第五章 機(jī)械的效率和自鎖(中文)

1、第五章機(jī)械的效率和自鎖第五章機(jī)械的效率和自鎖 Chapter 5 Efficiency and Self-lock in Mechanism 機(jī)構(gòu)是用來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的構(gòu)件組合。 無(wú)論是低副（轉(zhuǎn)動(dòng)副、移動(dòng)副）還是高副，只要兩構(gòu)件的接觸表面產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)或有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，沿運(yùn)動(dòng)方向產(chǎn)生阻力的現(xiàn)象，稱為摩擦（摩擦（friction）。 一旦發(fā)生摩擦必有功率損耗，即存在效率效率（efficiency）問(wèn)題。 當(dāng)摩擦阻力大到一定程度時(shí)，運(yùn)動(dòng)副變成不可動(dòng)連接而產(chǎn)生自鎖（自鎖（self-lock） 5-1 機(jī)械的效率機(jī)械的效率1.概念概念 (輸入功輸入功)：驅(qū)動(dòng)力所做的功驅(qū)動(dòng)力所做的功.（Wd）(輸出功輸出

2、功)：克服生產(chǎn)阻力所做的功克服生產(chǎn)阻力所做的功. （Wr）(損耗功損耗功)：克服有害阻力所做的功克服有害阻力所做的功. （Wf）（機(jī)械效率）（機(jī)械效率）：輸入功在機(jī)械中的有效利用程度。輸入功在機(jī)械中的有效利用程度。（）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): :（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。（理想驅(qū)動(dòng)力）（理想驅(qū)動(dòng)力）：理想機(jī)械中，克服同樣的生產(chǎn)阻力，需要的驅(qū)動(dòng)力。理想機(jī)械中，克服同樣的生產(chǎn)阻力，需要的驅(qū)動(dòng)力。F0（機(jī)組）（機(jī)組）：多種機(jī)器組成機(jī)組。多種機(jī)器組成機(jī)組。drWW = Wr / Wd( = 1理想機(jī)器理想機(jī)器永動(dòng)機(jī)永動(dòng)機(jī)) = 1- Wf / W

3、d(Wf ) 2.1. 用用功的形式表示功的形式表示 = Wr / Wd 2.2 用用功率的形式表示功率的形式表示 = (Wr /t) /(Wd /t) = Pr / Pd = 1- Pf / Pd t 一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)時(shí)間一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)時(shí)間2. 機(jī)械效率的表示方法機(jī)械效率的表示方法 = MF0/ MF = MQ/ MQ0 同樣同樣 也能由力矩來(lái)表示：也能由力矩來(lái)表示：驅(qū)動(dòng)力矩的效率表示驅(qū)動(dòng)力矩的效率表示生產(chǎn)阻力矩的效率表示生產(chǎn)阻力矩的效率表示理想生產(chǎn)阻力矩理想生產(chǎn)阻力矩實(shí)際生產(chǎn)阻力矩實(shí)際生產(chǎn)阻力矩= 理想驅(qū)動(dòng)力矩理想驅(qū)動(dòng)力矩實(shí)際驅(qū)動(dòng)力矩實(shí)際驅(qū)動(dòng)力矩= =理想驅(qū)動(dòng)力理想驅(qū)動(dòng)力實(shí)際驅(qū)動(dòng)力實(shí)際驅(qū)動(dòng)力實(shí)際

4、生產(chǎn)阻力實(shí)際生產(chǎn)阻力理想生產(chǎn)阻力理想生產(chǎn)阻力=Conclusion:應(yīng)用應(yīng)用:電機(jī)電機(jī)帶傳動(dòng)帶傳動(dòng)軸承軸承齒輪傳動(dòng)齒輪傳動(dòng)工作機(jī)工作機(jī)工作機(jī)：工作機(jī)：0.97圓柱齒輪：圓柱齒輪：67級(jí)級(jí) 0.980.99 8級(jí)級(jí) 0.97帶傳動(dòng)帶傳動(dòng)(v帶帶)： 0.96滑動(dòng)軸承：滑動(dòng)軸承： 0.94(潤(rùn)滑不良潤(rùn)滑不良) ；0.97(潤(rùn)滑正常潤(rùn)滑正常) ；0.99(滾體潤(rùn)滑滾體潤(rùn)滑)滾動(dòng)軸承滾動(dòng)軸承 球軸承：球軸承：0.99；滾子軸承：；滾子軸承：0.98 1=Pr1/Pd1、 2=Pr2/Pd2、 K=PrK/PdKPr1 Pr2 Pr3 PrK-1 PrKPd Pd2 Pd3 PdK 1 2 3 K3.1

5、.3.1.serial structure串聯(lián)串聯(lián) = 1 2 K =PrKPd=PrKPd1Pr1Pd2Pr2Pd3Pr3PdK-1PdKPrK-1 3. 機(jī)組機(jī)組 結(jié)論結(jié)論：(1) 串聯(lián)機(jī)器串聯(lián)機(jī)器(組組)的總效率等于組成該機(jī)器的總效率等于組成該機(jī)器(組組)各機(jī)械部分效率各機(jī)械部分效率的連乘積；的連乘積； (2) imin i總效率小于組成該機(jī)器任一機(jī)械部分的效率，當(dāng)某總效率小于組成該機(jī)器任一機(jī)械部分的效率，當(dāng)某一部分效率太低時(shí)，將直接影響到機(jī)器總效率；一部分效率太低時(shí)，將直接影響到機(jī)器總效率； (3) K 用盡可能短的傳遞路線。用盡可能短的傳遞路線。Input power： Pd = P

6、d1 + Pd2 + + PdKOutput power： Pr = Pr1 + Pr2 + + PrK i= Pri/Pdi and Pr = Pd1 1 + Pd2 2 + + PdK K 1 2 3 KPd3Pr1Pr2Pr3PrKPd1Pd2PdKPdPr3.2.parallel structure并聯(lián)并聯(lián) =(Pd1 1 + Pd2 2 + + PdK K)(Pd1 + Pd2 + + PdK)PrPd= 結(jié)論結(jié)論：1）總效率不僅與各機(jī)器的效率有關(guān)，而且也與各機(jī)器所傳遞的）總效率不僅與各機(jī)器的效率有關(guān)，而且也與各機(jī)器所傳遞的功率大小有關(guān)。功率大小有關(guān)。2）設(shè)各機(jī)器中效率最高者及最低者

7、分別為）設(shè)各機(jī)器中效率最高者及最低者分別為max min，則 min ja j P與與R共線。共線。Px = Fa.原本運(yùn)動(dòng)原本運(yùn)動(dòng)滑塊等速運(yùn)動(dòng)；滑塊等速運(yùn)動(dòng)；b. 原不動(dòng)原不動(dòng)靜止不動(dòng)；具有運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。靜止不動(dòng)；具有運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。2. 2. 平面自鎖條件平面自鎖條件 主動(dòng)力主動(dòng)力P的作用線在摩擦角的作用線在摩擦角j j 之外。之外。Px F，即滑塊加速。即滑塊加速。(2) (2) a ja jj jNRF12PPxPya aFNR21j j摩擦圓錐摩擦圓錐PPP P作用線在作用線在j j之內(nèi)，之內(nèi)，Px F。 a.原本運(yùn)動(dòng)原本運(yùn)動(dòng)減速至靜止；減速至靜止； b. 原不動(dòng)原不動(dòng)滑塊保持靜止滑塊保持靜止

8、不論不論P(yáng)力力有多大。有多大。 歸納：歸納：由此可見(jiàn)，在由此可見(jiàn)，在a aj j時(shí)，時(shí)，tga a/tgj j1。這說(shuō)明這說(shuō)明：隨著隨著P Px 、Py F ，而，而(F- -Px) ，故原靜止不動(dòng)的滑塊不會(huì)發(fā)，故原靜止不動(dòng)的滑塊不會(huì)發(fā)生運(yùn)動(dòng)。生運(yùn)動(dòng)。 無(wú)法使受力對(duì)象產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象稱為機(jī)械的自鎖。無(wú)法使受力對(duì)象產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象稱為機(jī)械的自鎖。結(jié)論結(jié)論: 平面自鎖條件平面自鎖條件a aj j； a a-傳動(dòng)角傳動(dòng)角; j j-摩擦角摩擦角 (3) (3) a ja s時(shí)，時(shí)，Q在摩擦圓外，在摩擦圓外，MdMf，因此軸頸加，因此軸頸加速運(yùn)動(dòng)；速運(yùn)動(dòng)；3）當(dāng)）當(dāng)hs時(shí)，時(shí)，Q與摩擦圓相割，與摩擦圓相割

9、，MdMf，此時(shí)軸頸，此時(shí)軸頸將減速運(yùn)動(dòng)直至停止運(yùn)動(dòng)；若軸頸原來(lái)就不動(dòng)，將減速運(yùn)動(dòng)直至停止運(yùn)動(dòng)；若軸頸原來(lái)就不動(dòng)，無(wú)論無(wú)論Q多大，軸頸都不能動(dòng)，產(chǎn)生自鎖。多大，軸頸都不能動(dòng)，產(chǎn)生自鎖。2Q12Mdr10R21s sQ Qh QN21f21例例1：在圖上畫(huà)出各運(yùn)動(dòng)副的總反力。：在圖上畫(huà)出各運(yùn)動(dòng)副的總反力。解：解：F FM M21211 12 23 34 42323R12R12R32R32例例2：在圖上畫(huà)出各運(yùn)動(dòng)副的總反力。：在圖上畫(huà)出各運(yùn)動(dòng)副的總反力。F FM1M1阻力矩阻力矩1 11 12 23 34 4R12R12R32R32分析：分析：構(gòu)件構(gòu)件1：M1，R41，R21構(gòu)件構(gòu)件2：R12，R

10、32構(gòu)件構(gòu)件3：R23，R43，F(xiàn)從二力桿開(kāi)始分析受力。從二力桿開(kāi)始分析受力。21212323R21R21R41R41F FR23R23R43R43解題步驟：解題步驟：(1) 判定連桿是受拉或受壓；判定連桿是受拉或受壓； (2) 判定構(gòu)件間的相對(duì)轉(zhuǎn)向；判定構(gòu)件間的相對(duì)轉(zhuǎn)向；(3) 判定作用力在摩擦圓上切點(diǎn)位置；判定作用力在摩擦圓上切點(diǎn)位置；(4) 依據(jù)力平衡條件求解。依據(jù)力平衡條件求解。例例3：判斷下列圖中那副圖的總反力是正確的。并判斷其運(yùn)動(dòng)形式。：判斷下列圖中那副圖的總反力是正確的。并判斷其運(yùn)動(dòng)形式。212Mdr10R21s sQ212Mdr10R21s sQ212Mdr10R21s sQ

11、加速運(yùn)動(dòng)加速運(yùn)動(dòng)例例4：求運(yùn)動(dòng)副中的反力和作用在凸輪上的平衡力偶矩。：求運(yùn)動(dòng)副中的反力和作用在凸輪上的平衡力偶矩。解：解：Q Q2 23 31 12323R12R12R32R321 1v v2121R21R21R31R31例：圖示為一斜面壓榨機(jī)。在滑塊例：圖示為一斜面壓榨機(jī)。在滑塊3上施加上施加一定的力一定的力P，即可產(chǎn)生一壓緊力將物體，即可產(chǎn)生一壓緊力將物體1壓壓緊。緊。Q為被壓緊的物體對(duì)滑塊為被壓緊的物體對(duì)滑塊2的反作用力。的反作用力。求在去掉水平力求在去掉水平力P后的機(jī)構(gòu)自鎖條件。后的機(jī)構(gòu)自鎖條件。vR324QP123a anna ammR42j jj jR23j jR43解：解： 對(duì)受力體對(duì)受力體2和和3，分別列出平衡方程式，分別列出平衡方程式為：為： Q + R42 +R32 = 0 P + R43 + R23 = 0vR324QP123a anna ammR42j jj jR23j jR43 Q + R42 +R32 = 0 P + R43 + R23 = 0QR23R32(a a j j)R42(90- j j)P(90+ j j)R43j j( 2