機械原理第五章機械效率及自鎖(第七版)

第五章機械效率與自鎖機械的效率機械的自鎖2023/2/32§5-1機械的效率機械效率的含義：反映輸入功在機械中的有效利用的程度η＝Wr/Wd＝1－ξ＝1－Wf/Wd機械損失系數(shù)或損失率ξ=Wf/Wd——<12023/2/3§5-1機械的效率效率的幾種表達以功表示：η＝Wr/Wd＝1－Wf/Wd以功率表示：η＝Pr/Pd＝1－Pf/Pd以力或力矩表示：4實際機械裝置

η理想機械裝置

η0η=Pr/Pd=GvG

/FvF0η0=GvG

/F0vF=1vGvFFη＝F0/F＝M0/Mη＝G/G0η0=G0vG/FvF

=15

因其上升行程實際驅(qū)動力為F＝Gtan(α＋φ)，理想驅(qū)動力為F0＝Gtanα，故例1

斜面機構(gòu)已知：上升行程F＝Gtan(α＋φ)下降行程F′＝Gtan(α－φ)現(xiàn)求：η及η′解η＝F0/F＝tanα/tan(α＋φ)η＝F0/F＝tanα/tan(α－φ)′′下降行程實際驅(qū)動力為G＝F′/tan(α－φ)，理想驅(qū)動力為G0＝F′/tanαη′＝G0/G＝tan(α－φ)/tanα對嗎？錯誤！GαF6例2

螺旋機構(gòu)已知：擰緊時

M＝Gd2tan(α＋φv)/2放松時M′＝Gd2tan(α－φv)/2現(xiàn)求：η及η′解:采用上述類似的方法，可得擰緊時η＝M0/M

＝tanα/tan(α＋φv)放松時η′＝G0/G＝tan(α－φv)/tanα

Gαs=npGαFG/2G/22023/2/37機組的機械效率計算

（1）串聯(lián)PrPdη＝P1P2PdP1…PkPk-1＝＝η1η2…ηk

1k2η1η2ηkPdPrP1P2P1P2Pk-1Pk-1Pk=Pr

只要串聯(lián)機組中任一機器的效率很低，就會使整個機組的效率極低；且串聯(lián)機器數(shù)目越多，機械效率也越低。結(jié)論2023/2/38

要提高并聯(lián)機組的效率，應(yīng)著重提高傳動功率大的路線的效率。η＝∑Pri∑PdiP1η1+P2η2+…+PkηkP1+P2+…+Pk＝

并聯(lián)機組的總效率與各機器的效率及其傳動的功率的大小有關(guān)，且ηmin<η<ηmax；

機組的總效率主要取決于傳動功率大的機器的效率。結(jié)論12kη1η2ηkP1η1P2η2PkηkP1P2PkPd（2）并聯(lián)2023/2/39（3）混聯(lián)1）先將輸入功至輸出功的路線弄清楚；2）然后分別計算出總的輸入功率∑Pd和總的輸出功率∑Pr；3）η＝∑Pr/∑Pd2023/2/310

例設(shè)已知某機械傳動裝置的機構(gòu)的效率和輸出功率，求該機械傳動裝置的機械效率。解：=5kW0.980.980.960.960.940.940.42=0.2kW2023/2/311

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、維護和使用三個方面來考慮。提高機械效率的途徑設(shè)計方面主要采取以下措施：盡量簡化機械系統(tǒng)選擇合適運動副形式在滿足強度,剛度的條件下,減小構(gòu)件尺寸設(shè)法減小摩擦減小因慣性力引起的動載荷

2023/2/312§5-2

機械的自鎖一、機械的自鎖現(xiàn)象

機械中存在著使其運動的驅(qū)動力和阻礙其運動的摩擦力。如果由于摩擦力的存在，驅(qū)動力無論多么大，都不能使機械運動，稱這種現(xiàn)象為自鎖。

2023/2/313二、討論自鎖現(xiàn)象的意義1）設(shè)計機械時，為了使機械實現(xiàn)預(yù)期的運動，必須避免機械在所需的運動方向發(fā)生自鎖；2）一些機械的工作需要其具有自鎖特性。2023/2/314F移動副有效分力=Ft=Fsinβ

=Fntanβ當(dāng)β<φv

時，有Ft<Ff

結(jié)論移動副發(fā)生自鎖的條件為：在移動副中，如果作用于滑塊上的合外力作用在其摩擦角之內(nèi)（即β≤φv

），則發(fā)生自鎖。φvFtFn三、自鎖的判斷1.運動副自鎖摩擦力Ff=fv

Fn=Fntanφv自鎖當(dāng)β=φv

時，有Ft=Ff臨界自鎖當(dāng)β〉φ

v時，有Ft〉Ff運動2023/2/315轉(zhuǎn)動副a<ρ，即當(dāng)F作用在摩擦圓之內(nèi)時，M<Mf

結(jié)論

轉(zhuǎn)動副發(fā)生自鎖的條件為：作用在軸頸上的驅(qū)動力為單力F，且作用于摩擦圓之內(nèi)，即a≤ρ。FaρFR=F有效力矩M=Fa摩擦力矩Mf=Fρ2023/2/316螺旋副放松時M′＝Gd2tan(α－φv)/2Gαs=npGαFG/2G/2結(jié)論：螺旋副的自鎖條件是螺旋升角≤當(dāng)量摩擦角，即α≤φvFf2023/2/32.從所能克服的生產(chǎn)阻力≤0的條件來確定所能克服的生產(chǎn)阻力≤0意味著只有阻抗力反向變?yōu)轵?qū)動力后，才能使機械運動，此時機械已發(fā)生自鎖。GαF下降行程F′＝Gtan(α－φ)2023/2/3183.從效率η≤0的條件來確定

當(dāng)機械發(fā)生自鎖時，無論驅(qū)動力如何增大，其驅(qū)動力所作的功Wd總是不足以克服其引起的最大損失功Wf，η＝1－Wf

/Wd≤0

當(dāng)h=0時，機械處于臨界自鎖狀態(tài)；當(dāng)h<0時，其絕對值越大，表明自鎖越可靠。2023/2/3194.從自鎖的概念或定義的角度來確定

當(dāng)生產(chǎn)阻力G一定時，驅(qū)動力F任意增大，即F→∞，或驅(qū)動力F的有效分力Ft總是小于等于其本身所能引起的最大摩擦力，F(xiàn)t≤Ffmax此時，機械將發(fā)生自鎖。2023/2/320例：螺旋千斤頂?shù)淖枣i條件支座1螺桿2托盤3重物4螺母5螺旋副手把6FGG螺旋副自鎖要求M′≤0，即

tan(α－φv)≤0自鎖條件為α≤φvM′＝Gd2tan(α－φv)/2η′＝G/G0

=tan(α－φv)/tanα

η′≤02023/2/3212023/2/3222023/2/3232023/2/3242023/2/3252023/2/3262023/2/327小結(jié)：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)。在移動副中，若驅(qū)動力作用在摩擦角之內(nèi)，則會發(fā)生自鎖；在轉(zhuǎn)動副中，若驅(qū)動力作用在摩擦圓之內(nèi)，則會發(fā)生自鎖；若一個機械的某個環(huán)節(jié)（運動副）發(fā)生自鎖,則該機械必發(fā)生自鎖。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。2023/2/328自鎖時,驅(qū)動力（矩）不超過它產(chǎn)生的摩擦阻力（矩）；自鎖時機械的效率小于或等于零。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。自鎖時機械的所能克服的工作阻力不大于