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第五章第五章 机械的效率和自锁机械的效率和自锁51 机械的效率机械的效率52 机械的自锁机械的自锁作者：潘存云教授重力功重力功动能增量动能增量有害功有害功有效功有效功驱动功驱动功m m t 一、机械运转时的功能关系一、机械运转时的功能关系51 机械的效率机械的效率1.动能方程动能方程机机械械运运转转时时，所所有有作作用用在在机机械械上上的的力力都都要要做做功功，由由能能量量守守恒恒定律知：定律知：所有外力之功等于动能增量2.机械的运转机械的运转 WdWrWfWG=E00输入功大于有害功之和。输入功大于有害功之和。WdWrWfWG=EE0 a)启动阶段启动阶段 速度速度0 ,动能动能0 0 E E启动启动作者：潘存云教授m m t 稳定运转稳定运转启动启动b)稳定运转阶段稳定运转阶段在一个循环内有在一个循环内有 WdWrWf=EE00匀速稳定阶段匀速稳定阶段 常数，任意时刻都有：常数，任意时刻都有：变速稳定阶段变速稳定阶段 在在m m上下上下 周期波动周期波动,(t)=(t)=(t+T(t+Tp p)WG=0,E=0E=0 Wd=Wr+WfWdWrWf=EE00 Wd=WrWfc)停车阶段停车阶段 0 WdWrWfWG=EE0 0；1机械稳定运转时，其输入、输出功满足机械稳定运转时，其输入、输出功满足一、机械效率及其表达形式一、机械效率及其表达形式1）功表示法）功表示法 ：=Wr /Wd =1-Wf/Wd 2）功率表示法：功率表示法：=Pr /Pd =1-Pf/Pd 3）力）力(或力矩或力矩)表示法表示法:2 2、机械效率的几种表达方式、机械效率的几种表达方式输入输出工作机 =Pr/Pd =G vG/F vF若为理想机械若为理想机械(不计摩擦不计摩擦)0=1 设输出功率不变（仍为设输出功率不变（仍为G vG,生产阻力不变的情况下给定生产阻力不变的情况下给定理想驱动力）理想驱动力）G vG =F0 vF (克服克服G，需要需要F0 （理想驱动力）（理想驱动力）(F)=G vG/F vF=F0 vF/F vF=F0/F G)=G vG/F vF=G vG/G0 vG=G/G01输入输出工作机F0vF FvG GG作者：潘存云教授理想理想机械机械对对理理想想机机械械，当当工工作作阻阻力力G一定时，一定时，有理想驱动力有理想驱动力F00Pr /Pd=G vG/F0 vF代入得代入得 F0 vF/F vFF0/F用力矩来表示有用力矩来表示有 Md0/Md1同同理理：当当驱驱动动力力F一一定定时时，理想工作阻力为理想工作阻力为G0：G0 vG/F vF1得：得：G vF/G0 vFG/G0用力矩来表示有：用力矩来表示有：M G/MG0理想理想机械机械FvF FvG GG0FvF FvG GG机械机械若为理想机械若为理想机械(不计摩擦不计摩擦)0=1机械效率可表示为：机械效率可表示为：（1 1）在在克服克服同样生产阻力（力矩）同样生产阻力（力矩）的情况下，的情况下，理理想驱动力（力矩）与实际驱动力（力矩）之比值想驱动力（力矩）与实际驱动力（力矩）之比值（2 2）在在同样驱动力（力矩）同样驱动力（力矩）的情况下，机械所能的情况下，机械所能克服的克服的实际生产阻力（力矩）与理想生产阻力（力实际生产阻力（力矩）与理想生产阻力（力矩）之比值矩）之比值二、机械效率的计算二、机械效率的计算斜面机构（螺旋）为例斜面机构（螺旋）为例GFFNF FR21 vFGFR21 +F GF R21 -滑块上升时：滑块上升时：实际驱动力：实际驱动力：F=G tan(+)理想驱动力：理想驱动力：F0=G tan =F0/F=tan /tan(+)滑块下降时：滑块下降时：（G 为为驱动力驱动力）实际阻力：实际阻力：F=G tan(-)理想阻力：理想阻力：F0=G tan =F/F0=tan(-)/tan 表表5-2 简单传动机械和运动副的效率简单传动机械和运动副的效率名名 称称传传 动动 形形 式式效率值效率值备备 注注圆柱齿圆柱齿轮传动轮传动67级精度齿轮传动级精度齿轮传动 0.980.99 良好跑合、稀油润滑良好跑合、稀油润滑 8级精度齿轮传动级精度齿轮传动 0.97 稀油润滑稀油润滑 9级精度齿轮传动级精度齿轮传动 0.96 稀油润滑稀油润滑 切制齿、开式齿轮传动切制齿、开式齿轮传动 0.940.96 干油润滑干油润滑 铸造齿、开式齿轮传动铸造齿、开式齿轮传动 0.90.93圆锥齿圆锥齿轮传动轮传动67级精度齿轮传动级精度齿轮传动 0.970.98 良好跑合、稀油润滑良好跑合、稀油润滑 8级精度齿轮传动级精度齿轮传动 0.940.97 稀油润滑稀油润滑 切制齿、开式齿轮传动切制齿、开式齿轮传动 0.920.95 干油润滑干油润滑 铸造齿、开式齿轮传动铸造齿、开式齿轮传动 0.880.92蜗杆传动蜗杆传动自锁蜗杆自锁蜗杆 0.400.45单头蜗杆单头蜗杆 0.700.75双头蜗杆双头蜗杆 0.750.82 润滑良好润滑良好 三头、四头蜗杆三头、四头蜗杆 0.800.92圆弧面蜗杆圆弧面蜗杆 0.850.95续表续表5-2 简单传动机械和运动副的效率简单传动机械和运动副的效率名名 称称传传 动动 形形 式式效率值效率值备备 注注带传动带传动平型带传动平型带传动 0.900.98滑动轴承滑动轴承球轴承球轴承 0.99 稀油润滑稀油润滑 滚子轴承滚子轴承 0.98 稀油润滑稀油润滑 滑动螺旋滑动螺旋 0.300.80滚动螺旋滚动螺旋 0.850.95V型带传动型带传动 0.940.96套筒滚子链套筒滚子链 0.96无声链无声链 0.97链传动链传动平摩擦轮传动平摩擦轮传动 0.850.92摩擦轮摩擦轮传动传动润滑良好润滑良好槽摩擦轮传动槽摩擦轮传动 0.880.900.94 润滑不良润滑不良0.97 润滑正常润滑正常0.99 液体润滑液体润滑滚动轴承滚动轴承螺旋传动螺旋传动作者：潘存云教授复杂机械的机械效率计算方法：复杂机械的机械效率计算方法：1.)1.)串联串联2.)2.)并联并联总效率不仅与各机器的效率i有关，而且与传递的功率Ni有关。设各机器中效率最高最低者分别为设各机器中效率最高最低者分别为maxmax和和minmin 则有：则有：NdNkN1N2Nk-112kN1N2NkN1N2Nk12kNdNrminminmaxmax123k并联 结论1）并不仅与各级分效率有关，还与总功率如并不仅与各级分效率有关，还与总功率如 何分配有关。何分配有关。2）并介于分效率最小值与最大值之间（并介于分效率最小值与最大值之间（min 并并 Ft F f 滑块加速运动 =Ft=F f 滑块静止或匀速运动 Ft Md M f 轴径加速转动a=Md=M f 轴径块静止或匀速转动a Md M f 轴径不能转动或减速转动致静止，即自锁自锁条件：自锁条件：a 驱动力（外力的合力）作用于摩擦圆之内时，则发生自锁。驱动力（外力的合力）作用于摩擦圆之内时，则发生自锁。5-2 机械的自锁机械的自锁三、自锁时的力学特征三、自锁时的力学特征3、机械的自锁、机械的自锁1）因机械自琐时，机械已不能运动，所以此时它所能克服的生产阻力G 0，故可由力分析求得的机械可以克服的生产阻力，通过判断G 是否小于0来确定机械是否自琐。2）机械自琐时，驱动力所做的功Wd总不足以克服损失功Wf，所以，此时机械效率 0。h=0 条件自琐，自锁条件是机械原静止，此种自锁不可靠。h0自锁可靠，且效率越小自锁越可靠结束注意：此时注意：此时 已没有一般机械效率的意义，它只表明机械自锁的情况和程已没有一般机械效率的意义，它只表明机械自锁的情况和程度。度。5-2 机械的自锁机械的自锁四、举例四、举例1、螺旋千斤顶的自锁条件。、螺旋千斤顶的自锁条件。FG保证:不论重物重量多大，均不能驱使螺母转动。即在以 G 为驱动力时，机构具有自锁性。G为任意值时所能克服的生产阻力为任意值时所能克服的生产阻力 F 0(或或 M 0）tg(-v)0 即:v h=tg(-V)/tg 0 v 或：机械效率或：机械效率 0结束5-2 机械的自锁机械的自锁四、举例四、举例2、偏心卡具：在工件反力作用下的自锁条件、偏心卡具：在工件反力作用下的自锁条件AB结束5-2 机械的自锁机械的自锁四、举例四、举例3、偏心卡具：在工件反力作用下的自锁条件、偏心卡具：在工件反力作用下的自锁条件ABF F 去除后，卡具不松脱，则必去除后，卡具不松脱，则必须使反力须使反力F FR23R23与摩擦圆与摩擦圆 相割相割FD Oe R23 E.s1sC由几何条件：由几何条件：S-S 1 由直角三角形由直角三角形ABC知：知：S1 =AC=R sin 又由直角三角形又由直角三角形OAE知：知：S =OE=e sin(-)自锁条件：自锁条件：结束5-2 机械的自锁机械的自锁四、举例四、举例3、凸轮机构推杆：在凸轮推力、凸轮机构推杆：在凸轮推力F 作用下的避免自锁条件作用下的避免自锁条件 l=?l结束5-2 机械的自锁机械的自锁四、举例四、举例3、凸轮机构推杆：在凸轮推力、凸轮机构推杆：在凸轮推力F 作用下的避免自锁条件作用下的避免自锁条件 l=?FN2FN1Ff 2Ff 1FLl水平力平衡：水平力平衡：力矩平衡：力矩平衡：不发生自锁：不发生自锁：结束作者：潘存云教授作者：潘存云教授FR13FR2390+9090-+2-+2-9090-(-)-(-)-29090-1324、求图示斜面压榨机的自锁条件求图示斜面压榨机的自锁条件。力多边形中，根据正弦定律得：力多边形中，根据正弦定律得：提问：提问：如如F力反向，该机械发生自锁吗？力反向，该机械发生自锁吗？FFR32GG=F FR R23 cos(-2)/cos-2)/cosGFFR32v32F FR R13+F FR R23+G=0 大小：大小：？方向：方向：F FR R32+F FR R12+F=0 大小：大小：？方向：方向：F=F FR R32 sin(-2)/cos-2)/cos 令令F0F0得得F=Gtan(-2)-2)tan(-2)-2)0022由由F FR R32-F FR R23 可得可得 FR13FR23FR12FR12-5-3 本章小结本章小结1）功表示法 ：=Wr /Wd =1-Wf/Wd 2）功率表示法：=Pr /Pd =1-Pf/Pd 3）力(或力矩)表示法:1、机械效率的几种表达方式机械效率可表示为：（1 1）在在克服同样生产阻力（力矩）的情况下，理想驱动力克服同样生产阻力（力矩）的情况下，理想驱动力（力矩）与实际驱动力（力矩）之比值（力矩）与实际驱动力（力矩）之比值（2 2）在同样驱动力（力矩）的情况下，机械所能克服的实在同样驱动力（力矩）的情况下，机械所能克服的实际生产阻力（力矩）与理想生产阻力（力矩）之比值际生产阻力（力矩）与理想生产阻力（力矩）之比值2、自锁时的力学特征移动副移动副自锁条件：自锁条件：驱动力（外力的合力）作用于摩擦角之内时，则发生自锁。驱动力（外力的合力）作用于摩擦角之内时，则发生自锁。转动副转动副自锁条件：自锁条件：a 驱动力（外力的合力）作用于摩擦圆之内时，则发生自锁。驱动力（外力的合力）作用于摩擦圆之内时，则发生自锁。根据不同的场合，应用不同的根据不同的场合，应用不同的机械自锁判断条件机械自锁判断条件：驱动力在运动方向上的分力驱动力在运动方向上的分力P Pt tFF摩擦力。摩擦力。令生产阻力令生产阻力Q0Q0令令00驱动力落在摩擦锥或摩擦圆之内驱动力落在摩擦锥或摩擦圆之内本章重点：本章重点：自锁的概念，以及求简单机械自锁的几何条件。自锁的概念，以及求简单机械自锁的几何条件。机械效率机械效率的计算方法的计算方法机构中不同运动副中总反力作用线的确定机构中不同运动副中总反力作用线的确定不同运动副中摩擦力与载荷之间的关系，摩擦不同运动副中摩擦力与载荷之间的关系，摩擦 角或摩擦圆的概念角或摩擦圆的概念
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