用下壓榨機(jī)是不自鎖的。因此，一個(gè)自鎖機(jī)構(gòu)，只是對(duì)于滿足自鎖條件的驅(qū)動(dòng)力在一定運(yùn)動(dòng)方向上的自鎖；對(duì)于滿足自鎖條件的驅(qū)動(dòng)力在一定運(yùn)動(dòng)方向上的自鎖；而對(duì)于其它外力，或在其它運(yùn)動(dòng)方向上則不一定自鎖，而對(duì)于其它外力，或在其它運(yùn)動(dòng)方向上則不一定自鎖，這就是自鎖的方向性。這就是自鎖的方向性。 問(wèn)題：自鎖機(jī)械在自鎖方向上是否一定就不能運(yùn)動(dòng)？問(wèn)題：自鎖機(jī)械在自鎖方向上是否一定就不能運(yùn)動(dòng)？ 摩擦在機(jī)械中的應(yīng)用摩擦在機(jī)械中的應(yīng)用摩摩擦擦離離合合器器摩摩擦擦制制動(dòng)動(dòng)器器 依靠摩擦力使頂尖柄依靠摩擦力使頂尖柄鎖緊在頂尖座內(nèi)。鎖緊在頂尖座內(nèi)。超超越越離離合合器器V帶帶傳傳動(dòng)動(dòng)本章小結(jié) 1 運(yùn)動(dòng)副中的摩擦運(yùn)動(dòng)副中的摩擦 移動(dòng)副總反力的方位。方位包括力的方向和作用點(diǎn)。移動(dòng)副總反力的方位。方位包括力的方向和作用點(diǎn)。 槽面摩擦，當(dāng)量摩擦系數(shù)的定義，影響因素。槽面摩擦，當(dāng)量摩擦系數(shù)的定義，