機械原理第5章效率自鎖

第五章機械的效率和自鎖

§5-1機械的效率§5-2機械的自鎖機械原理TheoryofMachinesandMechanisms重點、難點：機械效率的概念，機械的自鎖條件學習提示：機械原理TheoryofMachinesandMechanisms§5-1機械的效率一、機械效率及其表達形式1、機械效率Wd=Wr

+Wf輸入功（動力）輸出功（克服生產(chǎn)阻力）損耗功（摩擦等）機械效率：

=

Wr

/Wd=1-Wf/Wd

機械損失率：

=

Wf/Wd

+

=1損失不可避免Wf

→>0；<1機械原理TheoryofMachinesandMechanisms§5-1機械的效率1）功表示法：

=

Wr

/Wd=1-Wf/Wd2）功率表示法：

=

Pr/Pd=1-Pf/Pd3）力(或力矩)表示法:2、機械效率的幾種表達方式輸入輸出工作機

=Pr/Pd=G

vG

/F

vF①設(shè)輸出功率不變（仍為G

vG

）G

vG

=F0

vF(克服G，需要F0(<F))

=G

vG

/F

vF

=

F0

vF

/F

vF

=F0/F②設(shè)輸入功率不變（仍為F

vF

）G0

vG

=F

vF(輸入

F，能克服G0(>G))

=G

vG

/F

vF

=

G

vG

/G0

vG

=G/G0若為理想機械(不計摩擦)0=1力矩表示法:

=M0/M

=Mr/Mr

0機械效率可表示為：（1）在克服同樣生產(chǎn)阻力（力矩）的情況下，理想驅(qū)動力（力矩）與實際驅(qū)動力（力矩）之比值（2）在同樣驅(qū)動力（力矩）的情況下，機械所能克服的實際生產(chǎn)阻力（力矩）與理想生產(chǎn)阻力（力矩）之比值二、機械效率的計算斜面機構(gòu)（螺旋）為例GFfFNFFR21

vFGFR21+FGFR21-滑塊上升時：

實際驅(qū)動力：

F=Gtan(+)

理想驅(qū)動力：F0=Gtan=F0/F=tan/tan(+)滑塊下降時：

（G為驅(qū)動力）

實際阻力：

F=Gtan(-)

理想阻力：F0=Gtan=F/F0=tan(-)/tan

上述方法求出的是機械的瞬時效率，對于非穩(wěn)定條件下運轉(zhuǎn)的機械應進一步求其循環(huán)效率。由于影響機械效率的因素較多，通常以實測為準（機械手冊中也有現(xiàn)行一些數(shù)據(jù)可查）。效率計算法用于指導設(shè)計。表5-1三、機組的效率1、串聯(lián)機組的效率12k……P1PdPk

P2Pk-1

結(jié)論1）串聯(lián)機組的總效率等于各級效率的連乘積。2）i<1→

串聯(lián)機器越多，機組的效率就越低。3）串聯(lián)機組的總效率必小于任一局部效率（串

<min)。4）提高串聯(lián)機組的效率→減少串聯(lián)機器的數(shù)目和提高

min。機械原理TheoryofMachinesandMechanisms三、機組的效率2、并聯(lián)機組的效率結(jié)論12N……P1PdPkP2P1P2Pk

Pr

1）并不僅與各級分效率有關(guān)，還與總功率如何分配有關(guān)。2）并介于分效率最小值與最大值之間（

min<并<

max

）。3）若各級分效率相同，則無論并聯(lián)級數(shù)多少，總效率恒等于其分效率

并

=1=2=……

=k4）為提高并→提高傳遞功率較大的機器的效率。機械原理TheoryofMachinesandMechanisms三、機組的效率3、混聯(lián)機組的效率分清輸入、輸出路線，分別計算Pr和Pd機械原理TheoryofMachinesandMechanisms§5-2機械的自鎖一、自鎖的概念

對于有些機構(gòu)，由于摩擦的存在，致使無論驅(qū)動力如何增大均不能使靜止的機構(gòu)產(chǎn)生運動，這種現(xiàn)象稱之為自鎖。二、研究自鎖的目的2）有些機構(gòu)靠自鎖原理來工作（如：機床卡具、螺紋聯(lián)接、千斤頂……）。1）使運動機械避免在自鎖點附近工作，因為此時的效率很低。機械原理TheoryofMachinesandMechanisms1v2三、自鎖時的力學特征FFRFfmax

Fn1、移動副驅(qū)動力F水平有效分力:Ft=Fsin垂直正壓力:Fn=F

cos

摩擦力Ff

=Fn

f=Fn

tg

=F

cos

tg

>

Ft>Ff→滑塊加速運動

=

Ft=Ff→滑塊靜止或勻速運動

<

Ft<Ff→滑塊不能運動或減速運動致靜止，即自鎖Ft自鎖條件：

驅(qū)動力（外力的合力）作用于摩擦錐之內(nèi)時，則發(fā)生自鎖。機械原理TheoryofMachinesandMechanisms三、自鎖時的力學特征2、轉(zhuǎn)動副FFR21a摩擦力矩Mf=FR·=F

·力平衡關(guān)系F

=FR驅(qū)動力矩Md

=F

·a

a

>

Md

>Mf→軸頸加速轉(zhuǎn)動a=

Md

=Mf→軸頸塊靜止或勻速轉(zhuǎn)動a

<

Md

<Mf→軸頸不能轉(zhuǎn)動或減速轉(zhuǎn)動至靜止，即自鎖自鎖條件：

a

驅(qū)動力（外力的合力）作用于摩擦圓之內(nèi)時，則發(fā)生自鎖。機械原理TheoryofMachinesandMechanisms§5-2機械的自鎖三、自鎖時的力學特征3、機械的自鎖1）由力分析求得的機械可以克服的生產(chǎn)阻力G

02）機械效率

0（效率越小自鎖越可靠）機械原理TheoryofMachinesandMechanisms四、舉例1、螺旋千斤頂?shù)淖枣i條件FG保證:不論重物重量多大，均不能驅(qū)使螺母轉(zhuǎn)動。即在以G

為驅(qū)動力時，機構(gòu)具有自鎖性。G為任意值時所能克服的生產(chǎn)阻力F

0(或M

0

）tg(-v)0即:

v

=tg(-v)/tg

0

v

或：機械效率

0四、舉例2、斜面壓榨機2GF4314GF43211已知：各滑動表面間的摩擦系數(shù)均為f(設(shè)摩擦角均為）求：1）在滑塊2上作用多大的推力F，才能使工件的夾緊力為G？2）若機構(gòu)不自鎖，為防止工件松脫至少需要在滑塊2上加多大的防松力F’？3）在回彈力G

作用下的自鎖條件。GF4321v31FR13FR32FR23FR121構(gòu)件3：G

+FR13+FR23=0構(gòu)件2：F

+FR12+FR32=0GFR13FR2390o+

90o(+2)+FR12FR32F+290o－90o(+)由正弦定理得：1）在滑塊2上作用多大的推力F，才能使工的夾緊力為G？2、斜面壓榨機：

2）若機構(gòu)不自鎖，為防止工件松脫至少需要在滑塊2上加多大的防松力F’？GF’432FR32v31FR13FR23FR121構(gòu)件3：G

+FR13+FR23=0構(gòu)件2：F’

+FR13+FR23=0GFR13FR2390o

90o(2)FR32FR12F’2

90o+90o()由正弦定理得：2、斜面壓榨機：3）在回彈力G

作用下的自鎖條件GF’432FR32v31FR13FR23FR121構(gòu)件3：G

+FR13+FR23=0構(gòu)件2：F’

+FR13+FR23=0GFR13FR2390o

90o(2)FR32FR12F’2

90o+90o()令：F’0自鎖條件：

2四、舉例3、偏心卡具：在工件反力作用下的自鎖條件AB四、舉例3、偏心卡具：在工件反力作用下的自鎖條件ABF去除后，卡具不松脫，則必須使反力FR23與摩擦圓相割FOReR23E.s1sC由幾何條件：S–S1

由直角三角形ABC知：

S1

=AC=Rsin又由直角三角形OAE知：