械的效率及自鎖222

1、houmingliang163.conComposition Principle and Structural Analysis of Mechanisms基本要求：基本要求：1、熟練掌握移動(dòng)副、螺旋副、轉(zhuǎn)動(dòng)副中摩擦問(wèn)題的分析和計(jì)算方法。、熟練掌握移動(dòng)副、螺旋副、轉(zhuǎn)動(dòng)副中摩擦問(wèn)題的分析和計(jì)算方法。2、熟練掌握機(jī)械效率的概念及效率的各種表達(dá)式，掌握機(jī)械效率的計(jì)、熟練掌握機(jī)械效率的概念及效率的各種表達(dá)式，掌握機(jī)械效率的計(jì)算方法。算方法。3、正確理解機(jī)械自鎖的概念，掌握確定自鎖條件的方法。、正確理解機(jī)械自鎖的概念，掌握確定自鎖條件的方法。4、了解提高機(jī)械效率的途徑及摩擦在機(jī)械中的應(yīng)用、了解提高機(jī)械效

2、率的途徑及摩擦在機(jī)械中的應(yīng)用 本章的重點(diǎn)本章的重點(diǎn):1、物體所受總反力方向的確定。、物體所受總反力方向的確定。2、移動(dòng)副、轉(zhuǎn)動(dòng)副中摩擦問(wèn)題的分析方法。、移動(dòng)副、轉(zhuǎn)動(dòng)副中摩擦問(wèn)題的分析方法。3、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(diǎn)本章的難點(diǎn): 關(guān)于自鎖條件的判斷關(guān)于自鎖條件的判斷主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：1 幾種常見(jiàn)運(yùn)動(dòng)副中摩擦問(wèn)題的分析。幾種常見(jiàn)運(yùn)動(dòng)副中摩擦問(wèn)題的分析。2 考慮摩擦?xí)r機(jī)構(gòu)的受力分析?？紤]摩擦?xí)r機(jī)構(gòu)的受力分析。3 機(jī)械效率的計(jì)算。機(jī)械效率的計(jì)算。4 自鎖現(xiàn)象及機(jī)構(gòu)產(chǎn)生自鎖的條件。自鎖現(xiàn)象及機(jī)構(gòu)產(chǎn)生自鎖的條件。5-1 研究摩擦的目的摩擦的優(yōu)缺點(diǎn)：摩擦的優(yōu)缺點(diǎn)： 摩

3、擦引起能量損耗，降低機(jī)械的效率。摩擦引起能量損耗，降低機(jī)械的效率。 摩擦引起磨損，降低零件的強(qiáng)度、縮短機(jī)摩擦引起磨損，降低零件的強(qiáng)度、縮短機(jī)械的壽命，降低機(jī)械的運(yùn)動(dòng)精度。械的壽命，降低機(jī)械的運(yùn)動(dòng)精度。 摩擦發(fā)熱，造成機(jī)械卡死。摩擦發(fā)熱，造成機(jī)械卡死。利用摩擦工作，如帶傳動(dòng)、摩擦離合器、制動(dòng)利用摩擦工作，如帶傳動(dòng)、摩擦離合器、制動(dòng)器等。器等。研究摩擦的目的：盡量減少其不利影響，充分研究摩擦的目的：盡量減少其不利影響，充分發(fā)揮其有用的方面。發(fā)揮其有用的方面。 5.1.1 5.1.1 移動(dòng)副中的摩擦移動(dòng)副中的摩擦1 1）平面摩擦）平面摩擦 滑塊與平面構(gòu)成的移動(dòng)副，滑滑塊與平面構(gòu)成的移動(dòng)副，滑塊在驅(qū)動(dòng)

4、力塊在驅(qū)動(dòng)力F F的作用下向左移動(dòng)。的作用下向左移動(dòng)。驅(qū)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)力F F的分解的分解構(gòu)件構(gòu)件1 1對(duì)滑塊對(duì)滑塊2 2的反力：的反力：總反力總反力R R的方向：的方向：稱為摩擦角，摩擦角的大小由摩擦系數(shù)決定，與驅(qū)動(dòng)稱為摩擦角，摩擦角的大小由摩擦系數(shù)決定，與驅(qū)動(dòng)力力F F的大小和方向無(wú)關(guān)。的大小和方向無(wú)關(guān)?？偡戳Φ姆较蚺c滑塊總反力的方向與滑塊2 2的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向成的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向成902 2）斜面摩擦）斜面摩擦如圖所示，滑塊位于傾角為如圖所示，滑塊位于傾角為的斜面上，的斜面上，Q Q為作用在為作用在滑塊上的鉛垂載荷（包括滑塊的自重），滑塊上的鉛垂載荷（包括滑塊的自重）， 為接觸為接觸面的摩擦角。現(xiàn)討

5、論滑塊沿斜面勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)所需的水面的摩擦角?，F(xiàn)討論滑塊沿斜面勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)所需的水平驅(qū)動(dòng)力平驅(qū)動(dòng)力滑塊沿斜面上升滑塊沿斜面上升 現(xiàn)設(shè)滑塊在水現(xiàn)設(shè)滑塊在水平驅(qū)動(dòng)力平驅(qū)動(dòng)力F F作用下作用下沿斜面等速上升斜沿斜面等速上升斜面對(duì)滑塊的總反力面對(duì)滑塊的總反力為為R R，它與滑塊運(yùn)，它與滑塊運(yùn)動(dòng)方向成動(dòng)方向成 ，根據(jù)平衡條件得根據(jù)平衡條件得90作力多變形，得作力多變形，得tanQF滑塊沿斜面下滑滑塊沿斜面下滑 現(xiàn)設(shè)滑塊在水現(xiàn)設(shè)滑塊在水平力平力FF作用下沿作用下沿斜面等速下滑，斜斜面等速下滑，斜面對(duì)滑塊的總反力面對(duì)滑塊的總反力為為RR，它與滑塊，它與滑塊運(yùn)動(dòng)方向成運(yùn)動(dòng)方向成 ，根據(jù)平衡條件得根據(jù)平衡條件得90作

6、力多變形，得作力多變形，得tanQF應(yīng)當(dāng)注意：在下滑時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意：在下滑時(shí)，Q為驅(qū)動(dòng)力。為驅(qū)動(dòng)力。F為正值，是阻止滑塊為正值，是阻止滑塊1加速加速下滑的阻抗力；下滑的阻抗力；F為負(fù)值，其方向與圖示方向相反，為負(fù)值，其方向與圖示方向相反，F(xiàn)是驅(qū)動(dòng)力，其作用是促使滑塊是驅(qū)動(dòng)力，其作用是促使滑塊1沿斜面沿斜面2等速等速下滑。下滑。tanQF3 3）槽面摩擦）槽面摩擦 如圖所示，楔形滑塊如圖所示，楔形滑塊A置于夾角為置于夾角為2的槽面的槽面B上，上，Q為為作用于滑塊上的鉛垂載荷（包括滑塊自重），接觸面間的作用于滑塊上的鉛垂載荷（包括滑塊自重），接觸面間的摩擦系數(shù)為摩擦系數(shù)為 。現(xiàn)設(shè)滑塊受水平驅(qū)動(dòng)力?，F(xiàn)

7、設(shè)滑塊受水平驅(qū)動(dòng)力F作用沿槽面作作用沿槽面作勻速滑動(dòng)，其接觸面上的摩擦力應(yīng)如何計(jì)算？勻速滑動(dòng)，其接觸面上的摩擦力應(yīng)如何計(jì)算？f當(dāng)量摩擦角：當(dāng)量摩擦角： vvfarctan當(dāng)量摩擦系數(shù)：當(dāng)量摩擦系數(shù)：sinffv當(dāng)量摩擦系數(shù)相當(dāng)于把楔形滑塊視為平面滑塊時(shí)的摩擦系數(shù)。當(dāng)量摩擦系數(shù)相當(dāng)于把楔形滑塊視為平面滑塊時(shí)的摩擦系數(shù)。由于由于 大于大于 ，故楔形滑塊摩擦較平滑塊要大，因，故楔形滑塊摩擦較平滑塊要大，因此常常利用楔形增大所需的摩擦力。此常常利用楔形增大所需的摩擦力。V帶傳動(dòng)、三帶傳動(dòng)、三角螺紋聯(lián)接即為其應(yīng)用的實(shí)例。角螺紋聯(lián)接即為其應(yīng)用的實(shí)例。 vff影響當(dāng)量摩擦系數(shù)的因素：影響當(dāng)量摩擦系數(shù)的因素：

8、）接觸面的幾何形狀。）接觸面的幾何形狀。）摩擦系數(shù)）摩擦系數(shù)5.1.2 螺旋副中的摩擦研究螺旋副時(shí)的假定：研究螺旋副時(shí)的假定：）螺母與螺柱間的壓力作用在）螺母與螺柱間的壓力作用在螺旋平均半徑螺旋平均半徑的螺旋線上。的螺旋線上。）螺旋副中力的作用與滑塊和斜）螺旋副中力的作用與滑塊和斜面間力的作用相同。這樣就可以把面間力的作用相同。這樣就可以把平均半徑處的螺旋線展開(kāi)在平面上，平均半徑處的螺旋線展開(kāi)在平面上，將將空間問(wèn)題化為平面問(wèn)題來(lái)研究?？臻g問(wèn)題化為平面問(wèn)題來(lái)研究。1. 矩形螺紋螺旋副中的摩擦矩形螺紋螺旋副中的摩擦 力矩可力矩可用假想作用在用假想作用在螺紋平均半徑螺紋平均半徑處的水平處的水平力代替

9、，即力代替，即0FrM 擰緊螺母時(shí)，相當(dāng)于滑塊沿斜面上升：擰緊螺母時(shí)，相當(dāng)于滑塊沿斜面上升：松開(kāi)螺母時(shí)，相當(dāng)于滑塊沿斜面下滑：松開(kāi)螺母時(shí)，相當(dāng)于滑塊沿斜面下滑：tan00QrFrMtan00QrrFM為正值，為阻止螺母加速松退的阻力矩；為正值，為阻止螺母加速松退的阻力矩；為負(fù)值，即為負(fù)值，即為放松螺母所需的驅(qū)動(dòng)力矩。為放松螺母所需的驅(qū)動(dòng)力矩。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研究非矩形螺紋研究非矩形螺紋時(shí)，可把螺母在螺柱時(shí)，可把螺母在螺柱上的運(yùn)動(dòng)近似地認(rèn)為上的運(yùn)動(dòng)近似地認(rèn)為是楔形滑塊沿槽面的是楔形滑塊沿槽面的運(yùn)動(dòng)，而斜槽面的夾運(yùn)動(dòng)，而斜槽面的夾角可認(rèn)為等于角可認(rèn)為等于為非矩

10、形螺紋的半頂角。為非矩形螺紋的半頂角。9022cos90sinfffv則當(dāng)量摩擦系數(shù)為：則當(dāng)量摩擦系數(shù)為：則當(dāng)量摩擦角為：則當(dāng)量摩擦角為：cosarctanarctanffvv擰緊力矩：擰緊力矩：)tan(00vQrFrM防松力矩：防松力矩：)tan(00vQrrFM5.1.3 轉(zhuǎn)動(dòng)副中的摩擦轉(zhuǎn)動(dòng)副按載荷作用情況不同分為兩種。轉(zhuǎn)動(dòng)副按載荷作用情況不同分為兩種。）軸頸摩擦：當(dāng)載荷垂直于軸的徑向的轉(zhuǎn)動(dòng)副摩擦）軸頸摩擦：當(dāng)載荷垂直于軸的徑向的轉(zhuǎn)動(dòng)副摩擦）軸端摩擦：當(dāng)載荷平行于軸的幾何軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)副摩擦）軸端摩擦：當(dāng)載荷平行于軸的幾何軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)副摩擦軸頸摩擦軸頸摩擦軸端摩擦軸端摩擦、軸頸摩擦軸頸摩擦現(xiàn)設(shè)

11、軸頸受驅(qū)動(dòng)力矩現(xiàn)設(shè)軸頸受驅(qū)動(dòng)力矩的作用作等速回轉(zhuǎn)，根據(jù)的作用作等速回轉(zhuǎn)，根據(jù)平衡條件知，軸承對(duì)軸頸平衡條件知，軸承對(duì)軸頸所有法向反力和摩擦力所有法向反力和摩擦力合成后的總反力合成后的總反力A必與必與等值反向，等值反向，與必組與必組成一對(duì)力偶成一對(duì)力偶，力偶矩，力偶矩與與等值反向，等值反向，力偶臂為：力偶臂為：因?yàn)椋阂驗(yàn)椋簞t：則：摩擦力矩：摩擦力矩：當(dāng)量摩擦系數(shù)：當(dāng)量摩擦系數(shù)：由前面的知識(shí)知：由前面的知識(shí)知：力偶臂為：力偶臂為：摩擦園：摩擦園：以力偶臂為半徑以力偶臂為半徑的圓。的圓。摩擦園半徑：摩擦園半徑：力偶臂力偶臂在對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行受力分析時(shí)，需要確定轉(zhuǎn)動(dòng)副中的總反力，總反力的方位可根據(jù)如下三點(diǎn)確

12、定： 在不考慮摩擦力的情況下，根據(jù)力的平衡條件，確定不計(jì)摩擦力時(shí)的在不考慮摩擦力的情況下，根據(jù)力的平衡條件，確定不計(jì)摩擦力時(shí)的總反力的方向；總反力的方向； 考慮摩擦?xí)r，總反力應(yīng)與摩擦圓相切；考慮摩擦?xí)r，總反力應(yīng)與摩擦圓相切； 軸承軸承B B對(duì)軸頸對(duì)軸頸A A的總反力對(duì)軸頸中心之矩的方向必與軸頸的總反力對(duì)軸頸中心之矩的方向必與軸頸A A相對(duì)于軸承相對(duì)于軸承B B的相對(duì)角速度的方向相反。的相對(duì)角速度的方向相反。2、軸端摩擦軸端摩擦 當(dāng)軸端在止推軸承上旋轉(zhuǎn)時(shí)，接當(dāng)軸端在止推軸承上旋轉(zhuǎn)時(shí)，接觸面間將產(chǎn)生摩擦力。摩擦力對(duì)軸回觸面間將產(chǎn)生摩擦力。摩擦力對(duì)軸回轉(zhuǎn)軸線之矩即摩擦力矩轉(zhuǎn)軸線之矩即摩擦力矩fM d

13、ds 2dspdFNdsfpfdFdFNfdsfpdFdMffdpfdsfpMRrRrf22環(huán)形微面積環(huán)形微面積環(huán)形微面積上所受的正壓力環(huán)形微面積上所受的正壓力摩擦力為摩擦力為軸端所受的摩擦力矩軸端所受的摩擦力矩A A 新軸端新軸端可認(rèn)為整個(gè)軸端接觸面上的壓強(qiáng)可認(rèn)為整個(gè)軸端接觸面上的壓強(qiáng)223332rRrRfQMf上式可分兩種情況討論。上式可分兩種情況討論。dpfdsfpMRrRrf22B B 跑合軸端跑合軸端經(jīng)過(guò)一段時(shí)間工作后的軸端。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間工作后的軸端。軸端與軸承接觸面的壓強(qiáng)不再處處相等，而更符合軸端與軸承接觸面的壓強(qiáng)不再處處相等，而更符合常數(shù)p2rRfQMf軸端中心處的壓強(qiáng)非常大，極

14、易壓潰，故對(duì)于載荷較大軸端中心處的壓強(qiáng)非常大，極易壓潰，故對(duì)于載荷較大的通常作成空心的的通常作成空心的 移動(dòng)副中總反力的方向確定：移動(dòng)副中總反力的方向確定： 總反力與法向反力偏斜一摩擦角或當(dāng)量摩擦角；總反力與法向反力偏斜一摩擦角或當(dāng)量摩擦角； 總反力與法向反力偏斜的方向與構(gòu)件總反力與法向反力偏斜的方向與構(gòu)件1相對(duì)于構(gòu)相對(duì)于構(gòu)件件2的相對(duì)速度方向相反。的相對(duì)速度方向相反。注意：注意：1 移動(dòng)副中的總反力與法向反力偏斜的角度始終為移動(dòng)副中的總反力與法向反力偏斜的角度始終為摩擦角或當(dāng)量摩擦角嗎？摩擦角或當(dāng)量摩擦角嗎？2 槽面接觸的摩擦力大于平面接觸的摩擦力，是因槽面接觸的摩擦力大于平面接觸的摩擦力，

15、是因?yàn)椴勖娼佑|的摩擦系數(shù)大嗎？為槽面接觸的摩擦系數(shù)大嗎？3 影響當(dāng)量摩擦系數(shù)的因素有哪些？影響當(dāng)量摩擦系數(shù)的因素有哪些？例例5-1 如圖所示的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，曲柄如圖所示的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，曲柄1為主動(dòng)件，為主動(dòng)件，在力矩在力矩 的作用下沿的作用下沿 方向回轉(zhuǎn)，試求轉(zhuǎn)動(dòng)副方向回轉(zhuǎn)，試求轉(zhuǎn)動(dòng)副B、C中總反力的方位。圖中虛線小圓為摩擦圓，解中總反力的方位。圖中虛線小圓為摩擦圓，解題時(shí)不考慮構(gòu)件的自重及慣性力。題時(shí)不考慮構(gòu)件的自重及慣性力。1M15.2考慮摩擦?xí)r機(jī)構(gòu)的受力分析例例5-2 如圖所示的四桿機(jī)構(gòu)，曲柄如圖所示的四桿機(jī)構(gòu)，曲柄1為主動(dòng)件，在力為主動(dòng)件，在力矩矩 的作用下沿的作用下沿 方向回轉(zhuǎn)，試求

16、各運(yùn)動(dòng)副中的方向回轉(zhuǎn)，試求各運(yùn)動(dòng)副中的反力及作用在構(gòu)件反力及作用在構(gòu)件3上的平衡力矩上的平衡力矩 。圖中虛線。圖中虛線小圓為摩擦圓，解題時(shí)不考慮構(gòu)件的自重及慣性小圓為摩擦圓，解題時(shí)不考慮構(gòu)件的自重及慣性力。力。1M13M例例5-3 圖示曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，已知各構(gòu)件的尺寸（包括圖示曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，已知各構(gòu)件的尺寸（包括轉(zhuǎn)動(dòng)副的半徑轉(zhuǎn)動(dòng)副的半徑 ），各運(yùn)動(dòng)副中的摩擦系數(shù)），各運(yùn)動(dòng)副中的摩擦系數(shù) ，作，作用在滑塊上的生產(chǎn)阻力為用在滑塊上的生產(chǎn)阻力為 ，試對(duì)該機(jī)構(gòu)在圖示，試對(duì)該機(jī)構(gòu)在圖示位置時(shí)進(jìn)行受力分析（各構(gòu)件的重量及慣性力均位置時(shí)進(jìn)行受力分析（各構(gòu)件的重量及慣性力均忽略不計(jì)），并確定加于點(diǎn)忽略不計(jì)），并

17、確定加于點(diǎn)B與曲柄與曲柄AB垂直的平垂直的平衡力的大小衡力的大小 。rfrFbF 結(jié)論： 考慮摩擦?xí)r機(jī)構(gòu)的受力分析的關(guān)鍵是確定運(yùn)動(dòng)副中的總反力的方位。 轉(zhuǎn)動(dòng)副中總反力的確定應(yīng)遵循三點(diǎn)。 移動(dòng)副中的總反力的確定應(yīng)遵循兩點(diǎn)。 進(jìn)行力分析時(shí)，首先從二力構(gòu)件開(kāi)始。對(duì)其他構(gòu)件力的分析應(yīng)遵循力的平衡條件。例例5-4 圖示機(jī)構(gòu)，已知各構(gòu)件的尺寸（包括轉(zhuǎn)動(dòng)副圖示機(jī)構(gòu)，已知各構(gòu)件的尺寸（包括轉(zhuǎn)動(dòng)副的半徑），各運(yùn)動(dòng)副中的摩擦系數(shù)，作用在滑塊的半徑），各運(yùn)動(dòng)副中的摩擦系數(shù)，作用在滑塊上的生產(chǎn)阻力，試對(duì)該機(jī)構(gòu)在圖示位置時(shí)進(jìn)行受上的生產(chǎn)阻力，試對(duì)該機(jī)構(gòu)在圖示位置時(shí)進(jìn)行受力分析（各構(gòu)件的重量及慣性力均忽略不計(jì)），力分析（

18、各構(gòu)件的重量及慣性力均忽略不計(jì)），并確定加于原動(dòng)件并確定加于原動(dòng)件1上的平衡力矩。上的平衡力矩。 因摩擦損失是不可避免的，故必有 0和 1。5-3 機(jī)械的效率機(jī)械的效率1.機(jī)械效率的概念及意義（1）機(jī)械效率 機(jī)械的輸出功(Wr)與輸入功(Wd)的比值，以表示。機(jī)械損失系數(shù)或損失率 機(jī)械的損失功(Wf)與輸入功(Wd)的比值，以 表示。Wr/Wd1 1Wf/Wd（2）機(jī)械效率的意義 它是機(jī)械中的一個(gè)主要性能指標(biāo)。機(jī)械效率反映了輸入功在機(jī)械中的有效利用的程度。降耗節(jié)能是國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要任務(wù)之一。frdWWW機(jī)械穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)機(jī)械穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí): :2.機(jī)械效率的確定（1）機(jī)械效率的計(jì)算確定1）以功

19、表示的計(jì)算公式Wr/Wd1Wf/Wd2）以功率表示的計(jì)算公式Pr/Pd1Pf/Pd3）以力或力矩表示的計(jì)算公式F0/FM0/M即 理想驅(qū)動(dòng)力實(shí)際驅(qū)動(dòng)力理想驅(qū)動(dòng)力矩實(shí)際驅(qū)動(dòng)力矩 利用功的比值或功率的比值計(jì)算機(jī)械的效率往往不夠簡(jiǎn)單，利用功的比值或功率的比值計(jì)算機(jī)械的效率往往不夠簡(jiǎn)單，下面介紹一種用力或力矩的形式表示效率的計(jì)算公式。下面介紹一種用力或力矩的形式表示效率的計(jì)算公式。FGdrvFvGNNG實(shí)際機(jī)械裝置 理論機(jī)械裝置 00vGvFF理想機(jī)械：理想機(jī)械：不存在摩擦的機(jī)械。不存在摩擦的機(jī)械。理想機(jī)械所需的驅(qū)動(dòng)力理想機(jī)械所需的驅(qū)動(dòng)力理想機(jī)械的效率應(yīng)等于理想機(jī)械的效率應(yīng)等于1 1，即，即10FGd

20、rvFvGNNFFvFvFFF00MM0G0F理想驅(qū)動(dòng)力：理想驅(qū)動(dòng)力：克服同樣的生產(chǎn)阻力克服同樣的生產(chǎn)阻力 ,實(shí)際驅(qū)動(dòng)力矩理想驅(qū)動(dòng)力矩實(shí)際驅(qū)動(dòng)力理想驅(qū)動(dòng)力 因其正行程實(shí)際驅(qū)動(dòng)力為FGtan()，理想驅(qū)動(dòng)力為F0Gtan，故例5-1 斜面機(jī)構(gòu)已知：正行程 F Gtan()反行程 FGtan()現(xiàn)求：正行程的 及反行程的 解 F0/Ftan/ tan() F0 /Ftan/ tan() 因其反行程實(shí)際驅(qū)動(dòng)力為GF/tan()，理想驅(qū)動(dòng)力為G0 F/tan，故G0/G tan()/ tan對(duì)嗎？錯(cuò)誤！例5-2 螺旋機(jī)構(gòu)已知：擰緊時(shí) M Gd2tan(v)/2放松時(shí) MGd2tan(v)/2現(xiàn)求：及

21、解 采用上述類似的方法，可得擰緊時(shí) M0/M tan/ tan(v)放松時(shí) G0/G tan(v)/ tan （2）機(jī)械效率的實(shí)驗(yàn)測(cè)定機(jī)械效率的確定除了用計(jì)算法外，更常用實(shí)驗(yàn)法來(lái)測(cè)定，許多機(jī)械尤其是動(dòng)力機(jī)械在制成后，往往都需做效率實(shí)驗(yàn)?，F(xiàn)以蝸桿傳動(dòng)效率實(shí)驗(yàn)測(cè)定為例加以說(shuō)明。1）實(shí)驗(yàn)裝置GF2RQ定子平衡桿電機(jī)轉(zhuǎn)子電機(jī)定子磅秤千分表彈性梁砝碼傳送帶蝸桿制動(dòng)輪蝸輪聯(lián)軸器 據(jù)此，可通過(guò)計(jì)算確定出整個(gè)機(jī)械的效率。 同時(shí)，根據(jù)彈性梁上的千分表讀數(shù)（即代表Q力）來(lái)確定制動(dòng)輪上的圓周力FtQG，從而確定出從動(dòng)軸上的力矩從而確定出從動(dòng)軸上的力矩M從。從。M從FtR(QG)R該蝸桿的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的效率公式為 P從/

22、P主從M從/(主M主)M從/(iM主)式中 i為蝸桿傳動(dòng)的傳動(dòng)比。 對(duì)于正在設(shè)計(jì)和制造的機(jī)械，雖然不能直接用實(shí)驗(yàn)法測(cè)定其機(jī)械效率， 但是由于各種機(jī)械都不過(guò)是由一些常用機(jī)構(gòu)組合而成的，而這些常用機(jī)構(gòu)的效率又是可通過(guò)實(shí)驗(yàn)積累的資料來(lái)預(yù)先估定的（如表5-1 簡(jiǎn)單傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)副的效率）。2）實(shí)驗(yàn)方法 實(shí)驗(yàn)時(shí)，可借助于磅秤測(cè)定出定子平衡桿的壓力F來(lái)確定出主動(dòng)軸上的力矩M主， 即 M主Fl。3. 機(jī)組的機(jī)械效率計(jì)算機(jī)組 由若干個(gè)機(jī)器組成的機(jī)械系統(tǒng)。 當(dāng)已知機(jī)組各臺(tái)機(jī)器的機(jī)械效率時(shí)，則該機(jī)械的總效率可由計(jì)算求得。（1）串聯(lián) 串聯(lián)機(jī)組功率傳動(dòng)的特點(diǎn)是前一機(jī)器的輸出功率即為后一機(jī)器的輸入功率。串聯(lián)機(jī)組的總機(jī)械

23、效率為PrPd P1P2PdP1PkPk-1 12k 即串聯(lián)機(jī)組總效率等于組成該機(jī)組的各個(gè)機(jī)器效率的連乘積。1k212kPdPrP1P2P1P2Pk-1Pk-1Pk=Pr 只要串聯(lián)機(jī)組中任一機(jī)器的效率很低，就會(huì)使整個(gè)機(jī)組的效率極低；且串聯(lián)機(jī)器數(shù)目越多，機(jī)械效率也越低。結(jié)論（2）并聯(lián) 并聯(lián)機(jī)組的特點(diǎn)是機(jī)組的輸入功率為各機(jī)器的輸入功率之和，而輸出功率為各機(jī)器的輸出功率之和。 PriPdiP11+P22+PkkP1+P2+Pk 即并聯(lián)機(jī)組的總效率與各機(jī)器的效率及其傳動(dòng)的功率的大小有關(guān)，且min max； 機(jī)組的總效率主要取決于傳動(dòng)功率大的機(jī)器的效率。 要提高并聯(lián)機(jī)組的效率，應(yīng)著重提高傳動(dòng)功率大的路線

24、的效率。結(jié)論12k12kP11P22PkkP1P2PkPd（3）混聯(lián)混聯(lián)機(jī)組的機(jī)械效率計(jì)算步驟為1）將輸入功至輸出功的路線弄清楚；2）分別計(jì)算出總的輸入功率Pd和總的輸出功率Pr；3）按下式計(jì)算其總機(jī)械效率。 Pr /Pd 例5-3 已知某機(jī)械傳動(dòng)裝置機(jī)構(gòu)的效率和輸出功率，求該機(jī)械傳動(dòng)裝置的機(jī)械效率。解 機(jī)構(gòu)1、2、3 及4串聯(lián)的部分PdPr /(123 4 ) 5 kW/(0.9820.962)5.649 kW機(jī)構(gòu)1、2、3 、4及5串聯(lián)的部分故該機(jī)械的總效率為 Pr /Pd(5+0.2) kW/(5.649+0.561) kW =0.8370.2 kW/(0.9820.9420.42)0.

25、561 kWPd Pr /(123 4 5 ) PPPPPPP1243534dPPPPPPPPPP1234534dPPP=5 kW0.980.980.960.960.940.940.42=0.2 kW1、機(jī)械的自鎖5-4 機(jī)械的自鎖機(jī)械的自鎖（1） 自鎖現(xiàn)象 在實(shí)際機(jī)械中，由于摩擦的存在以及驅(qū)動(dòng)力作用方向在實(shí)際機(jī)械中，由于摩擦的存在以及驅(qū)動(dòng)力作用方向的問(wèn)題，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)無(wú)論驅(qū)動(dòng)力如何增大，機(jī)械都無(wú)法運(yùn)的問(wèn)題，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)無(wú)論驅(qū)動(dòng)力如何增大，機(jī)械都無(wú)法運(yùn)轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。如乘坐電梯、螺旋千斤頂、起重機(jī)等。轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。如乘坐電梯、螺旋千斤頂、起重機(jī)等。（2）自鎖意義 設(shè)計(jì)機(jī)械時(shí)，為使機(jī)械能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)，必須避

26、免機(jī)械在所需的運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生自鎖；有些機(jī)械的工作需要具有自鎖的特性，如牛頭刨床工作臺(tái)的升降機(jī)構(gòu)及進(jìn)給機(jī)構(gòu)等。牛頭刨床工作臺(tái)的升降機(jī)構(gòu)及進(jìn)給機(jī)構(gòu)等。機(jī)械為什么會(huì)發(fā)生自鎖現(xiàn)象？機(jī)械為什么會(huì)發(fā)生自鎖現(xiàn)象？發(fā)生自鎖的條件又是什么呢？發(fā)生自鎖的條件又是什么呢？ F2、移動(dòng)副自鎖的條件：摩擦角為。則Ft = Fsin = FntanFfmax= Fntan當(dāng) 時(shí)，有Ft Ffmax 即當(dāng) 時(shí)，無(wú)論驅(qū)動(dòng)力F如何增大，其有效分力 Ft 總小于驅(qū)動(dòng)力 F 本身所引起的最大摩擦力Ffmax，因而總不能推動(dòng)滑塊運(yùn)動(dòng)，即為自鎖現(xiàn)象。 結(jié)論 移動(dòng)副發(fā)生自鎖的條件為：在移動(dòng)副中，如果作用于滑塊上的驅(qū)動(dòng)力作用在其摩擦角之內(nèi)（

27、即 ），則發(fā)生自鎖。設(shè)驅(qū)動(dòng)力為F，傳動(dòng)角為，nnFtFnFRFfmax3、轉(zhuǎn)動(dòng)副自鎖的條件：設(shè)驅(qū)動(dòng)力為F， 力臂長(zhǎng)為a, 當(dāng)F作用在摩擦圓之內(nèi)時(shí)（即a ），則M = aF Mf =FR21 = F 即F 任意增大（a不變），也不能使軸頸轉(zhuǎn)動(dòng)， 即發(fā)生了自鎖現(xiàn)象。 結(jié)論 作用在軸頸上的驅(qū)動(dòng)力為單力F，且作用于摩擦園之內(nèi)，即且作用于摩擦園之內(nèi)，即 a ，則發(fā)生自鎖。，則發(fā)生自鎖。摩擦圓半徑為，1212FaFR=FFR21=F 例題例題5-4 在圖示的偏心在圖示的偏心夾具中，夾具中，1位夾具體，位夾具體，2為工件，為工件，3為偏心圓盤。為偏心圓盤。偏心圓盤的幾何中心為偏心圓盤的幾何中心為A，外徑為，

28、外徑為D，偏心距為，偏心距為e，偏心圓盤軸頸的摩，偏心圓盤軸頸的摩擦圓半徑為擦圓半徑為 。當(dāng)用力。當(dāng)用力F壓下手柄時(shí)，即能將壓下手柄時(shí)，即能將工件夾緊，以便對(duì)工件工件夾緊，以便對(duì)工件加工。為了當(dāng)作用在工加工。為了當(dāng)作用在工件上的力去掉后，夾具件上的力去掉后，夾具不至于自動(dòng)松開(kāi)，則需不至于自動(dòng)松開(kāi)，則需要該夾具具有自鎖性要該夾具具有自鎖性,試試確定其自鎖的條件。確定其自鎖的條件。 1、根據(jù)構(gòu)件、根據(jù)構(gòu)件3相對(duì)于相對(duì)于2的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，確定的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，確定總反力總反力FR23的方位如的方位如圖所示。圖所示。2、分別過(guò)點(diǎn)、分別過(guò)點(diǎn)O、A作作總反力總反力FR23的平行線，的平行線，則則 3、總反力、總反力

29、FR23應(yīng)與摩應(yīng)與摩擦園相切或相割，擦園相切或相割，即即sineOEs1sssin2sinDe即為偏心夾具自鎖的條件。 故其自鎖條件為v 。4、機(jī)械自鎖條件的確定(1) 從運(yùn)動(dòng)副發(fā)生自鎖的條件來(lái)確定原因 機(jī)械的自鎖實(shí)質(zhì)就是其中的運(yùn)動(dòng)副發(fā)生了自鎖。例5-5 手搖螺旋千斤頂當(dāng)v時(shí)， 其螺旋副發(fā)生自鎖，則此機(jī)械也必將發(fā)生自鎖，(2) 從生產(chǎn)阻力G0的條件來(lái)確定 當(dāng)機(jī)械發(fā)生自鎖時(shí)，無(wú)論驅(qū)動(dòng)力如何增大，機(jī)械不能運(yùn)動(dòng)，這時(shí)能克服的生產(chǎn)阻力G0。支座1螺桿2托盤3重物4螺母5螺旋副手把6FG G螺旋副例5-6 手搖螺旋千斤頂自鎖要求M0，即 tan(v) 0故此千斤頂自鎖條件為 v 。 G0 意味著只有阻抗

30、力反向變?yōu)轵?qū)動(dòng)力后，才能使機(jī)械運(yùn)動(dòng)，此時(shí)機(jī)械已發(fā)生自鎖。支座1螺桿2托盤3重物4螺母5螺旋副手把6FG GM反行程： 驅(qū)動(dòng)力為G，阻抗力矩為M ，M Gd2tan(v)/2則（3）從效率 0的條件來(lái)確定 當(dāng)機(jī)械發(fā)生自鎖時(shí)，無(wú)論驅(qū)動(dòng)力如何增大，其驅(qū)動(dòng)力所作的功Wd總是不足以克服其引起的最大損失功Wf， 1Wf /Wd 0 故 例5-7 手搖螺旋千斤頂其反行程的效率為 G0/G = tan(v) /tan令0，則得此自鎖條件為 v 。 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，其絕對(duì)值的大小表示機(jī)械自鎖的程度。時(shí)，其絕對(duì)值的大小表示機(jī)械自鎖的程度。 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，機(jī)械處于臨界自鎖狀態(tài)；時(shí)，機(jī)械處于臨界自鎖狀態(tài)； 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，其絕對(duì)值越

31、大，表明自鎖越可靠時(shí)，其絕對(duì)值越大，表明自鎖越可靠。 000 例題例題5-8 圖示的斜圖示的斜面壓榨機(jī)，若在滑面壓榨機(jī)，若在滑塊塊2上施加一定的驅(qū)上施加一定的驅(qū)動(dòng)力動(dòng)力F，即可推動(dòng)構(gòu)，即可推動(dòng)構(gòu)件件3移動(dòng)并將物體移動(dòng)并將物體4壓緊。設(shè)壓緊。設(shè)G為被壓緊為被壓緊的物體對(duì)滑塊的物體對(duì)滑塊3的反的反作用力，各接觸面作用力，各接觸面的摩擦系數(shù)均為的摩擦系數(shù)均為 。試求：力試求：力F撤去后使撤去后使機(jī)構(gòu)自鎖時(shí)，滑塊機(jī)構(gòu)自鎖時(shí)，滑塊1的傾角的取值范圍。的傾角的取值范圍。ffarctan03212RRFFF02313RRFFGcos2sin32RFFcos2cos23RFG 解解 由摩擦系數(shù)，得摩擦角由摩擦

32、系數(shù)，得摩擦角滑塊滑塊2 2與構(gòu)件與構(gòu)件3 3的力矢量方程式的力矢量方程式3223RRFF2tan GF02tan0F令生產(chǎn)阻力令生產(chǎn)阻力2即機(jī)構(gòu)自鎖的條件為即機(jī)構(gòu)自鎖的條件為 值得注意的是，值得注意的是，圖示的斜面壓榨機(jī)，要求在力圖示的斜面壓榨機(jī)，要求在力G的作用下的作用下自鎖，滑塊自鎖，滑塊2不能松退，但在力不能松退，但在力F的作用下滑塊的作用下滑塊2可向左移可向左移而將物體而將物體4壓緊，力壓緊，力F反向也可使滑塊反向也可使滑塊2松退，即在力松退，即在力F的的作用下壓榨機(jī)是不自鎖的。因此，一個(gè)自鎖機(jī)構(gòu)，只是作用下壓榨機(jī)是不自鎖的。因此，一個(gè)自鎖機(jī)構(gòu)，只是對(duì)于滿足自鎖條件的驅(qū)動(dòng)力在一定運(yùn)動(dòng)

33、方向上的自鎖；對(duì)于滿足自鎖條件的驅(qū)動(dòng)力在一定運(yùn)動(dòng)方向上的自鎖；而對(duì)于其它外力，或在其它運(yùn)動(dòng)方向上則不一定自鎖，而對(duì)于其它外力，或在其它運(yùn)動(dòng)方向上則不一定自鎖，這就是自鎖的方向性。這就是自鎖的方向性。 問(wèn)題：自鎖機(jī)械在自鎖方向上是否一定就不能運(yùn)動(dòng)？問(wèn)題：自鎖機(jī)械在自鎖方向上是否一定就不能運(yùn)動(dòng)？5-5提高機(jī)械效率的措施提高機(jī)械效率的措施 影響效率的主要因素是摩影響效率的主要因素是摩擦損耗，故提高效率可采擦損耗，故提高效率可采取如下措施：取如下措施：1、盡量簡(jiǎn)化機(jī)械系統(tǒng)、盡量簡(jiǎn)化機(jī)械系統(tǒng)落地扇的主運(yùn)動(dòng)為葉輪的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，輔助運(yùn)落地扇的主運(yùn)動(dòng)為葉輪的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，輔助運(yùn)動(dòng)為搖頭的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)，主運(yùn)動(dòng)通過(guò)蝸桿與齒

34、動(dòng)為搖頭的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)，主運(yùn)動(dòng)通過(guò)蝸桿與齒輪傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)，輔助運(yùn)動(dòng)由雙搖桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。輪傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)，輔助運(yùn)動(dòng)由雙搖桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。大齒輪同時(shí)充當(dāng)搖桿的角色，還輸入動(dòng)力。大齒輪同時(shí)充當(dāng)搖桿的角色，還輸入動(dòng)力。整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)巧妙、新穎。整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)巧妙、新穎。 臺(tái)扇的主運(yùn)動(dòng)也為葉輪的回轉(zhuǎn)臺(tái)扇的主運(yùn)動(dòng)也為葉輪的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，但輔助運(yùn)動(dòng)為導(dǎo)流板的運(yùn)動(dòng)，但輔助運(yùn)動(dòng)為導(dǎo)流板的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，分別由兩個(gè)電機(jī)驅(qū)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，分別由兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)單，效率更高。動(dòng)，傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)單，效率更高。 分析與比較：分析與比較：落地扇和臺(tái)扇的設(shè)計(jì)都很精巧，落地扇巧妙地利用雙搖桿機(jī)構(gòu)落地扇和臺(tái)扇的設(shè)計(jì)都很精巧，落地扇巧妙地利用雙搖桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)搖頭轉(zhuǎn)向，

35、而實(shí)現(xiàn)搖頭轉(zhuǎn)向，而臺(tái)扇是在風(fēng)產(chǎn)生后，對(duì)風(fēng)的方向進(jìn)行控制，臺(tái)扇是在風(fēng)產(chǎn)生后，對(duì)風(fēng)的方向進(jìn)行控制，設(shè)計(jì)思想更加新穎、巧妙設(shè)計(jì)思想更加新穎、巧妙。落地扇采用蝸桿蝸輪、齒輪傳動(dòng)和雙搖桿機(jī)構(gòu)和離合器進(jìn)行控落地扇采用蝸桿蝸輪、齒輪傳動(dòng)和雙搖桿機(jī)構(gòu)和離合器進(jìn)行控制，設(shè)計(jì)技術(shù)成熟，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高、效率低；制，設(shè)計(jì)技術(shù)成熟，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高、效率低；臺(tái)扇對(duì)導(dǎo)流板進(jìn)行控制，更符合未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)臺(tái)扇對(duì)導(dǎo)流板進(jìn)行控制，更符合未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。并且具有結(jié)。并且具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕，尺寸小，效率更高。構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕，尺寸小，效率更高。由以上分析可見(jiàn)，由以上分析可見(jiàn)，采用對(duì)機(jī)械的簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，以最簡(jiǎn)單的機(jī)構(gòu)滿采用對(duì)機(jī)械的簡(jiǎn)

36、化設(shè)計(jì)，以最簡(jiǎn)單的機(jī)構(gòu)滿足工作要求，使功率傳遞通過(guò)最小的運(yùn)動(dòng)副，能大幅度地提高足工作要求，使功率傳遞通過(guò)最小的運(yùn)動(dòng)副，能大幅度地提高機(jī)械效率，降低成本。機(jī)械效率，降低成本。2、選擇合適的運(yùn)動(dòng)副形式 不同運(yùn)動(dòng)副的效率不同，在滿足使用功能的前提不同運(yùn)動(dòng)副的效率不同，在滿足使用功能的前提下，盡量采用效率高的運(yùn)動(dòng)副。轉(zhuǎn)動(dòng)副的效率比下，盡量采用效率高的運(yùn)動(dòng)副。轉(zhuǎn)動(dòng)副的效率比移動(dòng)副高，且配合精度也高。移動(dòng)副高，且配合精度也高。3、盡量減少構(gòu)件的尺寸、盡量減少構(gòu)件的尺寸 在滿足強(qiáng)度、剛度的前提下，不要盲目增大構(gòu)件尺在滿足強(qiáng)度、剛度的前提下，不要盲目增大構(gòu)件尺寸。如軸頸的尺寸越大，摩擦園半徑越大，產(chǎn)生的摩擦寸

37、。如軸頸的尺寸越大，摩擦園半徑越大，產(chǎn)生的摩擦阻力越大。阻力越大。4、盡量減少運(yùn)動(dòng)副中的摩擦、盡量減少運(yùn)動(dòng)副中的摩擦 用平面摩擦代替槽面摩擦；用平面摩擦代替槽面摩擦； 用滾動(dòng)摩擦代替滑動(dòng)摩擦；用滾動(dòng)摩擦代替滑動(dòng)摩擦； 用矩形螺旋傳動(dòng)代替三角形螺旋傳動(dòng)；用矩形螺旋傳動(dòng)代替三角形螺旋傳動(dòng)； 采用潤(rùn)滑劑；采用潤(rùn)滑劑； 合理選擇運(yùn)動(dòng)副元素的材料。合理選擇運(yùn)動(dòng)副元素的材料。5-5 摩擦在機(jī)械中的應(yīng)用摩擦在機(jī)械中的應(yīng)用摩摩擦擦離離合合器器摩摩擦擦制制動(dòng)動(dòng)器器 依靠摩擦力使頂尖柄依靠摩擦力使頂尖柄鎖緊在頂尖座內(nèi)。鎖緊在頂尖座內(nèi)。超超越越離離合合器器V帶帶傳傳動(dòng)動(dòng)本章小結(jié) 1 運(yùn)動(dòng)副中的摩擦運(yùn)動(dòng)副中的摩擦 移動(dòng)副總反力的方位。方位包括力的方向和作用點(diǎn)。移動(dòng)副總反力的方位。方位包括力的方向和作用點(diǎn)。 槽面摩擦，當(dāng)量摩擦系數(shù)的定義，影響因素。槽面摩擦，當(dāng)量摩擦系數(shù)的定義，影響因素。 螺旋副摩擦，擰緊力矩，擰松力矩和放松力矩的計(jì)算公式，螺旋副摩擦，擰緊力矩