第五章 機(jī)械的效率和自鎖

第五章機(jī)械的效率和自鎖第1頁，共15頁，2023年，2月20日，星期三第五章機(jī)械的效率和自鎖基本要求：建立正確、全面的機(jī)械效率的概念；掌握簡單機(jī)械的效率和自鎖條件的求解方法。重點(diǎn)：機(jī)械的效率；自鎖現(xiàn)象及自鎖條件。難點(diǎn):

機(jī)械效率的概念及機(jī)械的自鎖和自鎖條件。第2頁，共15頁，2023年，2月20日，星期三§5-1 機(jī)械的效率一、機(jī)械中的功：驅(qū)動(dòng)功(輸入功)

Wd

——作用在機(jī)械上的驅(qū)動(dòng)力所作的功有效功(輸出功）Wr

——克服生產(chǎn)阻力所作的功損耗功Wf

——克服有害阻力所作的功。Wd＝Wr＋Wf機(jī)械穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),在一個(gè)循環(huán)中有：二、機(jī)械的效率：機(jī)械效率η：輸出功和輸入功的比值。功的損失率第3頁，共15頁，2023年，2月20日，星期三用功率表示時(shí)：機(jī)械效率的表達(dá)形式若機(jī)械中不存在摩擦（理想機(jī)械），克服同樣的G所需的驅(qū)動(dòng)力為F0（理想驅(qū)動(dòng)力），顯然，理想機(jī)械效率為1。（a）第4頁，共15頁，2023年，2月20日，星期三同理，機(jī)械效率也可以用力矩之比的形式來表達(dá)，即：（d）綜合式（c）與式（d）可得：（5-4）（c）代入（a）得：（b）即：第5頁，共15頁，2023年，2月20日，星期三應(yīng)用式（5-4）來計(jì)算機(jī)構(gòu)的效率十分簡便。如圖4-3的斜面機(jī)構(gòu)，其正行程的機(jī)械效率為：斜面機(jī)構(gòu)反行程的機(jī)械效率（G為驅(qū)動(dòng)力）為：又如圖4-5的螺旋機(jī)構(gòu)，其擰緊和放松的機(jī)械效率分別為：（5-5）（5-6）（5-7）（5-8）第6頁，共15頁，2023年，2月20日，星期三對(duì)于計(jì)算單個(gè)機(jī)構(gòu)的效率，通常用力或力矩形式的計(jì)算公式計(jì)算較為方便。對(duì)于由常用機(jī)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)副組成的機(jī)械系統(tǒng)，因常用機(jī)構(gòu)的效率通過實(shí)驗(yàn)積累的資料可以預(yù)先估定，其系統(tǒng)的總的機(jī)械效率則可計(jì)算求出。三、機(jī)組的效率：1、串聯(lián)機(jī)組設(shè)機(jī)組的輸入功率為Nd,各機(jī)器的效率為η1、η2…ηk，Nk為機(jī)組的輸出功率。于是機(jī)組的機(jī)械效率為12kNdN1N2Nk-1Nkη1η2ηk第7頁，共15頁，2023年，2月20日，星期三即串聯(lián)機(jī)組的總效率等于組成該機(jī)組的各個(gè)機(jī)器的效率的連乘積。

2、并聯(lián)機(jī)組12kNdN1N2NkNkη1η2ηkN2N1總輸出功率為

ΣNr=N1′+N2′+……+Nk′=N1η1+N2η2+……+Nkηk

總輸入功率為

ΣNd=N1+N2+……+N

k

注意！η<min{η1，η2，ηk}第8頁，共15頁，2023年，2月20日，星期三所以總效率為設(shè)為分流系數(shù)注意！min{ηj}<η<max{ηj}并聯(lián)機(jī)組的總效率不僅與各機(jī)器的效率有關(guān)，而且也與各機(jī)器所傳遞的功率有關(guān)。

3、混聯(lián)機(jī)組兼有并聯(lián)和混聯(lián)的機(jī)組。第9頁，共15頁，2023年，2月20日，星期三§5-2 機(jī)械的自鎖一、機(jī)械的自鎖由于摩擦力的存在，無論驅(qū)動(dòng)如何增大也無法使機(jī)械運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象。二、自鎖現(xiàn)象的意義1）設(shè)計(jì)機(jī)械時(shí)，為了使機(jī)械實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)，必須避免機(jī)械在所需的運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生自鎖；2）一些機(jī)械的工作需要其具有自鎖特性。第10頁，共15頁，2023年，2月20日，星期三三、發(fā)生自鎖的條件V12FfmaxFNFRFFnFtββ≤φ

滑塊在平臺(tái)上組成的移動(dòng)副，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的作用線在摩擦角之內(nèi)時(shí)會(huì)發(fā)生自鎖。1.從受力的角度討論自鎖條件

軸承和軸頸組成的轉(zhuǎn)動(dòng)副，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的作用線在摩擦圓之內(nèi)時(shí)會(huì)發(fā)生自鎖。21rOFR21FN21Ff21aF第11頁，共15頁，2023年，2月20日，星期三如果機(jī)械上的損失共大于輸入功，即：Wf>Wd,則η<0,這時(shí)，如果機(jī)械原來在運(yùn)動(dòng)，則將減速直至靜止不動(dòng)；如果機(jī)械原來是靜止的，則仍靜止不動(dòng)，即發(fā)生自鎖。綜上所述，機(jī)械或機(jī)構(gòu)的自鎖條件為：2.從機(jī)械效率的角度討論自鎖條件

機(jī)械自鎖時(shí)，機(jī)械不能運(yùn)動(dòng)，所以它能克服的生產(chǎn)阻力應(yīng)小于等于零。即：3.從運(yùn)動(dòng)的角度討論自鎖條件生產(chǎn)阻力≤0或生產(chǎn)阻力矩≤0第12頁，共15頁，2023年，2月20日，星期三例1:如圖所示螺旋千斤頂當(dāng)機(jī)構(gòu)反行程自鎖時(shí)，η≤0，得：即該螺旋千斤頂?shù)淖枣i條件為：

α≤φv

舉例確定機(jī)械的自鎖條件：第13頁，共15頁，2023年，2月20日，星期三例2：斜面壓榨機(jī)

求在G作用下的自鎖條件。作力多邊形，于是由正弦定律得：

F=FR32sin（α－2φ）/cosφ

G=FR23cos（α－2φ）/cosφ

又因R32=R23

令：F（阻抗力）≤0即：tg（α－2φ）≤0

于是機(jī)構(gòu)的自鎖條件為

α≤

2φ

解：1）作出各移動(dòng)副的總反力2）分別取滑塊2、3為分離體G

FFR23FR32FR13FR12FR13G

FFR12FR23FR32所以：F=Gtg（α－2φ）第14頁，共15頁，2023年，2月20日，星期三通過以上分析，判斷機(jī)構(gòu)是否自鎖可采用以下方法：1、分析驅(qū)動(dòng)力是否作用于摩擦角（或摩擦圓）之內(nèi)；2、機(jī)械效率是否等于或小于零；

3、阻抗力是否等于或小于零；

4、驅(qū)