第十一章 機(jī)器機(jī)械效率

第十章平面機(jī)構(gòu)的平衡1平衡的目的和分類(lèi)消除附加動(dòng)壓力、減小振動(dòng)，改善工作性能和延長(zhǎng)壽命(機(jī)構(gòu)平衡的目的)。1)回轉(zhuǎn)件的平衡2)機(jī)架上的平衡剛性回轉(zhuǎn)件:可通過(guò)重新調(diào)整回轉(zhuǎn)件上質(zhì)量的分布,使其質(zhì)心位于旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn).一、質(zhì)量分布在同一回轉(zhuǎn)面內(nèi)應(yīng)在同一平面內(nèi)加一質(zhì)量,使其相應(yīng)的離心力與原有質(zhì)量所產(chǎn)生的離心力的合力等于零,達(dá)到平衡狀態(tài).二、質(zhì)量分布不在同一回轉(zhuǎn)內(nèi)在所選兩個(gè)回轉(zhuǎn)面內(nèi)各加適當(dāng)?shù)钠胶赓|(zhì)量。動(dòng)平衡：離心力系和合力和合力偶矩都等于零。條件:分布于該回轉(zhuǎn)件上各個(gè)質(zhì)量的離心力的合力等于零,同時(shí)離心力所引起的力偶的合力偶矩也等于零.對(duì)于軸向?qū)挾容^大的回轉(zhuǎn)件,質(zhì)量的分布不能近似地認(rèn)為位于同一回轉(zhuǎn)面內(nèi),應(yīng)看作分布于沿軸向相互平行的回轉(zhuǎn)面內(nèi),產(chǎn)生的慣性力不再是一個(gè)平面匯交力系,空間力系.其不平衡可以認(rèn)為是在兩個(gè)任選回轉(zhuǎn)面內(nèi)各有一個(gè)不平衡質(zhì)量所產(chǎn)生；要達(dá)到完全平衡，必須在所選兩個(gè)回轉(zhuǎn)面內(nèi)各加適當(dāng)?shù)钠胶赓|(zhì)量2剛性回轉(zhuǎn)件的平衡試驗(yàn)法一、靜平衡試驗(yàn)法導(dǎo)軌式靜平衡架利用靜平衡架找出回轉(zhuǎn)件不平衡質(zhì)徑積的大小和方向，并由此確定平衡質(zhì)量的大小和位置，從而使其質(zhì)心移到回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)上以達(dá)到靜平衡的方法。(1)將兩導(dǎo)軌調(diào)整為水平(2)將回轉(zhuǎn)件的軸放在導(dǎo)軌上,讓自由滾動(dòng),若有偏心質(zhì)量存在,停止運(yùn)動(dòng)時(shí),質(zhì)心在軸心的最下方(偏移方向確定)(3)用橡皮泥在質(zhì)心的相反方向加一適當(dāng)?shù)钠胶赓|(zhì)量,逐步調(diào)整大小和徑向位置(4)當(dāng)回轉(zhuǎn)件在任意位置都保持靜止不動(dòng)時(shí),所加平衡質(zhì)量與回轉(zhuǎn)半徑的乘積即為回轉(zhuǎn)件達(dá)到平衡時(shí)所需加的質(zhì)徑積的大小.圓盤(pán)式靜平衡架兩圓盤(pán)組成的支撐一端支撐高度是可調(diào)的,滿(mǎn)足兩端軸徑不等的回轉(zhuǎn)件的平衡,安裝調(diào)整較簡(jiǎn)單,摩擦阻力較大,平衡精度不高.二、動(dòng)平衡試驗(yàn)法軸向?qū)挾容^大的回轉(zhuǎn)件,必須分別在任意兩個(gè)回轉(zhuǎn)平面內(nèi)各加一個(gè)適當(dāng)?shù)馁|(zhì)量,才能使回轉(zhuǎn)件達(dá)到平衡.將回轉(zhuǎn)件裝在動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)機(jī)上運(yùn)轉(zhuǎn)，然后在兩個(gè)選定的平面內(nèi)確定所需平衡質(zhì)徑積的大小和方位，從而使回轉(zhuǎn)件達(dá)到動(dòng)平衡的方法。第十一章機(jī)器的機(jī)械效率研究?jī)?nèi)容:機(jī)器在驅(qū)動(dòng)力、生產(chǎn)阻力和有害阻力作用下所做的功和這些功與機(jī)器運(yùn)動(dòng)的關(guān)系,以及衡量機(jī)器對(duì)能量的有效利用程度的方法.§11-1機(jī)器的運(yùn)動(dòng)和功能關(guān)系機(jī)械能量守恒得機(jī)器動(dòng)能方程式機(jī)器運(yùn)動(dòng)的全周期：開(kāi)始－－停止運(yùn)動(dòng)所經(jīng)歷的時(shí)間間隔，機(jī)器主軸從開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到停止運(yùn)動(dòng)所經(jīng)的時(shí)間間隔驅(qū)動(dòng)力、有效阻力、有害阻力、重力所做的功（輸入功、輸出功，損失功）輸出功：規(guī)定機(jī)器在工作時(shí)要克服的作用在輸出件上的阻力的功，不論力的性質(zhì)如何。(1)起動(dòng)時(shí)期主軸的轉(zhuǎn)速由零增大到正常工作速度E>E0，時(shí)期較短，開(kāi)車(chē)時(shí)期(2)穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)時(shí)期(主軸速度穩(wěn)定,是真正工作階段)(a)變速穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)主軸速度在和它正常工作速度相對(duì)應(yīng)的平均值的上下作周期性的反復(fù)變動(dòng)。E＝E0圖11-1機(jī)器運(yùn)動(dòng)的全周期運(yùn)動(dòng)循環(huán)(運(yùn)動(dòng)周期):當(dāng)機(jī)器主軸的位置速度和加速度從某一原始值變回到該原始值時(shí),此變化過(guò)程(3)停車(chē)時(shí)期機(jī)器主軸的速度由正常工作速度減小到零。E<E0(b)勻速穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)主軸速度為常數(shù)。任一時(shí)間間隔，輸入功=輸出功+損失功通常此時(shí)不加驅(qū)動(dòng)力,并且為了縮短停車(chē)時(shí)間,采用制動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)增加阻力,加快停車(chē).§11-2機(jī)器的機(jī)械效率和自鎖一、機(jī)器的機(jī)械效率機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，一部分驅(qū)動(dòng)力所做的功消耗在克服一些有害阻力而變?yōu)閾p失功。在變速運(yùn)動(dòng)的一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)中，或勻速穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)的任一時(shí)間間隔內(nèi)機(jī)器的機(jī)械效率，損失效率作變速穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)的機(jī)器的效率是建立在一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)之上的，因在一個(gè)循環(huán)中的任一個(gè)微小區(qū)間內(nèi)，機(jī)器動(dòng)能的增量和重力所做的功并不等于零，輸入功的一部分還要用來(lái)增加機(jī)器的動(dòng)能和克服重力所做的功，此時(shí)輸出功與輸入功的比值并不是機(jī)器的真正效率—瞬時(shí)效率。循環(huán)效率：整個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)內(nèi)輸出功與輸入功的比值。作勻速穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)的機(jī)器，動(dòng)能在整個(gè)穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)時(shí)期內(nèi)保持不變，動(dòng)能的增量和重力的功=0，機(jī)器的效率就是任一瞬時(shí)效率。功率計(jì)算：以驅(qū)動(dòng)力和有效阻力的功率做變速穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)的機(jī)器效率是一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)內(nèi)輸出功率與輸出功率的平均值之比。做勻速穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)，則任一時(shí)刻輸出功率與輸入功率的比值=機(jī)器的機(jī)械效率。若在無(wú)有害力，則勻速運(yùn)動(dòng)的起重裝置示意圖效率以力或力矩的形式表達(dá)效率為在克服同樣生產(chǎn)阻力Q的情況下,理想驅(qū)動(dòng)力F0與實(shí)際驅(qū)動(dòng)力F的比值.2機(jī)械系統(tǒng)的機(jī)械效率機(jī)械效率指的是一臺(tái)機(jī)器的效率.對(duì)于由許多機(jī)構(gòu)或機(jī)器組成的機(jī)械系統(tǒng)的機(jī)械效率的計(jì)算,可利用已知的基本效率數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行全系統(tǒng)的效率計(jì)算.機(jī)器聯(lián)結(jié)組合的方式有串聯(lián),并聯(lián),混聯(lián)三種,機(jī)械效率也有三種不同的計(jì)算方法.(1)串聯(lián)串聯(lián)的總效率為組成該系統(tǒng)的各個(gè)機(jī)器的效率的連乘積.必小于任一局部效率，組成機(jī)器的數(shù)目越多，總效率將愈小。K個(gè)機(jī)器相互串聯(lián)(2)并聯(lián)圖由K個(gè)相互并聯(lián)的機(jī)器效率不僅與各機(jī)器的效率有關(guān),還與總輸入功如何分配到各機(jī)器的分配方法有關(guān).例題:在圖a所示的減速箱中,已知每一對(duì)齒輪的效率分別為0.95和0.92,求其總效率.1234567891011121314WdWr1Wr2(3)混聯(lián)由串聯(lián)和混聯(lián)組合而成，總效率的求法因組合的方法不同而異，能量傳遞路線(xiàn)如圖所示各對(duì)齒輪機(jī)構(gòu)的連接屬于混合連接wd1wd2WdWr1Wr2例題2:在平面滑塊機(jī)構(gòu)中,若已知驅(qū)動(dòng)力F和有效阻力Q的作用方向和作用點(diǎn)A,B(設(shè)此時(shí)滑塊不會(huì)發(fā)生傾斜)以及滑塊1的運(yùn)動(dòng)方向如圖示.運(yùn)動(dòng)副中的摩擦系數(shù)f和力Q的大小均已確定,試求此機(jī)構(gòu)所組成的機(jī)器的效率.FQv12AB根據(jù)運(yùn)動(dòng)副中摩擦”構(gòu)件A受構(gòu)件B總反作用力RBA的方向恒與其相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向成一鈍角”FQRBAMR通過(guò)力F和力Q作用線(xiàn)的交點(diǎn)M,由平衡條件得:FRQFQRBAQFR(2)作力多邊形如圖,確定各邊夾角后,按三角形關(guān)系得理想驅(qū)動(dòng)力返回二、機(jī)器的自鎖自鎖:無(wú)論驅(qū)動(dòng)力多大,機(jī)械都無(wú)法運(yùn)轉(zhuǎn)的現(xiàn)象驅(qū)動(dòng)力作用在摩擦角之內(nèi),不論驅(qū)動(dòng)力F如何增大,有效分力總小于因它而產(chǎn)生的摩擦力,A不能運(yùn)動(dòng),自鎖現(xiàn)象Fn圖1圖2轉(zhuǎn)動(dòng)副當(dāng)Q‘作用力在摩擦圓之內(nèi)時(shí),由驅(qū)動(dòng)力矩總小于由它產(chǎn)生的摩擦阻力矩,無(wú)論Q如何增大,都不能使軸轉(zhuǎn)動(dòng),出現(xiàn)自鎖現(xiàn)象.這是從力的觀點(diǎn)研究機(jī)構(gòu)的自鎖問(wèn)題,再?gòu)男实挠^點(diǎn)來(lái)研究機(jī)器的自鎖問(wèn)題.1機(jī)器的正行程和反行程正行程:驅(qū)動(dòng)力作用在原動(dòng)件上,使運(yùn)動(dòng)自原動(dòng)件向從動(dòng)件傳遞時(shí),稱(chēng)為正行程.反行程:當(dāng)正行程的生產(chǎn)阻力作為驅(qū)動(dòng)力作用到原來(lái)的從動(dòng)件上,使運(yùn)動(dòng)自正行程時(shí)的從動(dòng)件向原動(dòng)件傳遞時(shí).正反行程的原動(dòng)件和從動(dòng)件正好對(duì)調(diào)，對(duì)于由兩個(gè)構(gòu)件組成的機(jī)器，原動(dòng)件和從動(dòng)件是一個(gè)構(gòu)件，該構(gòu)件向某一指定方向運(yùn)動(dòng)時(shí)為正行程，向相反方向運(yùn)動(dòng)時(shí)為反行程。2.機(jī)器的自鎖條件Wd=Wf,h=0

若機(jī)器原來(lái)就在運(yùn)動(dòng),它仍能運(yùn)動(dòng),此時(shí)Wr=0,機(jī)器不做任何有用的功,空轉(zhuǎn).若機(jī)器原來(lái)不動(dòng),不論驅(qū)動(dòng)力多大,它能夠完成的功總是剛夠克服相應(yīng)的有害阻力所需的功,沒(méi)有多余的功可變成機(jī)器的動(dòng)能,機(jī)器不能轉(zhuǎn)動(dòng),發(fā)生自鎖.機(jī)器發(fā)生自鎖的條件:h0機(jī)械正行程和反行程的效率一般不相等,在設(shè)計(jì)機(jī)械時(shí),應(yīng)使其正行程的機(jī)械效率大于零,而反行程的效率根據(jù)使用場(chǎng)合也可以大于零,也可以小于零,在計(jì)算機(jī)器的正反行程的效率時(shí),可能遇到下類(lèi)兩種情景:正反行程時(shí)機(jī)器都能運(yùn)動(dòng)正反行程時(shí)機(jī)器能運(yùn)動(dòng),反行程時(shí)機(jī)器發(fā)生自鎖,凡使機(jī)器反行程自鎖的機(jī)構(gòu)稱(chēng)為自鎖機(jī)構(gòu).例3在如圖所示的裝置中，鼓輪的直徑為d1和d2，滑輪的d3=(d1+d2)/2,鼓輪軸承和滑輪軸承的摩擦圓半徑為，設(shè)不考慮B的摩擦力，求該裝置的效率，其中Q為載荷力，M為作用在鼓輪軸的驅(qū)動(dòng)力。QRd1d3d2M順時(shí)針o1o2K結(jié)束§11-3瞬時(shí)效率計(jì)算及自鎖分析示例一、斜面?zhèn)鲃?dòng)1.滑塊上升2.滑塊下降自鎖正行程反行程二、螺旋和蝸桿傳動(dòng)1.螺旋傳動(dòng)(1)方螺紋上升下降(2)三角螺紋2.蝸桿傳動(dòng)與三角形螺紋相同三、行星輪系傳動(dòng)原動(dòng)件為齒輪1，功率傳至行星架H2)原動(dòng)件為行星架H，功率傳至齒輪1正號(hào)機(jī)構(gòu)：負(fù)號(hào)機(jī)構(gòu)：四、凸輪機(jī)構(gòu)由力平衡和力矩平衡關(guān)系求出反力求出凸輪的作用力矩由效率計(jì)算公式自鎖條件例題2:在平面滑塊機(jī)構(gòu)中,若已知驅(qū)動(dòng)力F和有效阻力Q的作用方向和作用點(diǎn)A,B(設(shè)此時(shí)滑塊不會(huì)發(fā)生傾斜)以及滑塊1的運(yùn)動(dòng)方向如圖示.運(yùn)