第十一章機(jī)器的機(jī)械效率

第十一章機(jī)器的機(jī)械效率§11-1機(jī)器的運(yùn)動(dòng)和功能關(guān)系機(jī)器運(yùn)動(dòng)的全周期：開(kāi)始－－停止運(yùn)動(dòng)所經(jīng)歷的時(shí)間間隔(1)起動(dòng)時(shí)期E>E0(2)穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)時(shí)期(3)停車(chē)時(shí)期E<E02、機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的三個(gè)階段機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的三個(gè)階段（1）起動(dòng)階段

Wd>Wr驅(qū)動(dòng)功大于阻抗功?E>0(積蓄的功能)

ω由0→ωm平均角速度 一般機(jī)器在空載下起動(dòng)1)減少驅(qū)動(dòng)力2)縮短啟動(dòng)時(shí)間車(chē)床、刨床啟動(dòng)都是這樣。機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的三個(gè)階段（2）穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)階段主要特點(diǎn)是Wd＝Wr+Wf即驅(qū)動(dòng)功等于阻抗功在某一瞬時(shí)Wd>Wr+Wf

ω>ωm

Wd<Wr+Wf

ω<ωm周期性變速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)：如刨床,沖床切削或沖裁工件時(shí)速度就小一些,其他時(shí)間速度大一些,而平均角速度ωm＝C勻速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)：如車(chē)削工件,磨削外圓,主軸基本上是勻速的.此時(shí)ω＝C沒(méi)有速度波動(dòng).機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的三個(gè)階段（3）停車(chē)階段

Wd=0啟動(dòng)階段積蓄起來(lái)的動(dòng)能克服摩擦力做功.有時(shí)采用制動(dòng)裝置.如剎車(chē).§11-2機(jī)器的機(jī)械效率和自鎖一、機(jī)器的機(jī)械效率效率功計(jì)算：功率計(jì)算：若在無(wú)有害力，則(1)串聯(lián)串聯(lián)形式機(jī)組的效率只與各個(gè)機(jī)器的效率有關(guān)，為各個(gè)機(jī)器效率的連乘積只要有一個(gè)機(jī)器的效率很低，機(jī)組的效率就極低串聯(lián)的機(jī)器越多機(jī)組的效率就越低(ηi<1)η=η1η2…...ηk(2)并聯(lián)并聯(lián)形式

η=（η1P1+…...+ηkPk）/（P1+……+Pk）機(jī)組的效率不僅與各個(gè)機(jī)器的效率有關(guān)，還與各個(gè)機(jī)器傳遞的功率有關(guān)機(jī)組的效率介于機(jī)器的最大效率和最小效率之間傳遞功率大的機(jī)器若其效率也高，機(jī)組的效率就高，故應(yīng)著重提高大功率機(jī)器的效率(3)混聯(lián)參見(jiàn)題例11-23、機(jī)器的自鎖1、機(jī)器的正行程和反行程

正行程：

驅(qū)動(dòng)力作用在原動(dòng)件時(shí)，運(yùn)動(dòng)從原動(dòng)件向從動(dòng)件傳遞過(guò)程

反行程:

將正行程的生產(chǎn)阻力作為驅(qū)動(dòng)力，運(yùn)動(dòng)從從動(dòng)件→原動(dòng)件正、反行程的原動(dòng)件和從動(dòng)件正好對(duì)調(diào)原動(dòng)件和從動(dòng)件是同一構(gòu)件的簡(jiǎn)單機(jī)器，該構(gòu)件向某一指定方向運(yùn)動(dòng)時(shí)為正行程，向相反方向運(yùn)動(dòng)時(shí)為反行程2、機(jī)器的自鎖自鎖的條件：

若

（1）若機(jī)器原來(lái)就在運(yùn)動(dòng)，那它仍能運(yùn)動(dòng)，但此時(shí)機(jī)器不作任何有用的功，機(jī)器的這種運(yùn)動(dòng)稱(chēng)空轉(zhuǎn)。

在機(jī)器的某一行程中，無(wú)論驅(qū)動(dòng)力多大，機(jī)器都不會(huì)運(yùn)動(dòng)，這種現(xiàn)象就叫做機(jī)器的自鎖?！擀?Wr∕Wd=（Wd－Wf）∕Wd∴若驅(qū)動(dòng)力小于摩擦力所做的功，則Wf∕Wd>1

（2）若機(jī)器原來(lái)就不動(dòng)，無(wú)論驅(qū)動(dòng)力為多大，它所作的功（輸入功）總是剛好等于摩擦阻力所作的功，沒(méi)有多余的功可以變成機(jī)器的功能，∴機(jī)器總不能運(yùn)動(dòng)，即發(fā)生自鎖若

機(jī)器必定發(fā)生自鎖。綜合兩種情況，機(jī)器自鎖條件：

有條件的自鎖

3、正行程η≠反行程η’

①

表示正、反行程時(shí)機(jī)器都能運(yùn)動(dòng)②

反行程發(fā)生自鎖

自鎖機(jī)構(gòu)：凡是機(jī)器反行程自鎖的機(jī)構(gòu)

機(jī)器自鎖小結(jié)自鎖定義：

由于摩擦的存在，機(jī)械中作用的驅(qū)動(dòng)力無(wú)論怎樣增大，也無(wú)法使機(jī)械運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象，稱(chēng)為機(jī)械的自鎖。機(jī)械的自鎖的實(shí)質(zhì)是作用力在構(gòu)件上的驅(qū)動(dòng)力的有效分力總是小于由其所引起的同方向上的最大摩擦力。有些機(jī)械必須具有自鎖性能(如，千斤頂)，有些機(jī)械要避免發(fā)生自鎖。自鎖條件：可以從以下四個(gè)方面來(lái)判斷自鎖:1)對(duì)于單自由度的機(jī)構(gòu)，當(dāng)機(jī)構(gòu)中某一運(yùn)動(dòng)副發(fā)生自鎖，那么該機(jī)構(gòu)也必發(fā)生自鎖。運(yùn)動(dòng)副的自鎖條件為：

(a)移動(dòng)副的自鎖條件為驅(qū)動(dòng)力作用于摩擦角之內(nèi)，即β≤φ，其中β為傳動(dòng)角；

(b)轉(zhuǎn)動(dòng)副的自鎖條件為驅(qū)動(dòng)力作用于摩擦圓之內(nèi)，即h≤ρ，其中h為驅(qū)動(dòng)力臂長(zhǎng)；

2)根據(jù)機(jī)械效率小于或等于零來(lái)確定，即η≤0，但此時(shí)η已沒(méi)有一般效率的意義，而只表明機(jī)械自鎖的程度。

3)根據(jù)生產(chǎn)阻力Q小于或等于零來(lái)確定，Q≤0意味著只有當(dāng)生產(chǎn)阻力反向變?yōu)轵?qū)動(dòng)力后，才可使機(jī)械運(yùn)動(dòng)，實(shí)際上此時(shí)機(jī)械已發(fā)生自鎖。4)根據(jù)自鎖的實(shí)質(zhì)來(lái)確定，即根據(jù)作用在構(gòu)件上的驅(qū)動(dòng)力的有效分力總是小于或等于由其所引起的同方向上的最大摩擦力來(lái)確定。例題圖示為一焊接用楔形夾具，利用這個(gè)夾具把要焊接的工件1和1‘預(yù)先夾妥，以便焊接。圖中2為夾具，3為楔塊，若已知各接觸面間的摩擦系數(shù)均為f，試確定此夾具的自鎖條件。(此題是判定機(jī)構(gòu)的自鎖條件，下面選用多種方法求解。)v31α1’132P2反行程時(shí)（楔塊3退出）取楔塊3為分離體，其受工件1（及1‘）和夾具2作用的反作用力R13和R23以及支持力P,各力方向如右圖所示，根據(jù)楔塊3的平衡條件，作力封閉三角形如下圖所示。反行程時(shí)R23為驅(qū)動(dòng)力,由正弦定理可得

當(dāng)φ=0(不考慮摩擦)時(shí)，得理想驅(qū)動(dòng)力為:于是得此機(jī)構(gòu)反行程的機(jī)械效率為即令η≤0，可得自鎖條件為:α≤2φ

。解法1

根據(jù)反行程時(shí)η＇≤0的條件來(lái)確定。

α1’132P2φφR23R13PR23R13α-2φ90°+φv31v32解法2：根據(jù)反行程時(shí)生產(chǎn)阻力小于或等于零的條件來(lái)確定。

根據(jù)楔塊3的力三角形，由正弦定理有若楔塊3不自動(dòng)松脫，則應(yīng)使P≤0，即得自鎖條件為α≤2φ。

PR23R13α-2φ90°+φ解法3根據(jù)運(yùn)動(dòng)副的自鎖條件確定。

由于工件被夾緊后P力就被撤消，故楔塊3的受力如圖所示，楔塊3就如同一個(gè)受到R23（此時(shí)為驅(qū)動(dòng)力）作用而沿水平面移動(dòng)的滑塊。故只要R23作用在摩擦角φ之內(nèi)，楔塊3即發(fā)生自鎖。R23與垂直方向之間的夾角是α-φ,要使R23作用在摩擦角φ之內(nèi),即

α-φ≤φ

所以,楔塊3發(fā)生自鎖的條件是:

α≤2φα1’132P2φφR23R13本次課小結(jié)11-1機(jī)器的運(yùn)動(dòng)和功能關(guān)系11-2機(jī)器的機(jī)械效率和自鎖重點(diǎn)：機(jī)器的機(jī)械效率和自鎖。難點(diǎn)：機(jī)器的機(jī)械效率的求法和自鎖的判斷。本次作業(yè)P561習(xí)題11－1下次課程安排P425－P44012-1研究機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)及其速度波動(dòng)調(diào)節(jié)的目的12-2機(jī)器等效動(dòng)力學(xué)模型12-3機(jī)器運(yùn)動(dòng)方程式的建立及解決問(wèn)題：建立機(jī)器等效動(dòng)力學(xué)模型的條件？§11-3瞬時(shí)效率計(jì)算及自鎖分析示例一、斜面?zhèn)鲃?dòng)1.滑塊上升2.滑塊下降自鎖正行程反行程二、螺旋和蝸桿傳動(dòng)