西北工大版機(jī)械原理課件第5章機(jī)械的效率與自鎖

1、第五章第五章 機(jī)械的效率和自鎖機(jī)械的效率和自鎖1、掌握機(jī)械的效率的概念及各種表達(dá)式、掌握機(jī)械的效率的概念及各種表達(dá)式2、熟練機(jī)械效率的計(jì)算方法、熟練機(jī)械效率的計(jì)算方法3、理解機(jī)械自鎖的概念及確定自鎖的條件、理解機(jī)械自鎖的概念及確定自鎖的條件重力功重力功動(dòng)能增量動(dòng)能增量有害功有害功有效功有效功驅(qū)動(dòng)功驅(qū)動(dòng)功m m t 一、機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的功能關(guān)系一、機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的功能關(guān)系51 機(jī)械的效率機(jī)械的效率1.動(dòng)能方程動(dòng)能方程機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，所有作用在機(jī)械機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，所有作用在機(jī)械上的力都要做功，由能量守恒上的力都要做功，由能量守恒定律知：定律知：所有外力之功等于動(dòng)能增量2.機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn) WdWrWfWG=E

2、00輸入功大于有害功之和。輸入功大于有害功之和。WdWrWfWG= EE0 a)啟動(dòng)階段啟動(dòng)階段 速度速度0,動(dòng)能動(dòng)能0E0E啟動(dòng)啟動(dòng)m m t 穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)啟動(dòng)啟動(dòng)b)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)階段穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)階段在一個(gè)循環(huán)內(nèi)有：在一個(gè)循環(huán)內(nèi)有： WdWrWf= EE00勻速穩(wěn)定階段勻速穩(wěn)定階段 常數(shù)，任意時(shí)刻都有：常數(shù)，任意時(shí)刻都有：變速穩(wěn)定階段變速穩(wěn)定階段 在在m m上下上下 周期波動(dòng)周期波動(dòng), , (t)=(t+T(t)=(t+Tp p) )WG=0, E=0E=0 Wd= Wr+WfWdWrWf=EE00 Wd=WrWfc)停車階段停車階段 0 WdWrWfWG= EE00停止停止輸入功小于有用功與損

3、失功之和。輸入功小于有用功與損失功之和。輸入功總是等于有用功與損失功之和。輸入功總是等于有用功與損失功之和。二、機(jī)械的效率二、機(jī)械的效率機(jī)械在穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)階段恒有機(jī)械在穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)階段恒有:比值比值Wr / Wd反映了驅(qū)動(dòng)功的有效利用程度，反映了驅(qū)動(dòng)功的有效利用程度，稱為稱為機(jī)械效率機(jī)械效率。Wr / Wd用功率表示用功率表示：Pr / Pd分析：分析：總是小于總是小于 1，當(dāng)，當(dāng)Wf 增加時(shí)將導(dǎo)致增加時(shí)將導(dǎo)致下降。下降。設(shè)計(jì)機(jī)械時(shí)，盡量減少摩擦損失，措施有：設(shè)計(jì)機(jī)械時(shí)，盡量減少摩擦損失，措施有：Wd= Wr+Wfb)b)考慮潤(rùn)滑考慮潤(rùn)滑c)c)合理選材合理選材 1Wf /Wd (WdWf) /Wd(

4、PdPf) /Pd1Pf /Pd a a)用滾動(dòng)代替滑動(dòng)用滾動(dòng)代替滑動(dòng)作者：潘存云教授FvF FF0vG GG機(jī)械機(jī)械用力的比值表示：用力的比值表示：G vG /F vFPr / Pd對(duì)理想機(jī)械，有理想驅(qū)動(dòng)力對(duì)理想機(jī)械，有理想驅(qū)動(dòng)力F F0 00Pr / Pd = G vG /F0 vF代入得代入得: : F0 vF / F vFF0 / F用力矩來表示有：用力矩來表示有：M0 / M1重要結(jié)論：重要結(jié)論：實(shí)際驅(qū)動(dòng)力理想驅(qū)動(dòng)力實(shí)際驅(qū)動(dòng)力矩理想驅(qū)動(dòng)力矩理想工作阻力實(shí)際工作阻力計(jì)算螺旋副的效率：計(jì)算螺旋副的效率： 擰緊：擰緊：)tan(22vGdM 理想機(jī)械：理想機(jī)械： M0d2 G tan( )

5、 / 2 M0 / M擰松時(shí)，驅(qū)動(dòng)力為擰松時(shí)，驅(qū)動(dòng)力為G，M為阻力矩，則有：為阻力矩，則有：實(shí)際驅(qū)動(dòng)力：實(shí)際驅(qū)動(dòng)力： G=2M/d2 tan(-v )理想驅(qū)動(dòng)力：理想驅(qū)動(dòng)力： G0=2M/d2 tan() G0/G以上為計(jì)算方法，工程上更多地是用實(shí)驗(yàn)法測(cè)定以上為計(jì)算方法，工程上更多地是用實(shí)驗(yàn)法測(cè)定 ，表表5 51 1列出由實(shí)驗(yàn)所得簡(jiǎn)單傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)副的機(jī)列出由實(shí)驗(yàn)所得簡(jiǎn)單傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)副的機(jī)械效率械效率(P69-P70)(P69-P70)。tan()/tan(v v )tan(-v ) / tan( )計(jì)算斜面機(jī)構(gòu)的效率：計(jì)算斜面機(jī)構(gòu)的效率： 上行：上行：F0 / Ftan()/tg( ) 下

6、行：下行：0 / tan(-)/tg( )表表5-1 簡(jiǎn)單傳動(dòng)機(jī)械和運(yùn)動(dòng)副的效率簡(jiǎn)單傳動(dòng)機(jī)械和運(yùn)動(dòng)副的效率名名 稱稱傳傳 動(dòng)動(dòng) 形形 式式效率值效率值備備 注注圓柱齒圓柱齒輪傳動(dòng)輪傳動(dòng)67級(jí)精度齒輪傳動(dòng)級(jí)精度齒輪傳動(dòng) 0.980.99 良好跑合、稀油潤(rùn)滑良好跑合、稀油潤(rùn)滑 8級(jí)精度齒輪傳動(dòng)級(jí)精度齒輪傳動(dòng) 0.97 稀油潤(rùn)滑稀油潤(rùn)滑 9級(jí)精度齒輪傳動(dòng)級(jí)精度齒輪傳動(dòng) 0.96 稀油潤(rùn)滑稀油潤(rùn)滑 切制齒、開式齒輪傳動(dòng)切制齒、開式齒輪傳動(dòng) 0.940.96 干油潤(rùn)滑干油潤(rùn)滑 鑄造齒、開式齒輪傳動(dòng)鑄造齒、開式齒輪傳動(dòng) 0.90.93圓錐齒圓錐齒輪傳動(dòng)輪傳動(dòng)67級(jí)精度齒輪傳動(dòng)級(jí)精度齒輪傳動(dòng) 0.970.9

7、8 良好跑合、稀油潤(rùn)滑良好跑合、稀油潤(rùn)滑 8級(jí)精度齒輪傳動(dòng)級(jí)精度齒輪傳動(dòng) 0.940.97 稀油潤(rùn)滑稀油潤(rùn)滑 切制齒、開式齒輪傳動(dòng)切制齒、開式齒輪傳動(dòng) 0.920.95 干油潤(rùn)滑干油潤(rùn)滑 鑄造齒、開式齒輪傳動(dòng)鑄造齒、開式齒輪傳動(dòng) 0.880.92蝸桿傳動(dòng)蝸桿傳動(dòng)自鎖蝸桿自鎖蝸桿 0.400.45單頭蝸桿單頭蝸桿 0.700.75雙頭蝸桿雙頭蝸桿 0.750.82 潤(rùn)滑良好潤(rùn)滑良好 三頭、四頭蝸桿三頭、四頭蝸桿 0.800.92圓弧面蝸桿圓弧面蝸桿 0.850.95續(xù)表續(xù)表5-1 簡(jiǎn)單傳動(dòng)機(jī)械和運(yùn)動(dòng)副的效率簡(jiǎn)單傳動(dòng)機(jī)械和運(yùn)動(dòng)副的效率名名 稱稱傳傳 動(dòng)動(dòng) 形形 式式效率值效率值備備 注注帶傳動(dòng)帶傳

8、動(dòng)平型帶傳動(dòng)平型帶傳動(dòng) 0.900.98滑動(dòng)軸承滑動(dòng)軸承球軸承球軸承 0.99 稀油潤(rùn)滑稀油潤(rùn)滑 滾子軸承滾子軸承 0.98 稀油潤(rùn)滑稀油潤(rùn)滑 滑動(dòng)螺旋滑動(dòng)螺旋 0.300.80滾動(dòng)螺旋滾動(dòng)螺旋 0.850.95V型帶傳動(dòng)型帶傳動(dòng) 0.940.96套筒滾子鏈套筒滾子鏈 0.96無(wú)聲鏈無(wú)聲鏈 0.97鏈傳動(dòng)鏈傳動(dòng)平摩擦輪傳動(dòng)平摩擦輪傳動(dòng) 0.850.92摩擦輪摩擦輪傳動(dòng)傳動(dòng)潤(rùn)滑良好潤(rùn)滑良好槽摩擦輪傳動(dòng)槽摩擦輪傳動(dòng) 0.880.900.94 潤(rùn)滑不良潤(rùn)滑不良0.97 潤(rùn)滑正常潤(rùn)滑正常0.99 液體潤(rùn)滑液體潤(rùn)滑滾動(dòng)軸承滾動(dòng)軸承螺旋傳動(dòng)螺旋傳動(dòng)復(fù)雜機(jī)械的機(jī)械效率計(jì)算方法：復(fù)雜機(jī)械的機(jī)械效率計(jì)算方法：1

9、.)1.)串聯(lián)：串聯(lián)：2.)2.)并聯(lián)并聯(lián)總效率不僅與各機(jī)器的效率i有關(guān)，而且與傳遞的功率Pi有關(guān)。設(shè)各機(jī)器中效率最高最低者分別為設(shè)各機(jī)器中效率最高最低者分別為maxmax和和minmin 則有：則有：drPPkidPP1kirPP1drPP123121 kkdPPPPPPPPk 21kPPP 21kkkPPPPPP 212211PdPkP1P2Pk-112k21kPPP kkPPP 2211P1P2PkP1P2Pk12kPdPrminmin maxmaxPdPkP1P212P”rPr作者：潘存云教授PdNkP1P2Nd2 N”d2N”d3Nd3NrN”r1233“44“P1P2Pd2 P”d

10、2P”d3Pd3PrP”r1233“44“PdPk3.)3.)混聯(lián)混聯(lián)先分別計(jì)算，合成后按串聯(lián)或并聯(lián)計(jì)算。先分別計(jì)算，合成后按串聯(lián)或并聯(lián)計(jì)算。作者：潘存云教授Pr并聯(lián)計(jì)算并聯(lián)計(jì)算串聯(lián)計(jì)算串聯(lián)計(jì)算P”rPr串聯(lián)計(jì)算串聯(lián)計(jì)算摩擦錐摩擦錐v2121無(wú)論無(wú)論F多大，滑塊在多大，滑塊在P的作用下不可能運(yùn)動(dòng)的作用下不可能運(yùn)動(dòng)發(fā)生自鎖。發(fā)生自鎖。當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的作用線落在摩擦錐內(nèi)時(shí)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的作用線落在摩擦錐內(nèi)時(shí)，則機(jī)械發(fā)生自鎖。則機(jī)械發(fā)生自鎖。法向分力：法向分力： Fn=Fcos 52 機(jī)械的自鎖機(jī)械的自鎖水平分力：水平分力： Ft=Fsin正壓力：正壓力： N21=Fn 最大摩擦力最大摩擦力 ：F Fmaxm

11、ax = f N21當(dāng)當(dāng)時(shí)時(shí), ,恒有：恒有：工程意義：工程意義：設(shè)計(jì)新機(jī)械時(shí)，應(yīng)避免設(shè)計(jì)新機(jī)械時(shí)，應(yīng)避免在運(yùn)動(dòng)方向出現(xiàn)自鎖，而有些機(jī)械在運(yùn)動(dòng)方向出現(xiàn)自鎖，而有些機(jī)械要利用自鎖進(jìn)行工作要利用自鎖進(jìn)行工作(如如千斤頂千斤頂?shù)鹊?。 分析平面移動(dòng)副在驅(qū)動(dòng)力P作用的運(yùn)動(dòng)情況： N21Ft F Fmaxmax= = Fn tg = FntgF21FR21FFtFnG一、含移動(dòng)副的機(jī)械一、含移動(dòng)副的機(jī)械 當(dāng)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)副僅受單力當(dāng)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)副僅受單力F作用時(shí)：作用時(shí)：最大摩擦力矩為：最大摩擦力矩為： Mf =FR當(dāng)力當(dāng)力F的作用線穿過摩擦圓的作用線穿過摩擦圓(a)時(shí)，發(fā)生自鎖。時(shí)，發(fā)生自鎖。F F M=F a

12、產(chǎn)生的力矩為：產(chǎn)生的力矩為：12aFFR二、含轉(zhuǎn)動(dòng)副的機(jī)械二、含轉(zhuǎn)動(dòng)副的機(jī)械 作者：潘存云教授1DA3O2BODA123應(yīng)用實(shí)例：應(yīng)用實(shí)例：圖示鉆床夾具在圖示鉆床夾具在F力夾緊，去掉力夾緊，去掉F后要求不后要求不能松開，即反行程具有自鎖性。分析其幾何條件。能松開，即反行程具有自鎖性。分析其幾何條件。由此可求出夾具各參數(shù)的幾何條件為：由此可求出夾具各參數(shù)的幾何條件為：在直角在直角ABC中有：中有：在直角在直角OEA中有：中有： 反行程具有自鎖條件為：反行程具有自鎖條件為：s-s1 esin()(Dsin)/2 s =OEs1 =AC e分析：分析：若總反力若總反力FR23穿過摩擦圓穿過摩擦圓-發(fā)

13、生自鎖發(fā)生自鎖=(Dsin) /2 =esin() -FFR23Bss1EEOACBC 當(dāng)機(jī)械出現(xiàn)自鎖時(shí)，無(wú)論驅(qū)動(dòng)力多大，都不能當(dāng)機(jī)械出現(xiàn)自鎖時(shí)，無(wú)論驅(qū)動(dòng)力多大，都不能運(yùn)動(dòng)，從能量的觀點(diǎn)來看，就是運(yùn)動(dòng)，從能量的觀點(diǎn)來看，就是: -由此判斷是否自鎖及出現(xiàn)自鎖條件。由此判斷是否自鎖及出現(xiàn)自鎖條件。說明：說明： 00時(shí)，機(jī)械已不能動(dòng)，外力根本不做功，時(shí)，機(jī)械已不能動(dòng)，外力根本不做功，已已失去一般效率的意義。僅表明機(jī)械自鎖的程度。且失去一般效率的意義。僅表明機(jī)械自鎖的程度。且越小表明自鎖越可靠。越小表明自鎖越可靠。即：即： 00驅(qū)動(dòng)力做的功永遠(yuǎn)驅(qū)動(dòng)力做的功永遠(yuǎn)由其引起的摩擦力所做的功由其引起的摩擦力所

14、做的功作者：潘存云教授舉例舉例1 1： 求螺旋千斤頂反行程的機(jī)械效率。求螺旋千斤頂反行程的機(jī)械效率。00得自鎖條件：得自鎖條件： tan(-v v ) 0 0令令 tan(-v v ) / tan()v vv v =8.7 =8.7若取：若?。?f =0.15=0.15作者：潘存云教授作者：潘存云教授FR13FR2390+9090-+2-+2-9090-(-)-(-)-29090-132例例2 求圖示斜面壓榨機(jī)的機(jī)械效率。求圖示斜面壓榨機(jī)的機(jī)械效率。力多邊形中，根據(jù)正弦定律得：力多邊形中，根據(jù)正弦定律得：FFR32GG = F FR R23 cos(-2)/cos-2)/cosGFFR32v3

15、2F FR R13 + F FR R23 + G = 0 大?。捍笮。?？ ？ 方向：方向： F FR R32 + F FR R12 + F = 0 大小：大?。?？ ？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-根據(jù)不同的場(chǎng)合，應(yīng)用不同的根據(jù)不同的場(chǎng)合，應(yīng)用不同的機(jī)械自鎖判斷條件機(jī)械自鎖判斷條件：驅(qū)動(dòng)力在運(yùn)動(dòng)方向上的分力驅(qū)動(dòng)力在運(yùn)動(dòng)方向上的分力P Pt tFF摩擦力。摩擦力。令生產(chǎn)阻力令生產(chǎn)阻力Q0Q0；令令00；驅(qū)動(dòng)力落在摩擦錐或摩擦圓之內(nèi)；驅(qū)動(dòng)力落在摩擦錐或摩擦圓之內(nèi)；本章重點(diǎn)：本章重點(diǎn)：自鎖的概念，以及求簡(jiǎn)單機(jī)械自鎖的幾何條件。自鎖的概念，以及求簡(jiǎn)單機(jī)械自鎖的幾何條件。機(jī)械效率機(jī)械效率的計(jì)算方法的計(jì)算方法；機(jī)構(gòu)中不同運(yùn)動(dòng)副中總反力作用線的確定；機(jī)構(gòu)中不同運(yùn)動(dòng)副中總反力作用線的確定；不同運(yùn)動(dòng)副中摩擦力與載荷之間的關(guān)系，摩擦不同運(yùn)動(dòng)副中摩擦力與載荷之間的關(guān)系，摩擦 角或摩擦圓的概念；角或摩擦圓的概念；方向： 大小： ? ?一、填空：一、填