第12章 機械的效率

1、精密儀器與機械學(xué)系精密儀器與機械學(xué)系 設(shè)計工程研究所設(shè)計工程研究所12.1 機械中的摩擦機械中的摩擦12.2 機械效率和自鎖機械效率和自鎖12.3 提高機械效率的途徑提高機械效率的途徑12.4 摩擦在機械中的應(yīng)用摩擦在機械中的應(yīng)用第第12章章 機械的效率機械的效率（本章自學(xué)）（本章自學(xué)）精密儀器與機械學(xué)系精密儀器與機械學(xué)系 設(shè)計工程研究所設(shè)計工程研究所本章重點難點：本章重點難點：本章的重點本章的重點: :物體所受總反力方向的確定物體所受總反力方向的確定移動副、轉(zhuǎn)動副中摩擦問題的分析方法移動副、轉(zhuǎn)動副中摩擦問題的分析方法自鎖現(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本章的難點: :

2、關(guān)于自鎖條件的判斷關(guān)于自鎖條件的判斷精密儀器與機械學(xué)系精密儀器與機械學(xué)系 設(shè)計工程研究所設(shè)計工程研究所12.1 機械中的摩擦機械中的摩擦1 1）平面摩擦）平面摩擦12.1.1 12.1.1 移動副中的摩擦移動副中的摩擦 滑塊與平面構(gòu)成的移動滑塊與平面構(gòu)成的移動副，滑塊在自重和驅(qū)動力的副，滑塊在自重和驅(qū)動力的作用下向右移動。作用下向右移動。效率是衡量機械性能的重要指標(biāo)效率是衡量機械性能的重要指標(biāo)研究機械中摩擦的主要目的在于尋研究機械中摩擦的主要目的在于尋找提高機械效率的途徑找提高機械效率的途徑精密儀器與機械學(xué)系精密儀器與機械學(xué)系 設(shè)計工程研究所設(shè)計工程研究所12.1 機械中的摩擦機械中的摩擦12

3、.1.1 12.1.1 移動副中的摩擦移動副中的摩擦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精密儀器與機械學(xué)系精密儀器與機械學(xué)系 設(shè)計工程研究所設(shè)計工程研究所12.1.1 12.1.1 移動副中的摩擦移動副中的摩擦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)：sinffe當(dāng)量摩擦角：當(dāng)量摩擦角： eefarctan精密儀器與機械學(xué)系精密儀器與機械學(xué)系 設(shè)計工程研究所設(shè)計工程研究所12.1.2 12.1.2 螺旋副中的摩擦螺旋副中的摩擦1. 矩形螺紋螺旋副中的摩擦矩形螺紋螺旋副中的摩擦 精密儀器與機械學(xué)系精密儀器與機械學(xué)系 設(shè)計工程研究所設(shè)計工程

4、研究所12.1.2 12.1.2 螺旋副中的摩擦螺旋副中的摩擦2. 三角形螺紋螺旋副中的摩擦三角形螺紋螺旋副中的摩擦擰緊力矩：擰緊力矩：)tan(22eQddFM防松力矩：防松力矩：)tan(22eQddFM精密儀器與機械學(xué)系精密儀器與機械學(xué)系 設(shè)計工程研究所設(shè)計工程研究所12.1.3 12.1.3 轉(zhuǎn)動副中的摩擦轉(zhuǎn)動副中的摩擦1.徑向軸頸的摩擦徑向軸頸的摩擦2. 止推軸頸的摩擦止推軸頸的摩擦精密儀器與機械學(xué)系精密儀器與機械學(xué)系 設(shè)計工程研究所設(shè)計工程研究所12.2 12.2 機械效率與自鎖機械效率與自鎖12.2.1 12.2.1 機械效率的表達(dá)形式機械效率的表達(dá)形式作用在機械上的力：作用在機

5、械上的力：驅(qū)動力驅(qū)動力生產(chǎn)阻力生產(chǎn)阻力有害阻力有害阻力通常把驅(qū)動力所做的功稱為驅(qū)動功（輸通常把驅(qū)動力所做的功稱為驅(qū)動功（輸入功）入功）Wd克服生產(chǎn)阻力所做的功稱為輸出功克服生產(chǎn)阻力所做的功稱為輸出功 Wr克服有害阻力所做之功稱為損耗功克服有害阻力所做之功稱為損耗功 Wf frdWWW機械穩(wěn)定運轉(zhuǎn)時機械穩(wěn)定運轉(zhuǎn)時: :機械效率機械效率: :drWW精密儀器與機械學(xué)系精密儀器與機械學(xué)系 設(shè)計工程研究所設(shè)計工程研究所12.2.1 12.2.1 機械效率的表達(dá)形式機械效率的表達(dá)形式1.1.效率以功或功率的形式表達(dá)效率以功或功率的形式表達(dá) dfdrPPPP1 機械效率等于理想驅(qū)動力與實際驅(qū)動力的比，也等

6、于理想驅(qū)機械效率等于理想驅(qū)動力與實際驅(qū)動力的比，也等于理想驅(qū)動力矩和實際驅(qū)動力矩之比。動力矩和實際驅(qū)動力矩之比。 2.2.效率以力或力矩的形式表達(dá)效率以力或力矩的形式表達(dá)1)1)克服同樣生產(chǎn)的阻力克服同樣生產(chǎn)的阻力Q QFFFvvFFvQvFFFQ00以力的形式表達(dá)以力的形式表達(dá)FFMM0以力矩的形式表達(dá)以力矩的形式表達(dá)精密儀器與機械學(xué)系精密儀器與機械學(xué)系 設(shè)計工程研究所設(shè)計工程研究所12.2.1 12.2.1 機械效率的表達(dá)形式機械效率的表達(dá)形式2.2.效率以力或力矩的形式表達(dá)效率以力或力矩的形式表達(dá)機械效率等于實際機械克服的生產(chǎn)阻機械效率等于實際機械克服的生產(chǎn)阻力力Q與與理想機械所能克服的

7、生產(chǎn)阻力理想機械所能克服的生產(chǎn)阻力Q0 0之比，也等于機械所能克服的實之比，也等于機械所能克服的實際生產(chǎn)阻力矩與理想生產(chǎn)阻力矩之比。際生產(chǎn)阻力矩與理想生產(chǎn)阻力矩之比。 1)1)克服同樣生產(chǎn)的阻力克服同樣生產(chǎn)的阻力Q Q 00QQvQQvFvQvQQFQ以力的形式表達(dá)以力的形式表達(dá)0QQMM以力矩的形式表達(dá)以力矩的形式表達(dá)2)2)同樣驅(qū)動力同樣驅(qū)動力F F 精密儀器與機械學(xué)系精密儀器與機械學(xué)系 設(shè)計工程研究所設(shè)計工程研究所12.2.2 12.2.2 機械系統(tǒng)的機械效率機械系統(tǒng)的機械效率1.串聯(lián)串聯(lián) 結(jié)論：串聯(lián)系統(tǒng)的總效率等于各機器的效率的連乘積。串結(jié)論：串聯(lián)系統(tǒng)的總效率等于各機器的效率的連乘積。

8、串聯(lián)的級數(shù)越多，機械系統(tǒng)的效率越低。聯(lián)的級數(shù)越多，機械系統(tǒng)的效率越低。系統(tǒng)的總效率：系統(tǒng)的總效率：kkkddkPPPPPPPPPP 321123121精密儀器與機械學(xué)系精密儀器與機械學(xué)系 設(shè)計工程研究所設(shè)計工程研究所12.2.2 12.2.2 機械系統(tǒng)的機械效率機械系統(tǒng)的機械效率 結(jié)論：并聯(lián)系統(tǒng)的總效率不僅與各組成機器的效率有關(guān)結(jié)論：并聯(lián)系統(tǒng)的總效率不僅與各組成機器的效率有關(guān), ,而且與各機器所傳遞的功率也有關(guān)。而且與各機器所傳遞的功率也有關(guān)。2.并聯(lián)并聯(lián)系統(tǒng)的總效率：系統(tǒng)的總效率：kkkrPPPPPPPPd 212211精密儀器與機械學(xué)系精密儀器與機械學(xué)系 設(shè)計工程研究所設(shè)計工程研究所12.

9、2.2 12.2.2 機械系統(tǒng)的機械效率機械系統(tǒng)的機械效率3.混聯(lián)混聯(lián)由串聯(lián)和并聯(lián)組成的混聯(lián)式機械系統(tǒng)。由串聯(lián)和并聯(lián)組成的混聯(lián)式機械系統(tǒng)。其總效率的求法按其具體組合方式而定。其總效率的求法按其具體組合方式而定。設(shè)串聯(lián)部分效率為設(shè)串聯(lián)部分效率為 并聯(lián)部分效率為并聯(lián)部分效率為 系統(tǒng)的總效率：系統(tǒng)的總效率： 精密儀器與機械學(xué)系精密儀器與機械學(xué)系 設(shè)計工程研究所設(shè)計工程研究所12.2.3 12.2.3 機械的自鎖機械的自鎖 機械的自鎖：在實際機械中，由于摩擦的存在以及驅(qū)動力作用方機械的自鎖：在實際機械中，由于摩擦的存在以及驅(qū)動力作用方向的問題，有時會出現(xiàn)無論驅(qū)動力如何增大，機械向的問題，有時會出現(xiàn)無論

10、驅(qū)動力如何增大，機械都無法運轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。都無法運轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。 此時無論此時無論F 多大，均無法使滑塊運動，出現(xiàn)多大，均無法使滑塊運動，出現(xiàn)自鎖現(xiàn)象。此時驅(qū)動力作用在摩擦角內(nèi)。自鎖現(xiàn)象。此時驅(qū)動力作用在摩擦角內(nèi)。tansinntFFF驅(qū)動力有效分力：驅(qū)動力有效分力：阻力為摩擦力：阻力為摩擦力：tan21nFF21FFt當(dāng)當(dāng) 時有時有1) 1) 移動副移動副精密儀器與機械學(xué)系精密儀器與機械學(xué)系 設(shè)計工程研究所設(shè)計工程研究所12.2.3 12.2.3 機械的自鎖機械的自鎖 由于驅(qū)動力矩總小于它產(chǎn)生的摩擦阻力矩，故無論由于驅(qū)動力矩總小于它產(chǎn)生的摩擦阻力矩，故無論Q如何如何增大，也不能使軸轉(zhuǎn)動，即出現(xiàn)自鎖現(xiàn)

11、象。增大，也不能使軸轉(zhuǎn)動，即出現(xiàn)自鎖現(xiàn)象。作用在軸頸上的載荷為作用在軸頸上的載荷為Q ，當(dāng)當(dāng)e2)2)轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動副即即Q作用在摩擦圓之內(nèi)。作用在摩擦圓之內(nèi)。此時此時fdMMQeMdQRMf21（ ， ）精密儀器與機械學(xué)系精密儀器與機械學(xué)系 設(shè)計工程研究所設(shè)計工程研究所1. 1. 機械是否發(fā)生自鎖，與驅(qū)動力作用線的位置和方向有關(guān)。機械是否發(fā)生自鎖，與驅(qū)動力作用線的位置和方向有關(guān)。1 1）在移動副中，若驅(qū)動力作用在摩擦角之外，則不會發(fā)生自鎖；）在移動副中，若驅(qū)動力作用在摩擦角之外，則不會發(fā)生自鎖；2 2）在轉(zhuǎn)動副中，若驅(qū)動力作用在摩擦圓之外，則不會發(fā)生自鎖。）在轉(zhuǎn)動副中，若驅(qū)動力作用在摩擦圓之外，

12、則不會發(fā)生自鎖。12.2.3 12.2.3 機械的自鎖機械的自鎖 總結(jié)總結(jié) 2. 2. 若一個機械的某個環(huán)節(jié)發(fā)生自鎖若一個機械的某個環(huán)節(jié)發(fā)生自鎖, ,則該機械必發(fā)生自鎖。則該機械必發(fā)生自鎖。 自鎖時自鎖時, ,驅(qū)動力不超過它產(chǎn)生的摩擦阻力，即此時驅(qū)動力所做驅(qū)動力不超過它產(chǎn)生的摩擦阻力，即此時驅(qū)動力所做的功總小于或等于由它所產(chǎn)生的摩擦阻力所作的功。的功總小于或等于由它所產(chǎn)生的摩擦阻力所作的功。 此時此時機械的效率小于或等于零。機械的效率小于或等于零。 故一個機械是否會發(fā)生自鎖，可以通過分析組成機械的各個故一個機械是否會發(fā)生自鎖，可以通過分析組成機械的各個環(huán)節(jié)的自鎖情況來判斷。環(huán)節(jié)的自鎖情況來判斷

13、。故可借機械效率的計算式來判斷機械是否自鎖和分析自鎖產(chǎn)生的條件。故可借機械效率的計算式來判斷機械是否自鎖和分析自鎖產(chǎn)生的條件。精密儀器與機械學(xué)系精密儀器與機械學(xué)系 設(shè)計工程研究所設(shè)計工程研究所12.2.3 12.2.3 機械的自鎖機械的自鎖 3. 3. 系統(tǒng)任意環(huán)節(jié)自鎖則系統(tǒng)自鎖，故在分析機械系統(tǒng)系統(tǒng)任意環(huán)節(jié)自鎖則系統(tǒng)自鎖，故在分析機械系統(tǒng)的自鎖特性時應(yīng)注意。的自鎖特性時應(yīng)注意。1)1)機械通常有正反兩個行程，它們的機械效率一般并不相等，機械通常有正反兩個行程，它們的機械效率一般并不相等，反行程的效率小于零的機械稱為自鎖機械。反行程的效率小于零的機械稱為自鎖機械。2)2)自鎖機械常用于卡具、螺

14、栓連接、起重裝置和壓榨機械上。自鎖機械常用于卡具、螺栓連接、起重裝置和壓榨機械上。3)3)但自鎖機械的正行程效率都較低但自鎖機械的正行程效率都較低, ,因而在傳遞動力時因而在傳遞動力時, ,只適只適用功率小的場合。用功率小的場合。精密儀器與機械學(xué)系精密儀器與機械學(xué)系 設(shè)計工程研究所設(shè)計工程研究所 機械運轉(zhuǎn)中影響其效率的主要因素為機械中的損耗，而損耗主機械運轉(zhuǎn)中影響其效率的主要因素為機械中的損耗，而損耗主要是由摩擦引起的。要是由摩擦引起的。 要提高機械的效率必須采取措施減少摩擦。一般從設(shè)計、維護(hù)和要提高機械的效率必須采取措施減少摩擦。一般從設(shè)計、維護(hù)和使用三個方面來考慮。使用三個方面來考慮。12

15、.3 提高機械效率的途徑提高機械效率的途徑設(shè)計方面主要采取以下措施：設(shè)計方面主要采取以下措施：盡量簡化機械系統(tǒng)盡量簡化機械系統(tǒng) 選擇合適運動副形式選擇合適運動副形式 在滿足強度在滿足強度, ,剛度的條件下剛度的條件下, ,減小構(gòu)件尺寸減小構(gòu)件尺寸設(shè)法減小摩擦設(shè)法減小摩擦減小因慣性力引起的動載荷減小因慣性力引起的動載荷 精密儀器與機械學(xué)系精密儀器與機械學(xué)系 設(shè)計工程研究所設(shè)計工程研究所1. 1. 摩擦離合器摩擦離合器12. 4 4 摩擦在機械中的應(yīng)用摩擦在機械中的應(yīng)用 主動軸靠近從動軸并緊密接觸，兩主動軸靠近從動軸并緊密接觸，兩盤間的摩擦力帶動從動軸轉(zhuǎn)動。盤間的摩擦力帶動從動軸轉(zhuǎn)動。2. 2. 摩擦制動器摩擦制動器3. 3. 摩擦連結(jié)摩擦連結(jié)剎車時，剎車片靠緊鋼片，摩剎車時，剎車片靠緊鋼片，摩擦力使鋼片停下來。擦力使鋼片停下來。頂尖柄撞入頂尖座后，由于頂尖頂尖柄撞入頂尖座后，由于頂尖柄存在小錐度，在頂尖柄和頂尖柄存在小錐度，在頂尖柄和頂尖座之間產(chǎn)生摩擦力，鎖緊頂尖。座之間產(chǎn)生摩擦力，鎖緊頂尖。精密儀器與機械學(xué)系精密儀器與機械學(xué)系 設(shè)計工程研究所設(shè)計工程研究所本章基本要求：本章基本要求： 1.1.能夠熟練地對移動副中的摩擦問題進(jìn)行分析和計算；能