機械原理 潘存云課件 第12章 機械的效率與自鎖

第12章機械的效率和自鎖12－1機械的效率12－2提高機械效率的途徑12－3摩擦在機械中的應(yīng)用12－4機械的自鎖機械在穩(wěn)定運轉(zhuǎn)階段恒有:比值Wr/Wd━━機械效率。反映了驅(qū)動功的有效利用程度用功率表示：η＝Pr/Pd分析：η總是小于

1，當(dāng)Wf

增加時將導(dǎo)致η下降。＝1－Wf

/Wd

＝(Wd－Wf)/Wd＝(Pd－Pf)/Pd＝1－Pf

/Pd

一、機械效率的表達形式12－1機械的效率有害功有效功驅(qū)動功Wd=

Wr+Wfη＝Wr/Wd1）效率以功或者功率形式來表達設(shè)計機械時，盡量減少摩擦損失理想機械潘存云教授研制機械減少摩擦損耗的措施有：b)考慮潤滑c)合理選材

a)用滾動代替滑動2）以力或者力矩形式來表達vFvG用力的比值表示：＝GvG

/FvFη＝Pr/Pd對理想機械，當(dāng)工作阻力G一定時，有理想驅(qū)動力F0η0＝G

vG

/F0vF＝1代入得η＝F0

vF

/FvF

＝F0

/F用力矩來表示則有:FG潘存云教授研制理想機械F0vFvGGη＝M0

/M潘存云教授研制

同理：當(dāng)驅(qū)動力F一定時，理想工作阻力為G0：

G0

vG

/FvF＝1得：η＝GvF

/G0vF用力矩來表示有：

η＝M

G/MG0＝G/G0理想機械機械vFvGFG潘存云教授研制理想機械F

vFvGG0重要結(jié)論：舉例1：試計算斜面機構(gòu)的效率。作者：潘存云教授12GαFR21a)滑塊沿斜面等速上行根據(jù)平衡條件：F+FR21+G=0

得：F=Gtan(α+φ)

φNF21nnFR21vFαGα+φF

理想機械：F0＝Gtan(α

)

機械效率：作者：潘存云教授12GαF’R21b)滑塊沿斜面等速下滑Gα-φ根據(jù)平衡條件：F’+F’R21+G=0得：G=F

’/tan(α-φ)vF’F’R21φαF’NF21nn

理想機械：G

0＝F’/tan(α

)

機械效率：潘存云教授研制作者：潘存云教授πd2d2Gd3d1lα螺紋擰松等同于滑塊沿斜面下降，故有：vvGF舉例2：試計算螺旋副的效率。螺紋擰緊等同于滑塊沿斜面上升，故有：

理想機械：M0＝d2Gtan(α

)/2

η＝M0/M＝tan(α)/tan(α＋φ

)實際驅(qū)動力：G=2M’/d2tan(α-φ

)理想驅(qū)動力：G0=2M’/d2tan(α)η’＝G0/G＝tan(α-φ)/tan(α

)非矩形螺紋，只要將公式中的φ替換成φv即可。表12-1

簡單傳動機械和運動副的效率名稱傳動形式效率值備注圓柱齒輪傳動6~7級精度齒輪傳動0.98~0.99良好跑合、稀油潤滑

8級精度齒輪傳動0.97稀油潤滑

9級精度齒輪傳動0.96稀油潤滑

切制齒、開式齒輪傳動0.94~0.96干油潤滑

鑄造齒、開式齒輪傳動0.9~0.93圓錐齒輪傳動6~7級精度齒輪傳動0.97~0.98良好跑合、稀油潤滑

8級精度齒輪傳動0.94~0.97稀油潤滑

切制齒、開式齒輪傳動0.92~0.95干油潤滑

鑄造齒、開式齒輪傳動0.88~0.92蝸桿傳動自鎖蝸桿0.40~0.45單頭蝸桿0.70~0.75雙頭蝸桿0.75~0.82潤滑良好

三頭、四頭蝸桿0.80~0.92圓弧面蝸桿0.85~0.95以上為計算方法，工程上更多地是用實驗法測定η

，表12－1列出由實驗所得簡單傳動機構(gòu)和運動副的機械效率(P236)續(xù)表12-1

簡單傳動機械和運動副的效率名稱傳動形式效率值備注帶傳動平型帶傳動0.90~0.98滑動軸承球軸承0.99稀油潤滑滾子軸承0.98稀油潤滑

滑動螺旋0.30~0.80滾動螺旋0.85~0.95V型帶傳動0.94~0.96套筒滾子鏈0.96無聲鏈0.97鏈傳動平摩擦輪傳動0.85~0.92摩擦輪傳動潤滑良好槽摩擦輪傳動0.88~0.900.94潤滑不良0.97潤滑正常0.99液體潤滑滾動軸承螺旋傳動二、機械系統(tǒng)的機械效率1)串聯(lián)2)并聯(lián)總效率η不僅與各機器的效率ηi有關(guān)，而且與傳遞的功率Ni有關(guān)。設(shè)各機器中效率最高最低者分別為ηmax和ηmin

則有：PdPkP1P2Pk-112k作者：潘存云教授P1P2PkP’1P’2P’k12kPdPrηmin<η<ηmaxη1η2η3ηkP1P2

1

2PdP”rP’rPkPdPk3)混聯(lián)先分別計算，合成后按串聯(lián)或并聯(lián)計算。潘存云教授研制作者：潘存云教授P1P2P’d2

P”d2P”d3P’d3P’rP”r

1

2

3’

3”4’4”作者：潘存云教授P1P2P’d2

P”d2P”d3P’d3P’rP”r

1

2

3’

3”4’4”PdP”rP’rPkPr并聯(lián)計算串聯(lián)計算串聯(lián)計算12－2提高機械效率的途徑

（1）簡化系統(tǒng)運動副數(shù)目摩擦損耗。（3）不要過多增大軸頸尺寸。因為增加軸頸時會使該軸頸的摩擦力矩增加，機械容易發(fā)生自鎖。（4）設(shè)法減少運動副中的摩擦損耗：

a)用滾動代替滑動;b)考慮潤滑；

c)合理選材。

(5)改善機械的平衡，從而減少機械中因慣性力所引起的動壓力，可以提高機械的效率。（2）盡量少用移動副。移動副不易保證配和精度，效率相對較低而且容易發(fā)生自鎖或楔緊。（1）摩擦帶傳動機構(gòu)12－3摩擦在機械中的應(yīng)用潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制組成：由主動輪1、從動輪2和張緊在兩輪上的環(huán)形帶3所組成。工作原理：安裝時帶被張緊在帶輪上，產(chǎn)生的初拉力使得帶與帶輪之間產(chǎn)生壓力。主動輪轉(zhuǎn)動時，依靠摩擦力托動從動輪一起同向回轉(zhuǎn)。動畫動畫（2）摩擦離合器23組成：由固定圓盤1、活動圓盤2、滑環(huán)組成。工作原理：移動滑環(huán)，可實現(xiàn)兩圓盤的結(jié)合與分離，靠摩擦力帶動從動軸轉(zhuǎn)動。潘存云教授研制Fa1Rf潘存云教授研制23潘存云教授研制Fa1Rf潘存云教授研制設(shè)計：潘存云結(jié)構(gòu)：由瓦塊、制動輪等零件組成。工作原理：通電松開，斷電后靠彈簧拉力實現(xiàn)制動。借助于瓦塊與制動輪之間的摩擦力來實現(xiàn)制動。斷電制動是為了保證設(shè)備安全。a）塊式制動器潘存云教授研制（3）摩擦制動器Faba設(shè)計：潘存云F潘存云教授研制F特點：結(jié)構(gòu)簡單、緊湊。b)帶式制動器ω工作原理在外力的作用下，閘帶收緊抱住制動輪實現(xiàn)制動。潘存云教授研制卷揚機制動器利用摩擦力將兩個零件剛性動態(tài)連接在一起。（4）摩擦連接鉆夾具潘存云教授研制潘存云教授研制夾鉗式握持器作者：潘存云教授v2121潘存云教授研制摩擦錐無論F多大，滑塊不可能運動重要結(jié)論：當(dāng)驅(qū)動力的作用線落在摩擦錐內(nèi)時，則機械發(fā)生自鎖。法向分力：Fn=Fcosβ

12－4

機械的自鎖水平分力：Ft=Fsinβ正壓力：

N21=Fn

最大摩擦力：Fmax=fN21當(dāng)β≤φ時,恒有：工程意義：設(shè)計新機械時，應(yīng)避免在運動方向出現(xiàn)自鎖，而有些機械要利用自鎖進行工作(如千斤頂?shù)?。分析平面移動副在驅(qū)動力P作用的運動情況N21Ft≤Fmax=Fntanβ

=FntanφFtG一、移動副的自鎖F21FR21φβFFn發(fā)生自鎖!當(dāng)回轉(zhuǎn)運動副僅受單力F作用時：最大摩擦力矩為：Mf=FRρ重要結(jié)論：對于含轉(zhuǎn)動副的機械，當(dāng)力F的作用線穿過摩擦圓時，則會發(fā)生自鎖。＝FρM=F·a產(chǎn)生的力矩為：潘存云教授研制作者：潘存云教授1

2

aFFR二、轉(zhuǎn)動副的自鎖MMf若a<ρ，則：M

<Mf發(fā)生自鎖!

當(dāng)機械出現(xiàn)自鎖時，無論驅(qū)動力多大，都不能運動，亦即所能克服的生產(chǎn)阻力為：━━判斷機械是否自鎖及出現(xiàn)自鎖條件。特別說明：

η≤0時，機械已不能動，外力根本不做功，η已失去一般效率的意義。僅表明機械自鎖的程度。且η越小表明自鎖越可靠。上式意味著只有當(dāng)生產(chǎn)阻力反向而稱為驅(qū)動力之后，才能使機械運動。上式可用于判斷是否自鎖及出現(xiàn)自鎖條件。

即：η≤0

G≤0驅(qū)動力做的功永遠(yuǎn)≤由其引起的摩擦力所做的功三、其他判別機械自鎖的方法從能量的觀點來看，機械自鎖時，一定有:━━判斷機械是否自鎖及出現(xiàn)自鎖條件。

Wd≤Wf潘存云教授研制機械η=Wd/Wr，η’=W’d/W’r

WdWr正行程η

W’dW’r反行程η’機械有正行程和反行程，它們的機械效率一般并不相等。機械設(shè)計要求：正行程：η>0━━自鎖機械η’>0η’<0反行程自鎖機械的應(yīng)用：反行程自鎖可以防止機械自發(fā)倒轉(zhuǎn)或松脫。這種特性對于機床夾具、螺栓連接、楔連接、起重裝置和壓榨機等機械而言是必須的。潘存云教授研制自鎖機械的應(yīng)用：潘存云教授研制自鎖螺栓不易松開鉆夾具潘存云教授研制潘存云教授研制自鎖蝸桿防止倒轉(zhuǎn)螺旋千斤頂需自鎖以防跌落作者：潘存云教授13α2F潘存云教授研制作者：潘存云教授α132FFR13FR2390°+φ90°-α+2φα-φ90°-(α-φ)α-2φ90°-φ舉例2

求圖示斜面壓榨機的自鎖條件。力多邊形中，根據(jù)正弦定律得：FR32GG=FR23cos(α-2φ)/cosφGFFR32v32FR13+

FR23+

G=0大小：？？√方向：√√√FR32+

FR12+

F=0大?。骸?/p>

？？方向：√√√

F=FR32sin(α-2φ)/cosφ

令F≤0得F=Gtan(α-2φ)tan(α-2φ)≤0α≤2φ由FR32＝-FR23可得FR13FR23FR12FR12

α-φ如F力反向，該機械發(fā)生自鎖嗎？作者：潘存云教授1DA3O2潘存云教授研制BODA123舉例3

圖示鉆夾具在F力夾緊，去掉F后要求不能