机械的效率与自锁

单击此处编辑母版标题样式,特别申明：本电子教案中所有素材的版权归原创作者国防科技大学潘存云教授所有。购买方有权复制多份光盘用于本单位的教学。但不得提供给第三方。未经作者同意，也不得在公开出版物中引用其中的素材，违者应承担相应的法律责任。作者：潘存云 教授 2004年2月,第二级,第三级,第四级,第五级,湖北汽车工业学院专用 作者： 潘存云教授,*,第五章 机械的效率和自锁,51,机械的效率,52,机械的自锁,湖北汽车工业学院专用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,重力功,动能增量,有害功,有效功,驱动功,m,t,一、机械运转时的功能关系,51 机械的效率,1.动能方程,机械运转时，所有作用在机械上的力都要做功，由能量守恒定律知：,所有外力之功等于动能增量,2.机械的运转,W,d,W,r,W,f,W,G,=E00,输入功大于有害功之和。,W,d,W,r,W,f,W,G,= EE,0,a),启动阶段 速度0,动能0,E,启动,湖北汽车工业学院专用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,m,t,稳定运转,启动,b),稳定运转阶段,在一个循环内有,W,d,W,r,W,f,= EE,0,0,匀速稳定阶段,常数，任意时刻都有：,变速稳定阶段,在,m,上下,周期波动,(t)=(t+,T,p,),W,G,=0,E=0,W,d,=,W,r,+,W,f,W,d,W,r,W,f,=EE,0,0,W,d,=,W,r,W,f,c),停车阶段,0,W,d,W,r,W,f,W,G,= EE,0,0,停止,输入功小于有用功与损失功之和。,输入功总是等于有用功与损失功之和。,湖北汽车工业学院专用 作者： 潘存云教授,二、机械的效率,机械在稳定运转阶段恒有:,比值,W,r,/ W,d,反映了驱动功的有效利用程度，,称为,机械效率,。,W,r,/ W,d,用功率表示,：,N,r,/,N,d,分析：,总是小于,1，当,W,f,增加时将导致,下降。,设计机械时，尽量减少摩擦损失，措施有：,W,d,=,W,r,+,W,f,b),考虑润滑,c),合理选材,1,W,f,/W,d,(,W,d,W,f,) /W,d,(,N,d,N,f,) /,N,d,1,N,f,/,N,d,a,),用滚动代替滑动,湖北汽车工业学院专用 作者： 潘存云教授,F,0,v,F,v,G,G,作者：潘存云教授,理想机械,用力的比值表示：,G,v,G,/F,v,F,N,r,/,N,d,对理想机械，,当工作阻力,G,一定时，,有理想驱动力,F,0,0,N,r,/,N,d,=,G,v,G,/F,0,v,F,代入得,F,0,v,F,/ F,v,F,F,0,/ F,用力矩来表示有,M,d0,/,M,d,1,同理：当驱动力,F,一定时，理想工作阻力为,G,0,：,G,0,v,G,/ F,v,F,1,得：,G,v,F,/G,0,v,F,G / G,0,用力矩来表示有：,M,G,/,M,G0,理想机械,F,v,F,v,G,G,0,F,v,F,v,G,G,机械,湖北汽车工业学院专用 作者： 潘存云教授,重要结论：,计算螺旋副的效率：,拧紧：,理想机械：,M,0,d,2,G tan(,) / 2,M,0,/ M,拧松时，驱动力为,G，,M,为阻力矩，则有：,实际驱动力：,G=2M,/d,2,tan(,-,v,),理想驱动力：,G,0,=2M,/d,2,tan(,),G,0,/G,以上为计算方法，工程上更多地是用实验法测定,，,表52列出由实验所得简单传动机构和运动副的机械效率(,P123-P124)。,tan(,)/tan(,v,),tan(,-,v,) / tan(,),湖北汽车工业学院专用 作者： 潘存云教授,表,5-2 简单传动机械和运动副的效率,名 称,传 动 形 式,效率值,备 注,圆柱齿轮传动,67级精度齿轮传动 0.980.99 良好跑合、稀油润滑,8级精度齿轮传动 0.97 稀油润滑,9级精度齿轮传动 0.96 稀油润滑,切制齿、开式齿轮传动 0.940.96 干油润滑,铸造齿、开式齿轮传动 0.90.93,圆锥齿轮传动,67级精度齿轮传动 0.970.98 良好跑合、稀油润滑,8级精度齿轮传动 0.940.97 稀油润滑,切制齿、开式齿轮传动 0.920.95 干油润滑,铸造齿、开式齿轮传动 0.880.92,蜗杆传动,自锁蜗杆 0.400.45,单头蜗杆 0.700.75,双头蜗杆 0.750.82 润滑良好,三头、四头蜗杆 0.800.92,圆弧面蜗杆 0.850.95,湖北汽车工业学院专用 作者： 潘存云教授,续表5-2 简单传动机械和运动副的效率,名 称,传 动 形 式,效率值,备 注,带传动,平型带传动 0.900.98,滑动轴承,球轴承 0.99 稀油润滑,滚子轴承 0.98 稀油润滑,滑动螺旋 0.300.80,滚动螺旋 0.850.95,V,型带传动 0.940.96,套筒滚子链 0.96,无声链 0.97,链传动,平摩擦轮传动 0.850.92,摩擦轮传动,润滑良好,槽摩擦轮传动 0.880.90,0.94 润滑不良,0.97 润滑正常,0.99 液体润滑,滚动轴承,螺旋传动,湖北汽车工业学院专用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,复杂机械的机械效率计算方法：,1.)串联,2.)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,N,i,有关。,设各机器中效率最高最低者分别为,max,和,min,则有：,N,d,N,k,N,1,N,2,N,k,-1,1,2,k,N,1,N,2,N,k,N,1,N,2,N,k,1,2,k,N,d,N,r,min,max,1,2,3,k,湖北汽车工业学院专用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,N,d,N,k,N,1,N,2,1,2,N,”,r,N,r,作者：潘存云教授,N,d,N,k,N,1,N,2,N,d2,N,”,d2,N,”,d3,N,d3,N,r,N,”,r,1,2,3,3,“,4,4,“,N,1,N,2,N,d2,N,”,d2,N,”,d3,N,d3,N,r,N,”,r,1,2,3,3,“,4,4,“,N,d,N,k,3.)混联,先分别计算，合成后按串联或并联计算。,作者：潘存云教授,N,r,并联计算,串联计算,N,”,r,N,r,串联计算,湖北汽车工业学院专用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,摩擦锥,v,21,2,1,无论,F,多大，滑块在,P,的作用下不可能运动,发生自锁。,当驱动力的作用线落在摩擦锥内时，则机械发生自锁。,法向分力：,F,n,=,Fcos,52 机械的自锁,水平分力：,F,t,=,Fsin,正压力：,N,21,=F,n,最大摩擦力,：,F,max,= f N,21,当,时,恒有：,工程意义：,设计新机械时，应避免在运动方向出现自锁，而有些机械要利用自锁进行工作(如,千斤顶,等)。,分析平面移动副在驱动力,P,作用的运动情况：,N,21,F,t,F,max,=,F,n,tan,=,F,n,tan,P,F,t,P,n,G,一、含移动副的机械,F,21,F,R21,湖北汽车工业学院专用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,当回转运动副仅受单力,F,作用时：,最大摩擦力矩为：,M,f,=F,R,当力,F,的作用线穿过摩擦圆(,a,),时，发生自锁。,F,M=F,a,产生的力矩为：,1,2,a,F,F,R,二、含转动副的机械,湖北汽车工业学院专用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,1,D,A,3,O,2,B,O,D,A,1,2,3,应用实例：,图示钻夹具在,F,力夹紧，去掉,F,后要求不能松开，即反行程具有自锁性。分析其几何条件。,由此可求出夹具各参数的几何条件为：,在直角,ABC,中有：,在直角,OEA,中有：,反行程具有自锁条件为：,s-s,1,e,sin,(,)(,Dsin,)/2,s =OE,s,1,=AC,e,分析：,若总反力,F,R23,穿过摩擦圆,发生自锁,=(,Dsin,) /2,=,e,sin,(,),-,F,F,R23,B,s,s,1,E,E,O,A,C,B,C,湖北汽车工业学院专用 作者： 潘存云教授,当机械出现自锁时，无论驱动力多大，都不能运动，从能量的观点来看，就是:,由此判断是否自锁及出现自锁条件。,说明：,0,时，机械已不能动，外力根本不做功，,已失去一般效率的意义。仅表明机械自锁的程度。且,越小表明自锁越可靠。,上式意味着只有当生产阻力反向而称为驱动力之后，才能使机械运动。,上式可用于判断是否自锁及出现自锁条件。,即：,0,G,0,/ G,0,G0,驱动力做的功永远,由其引起的摩擦力所做的功,湖北汽车工业学院专用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,举例1：,求螺旋千斤顶反行程的机械效率。,0,得自锁条件：,tan(,-,v,),0,令,tan(,-,v,) / tan(,),v,v,=8.7,若取：,f,=0.15,作者：潘存云教授,湖北汽车工业学院专用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,F,R13,F,R23,90,+,90,-+2,-,90,-(-),-2,90,-,1,3,2,例2,求图示斜面压榨机的机械效率。,力多边形中，根据正弦定律得：,提问：,如,F,力反向，该机械发生自锁吗？,F,F,R32,G,G =,F,R,23,cos,(,-2)/,cos,G,F,F,R32,v,32,F,R,13,+,F,R,23,+,G = 0,大小：,？ ？ ,方向：, ,F,R,32,+,F,R,12,+,F = 0,大小：,？ ？,方向：, ,F =,F,R,32,sin(,-2)/,cos,令,F0,得：,F=,Gtan,(,-2),tan(,-2),0,2,由,F,R,32,-,F,R,23,可得：,F,R13,F,R23,F,R12,F,R12,-,湖北汽车工业学院专用 作者： 潘存云教授,根据不同的场合，应用不同的,机械自锁判断条件,：,驱动力在运动方向上的分力,P,t,F,摩擦力。,令生产阻力,Q0；,令,0；,驱动力落在摩擦锥或摩擦圆之内；,本章重点：,自锁的概念，以及求简单机械自锁的几何条件。,机械效率,的计算方法,；,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,角或摩擦圆的概念；,湖北汽车工业学院专用 作者： 潘存云教授,