機(jī)械原理機(jī)械效率與自鎖

機(jī)械原理機(jī)械效率與自鎖第一頁，共十八頁，編輯于2023年，星期日一、機(jī)械的效率機(jī)械在穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)階段恒有:比值Wr/Wd反映了驅(qū)動(dòng)功的有效利用程度，稱為機(jī)械效率。η＝Wr/Wd用功率表示：η＝Nr/Nd分析：η總是小于1，當(dāng)Wf增加時(shí)將導(dǎo)致η下降。設(shè)計(jì)機(jī)械時(shí)，盡量減少摩擦損失，措施有：Wd=Wr+Wf＝1－Wf/Wd

＝(Wd－Wf)/Wd＝(Nd－Nf)/Nd＝1－Nf/Nd

a)用滾動(dòng)代替滑動(dòng),b)考慮潤滑,c)合理選材,d)減小軸頸半徑§5－1機(jī)械的效率第二頁，共十八頁，編輯于2023年，星期日F0vFvGG作者：潘存云教授理想機(jī)械用力(力矩)的比值表示η：＝GvG/FvFη＝Nr/Nd對(duì)理想機(jī)械，當(dāng)工作阻力G一定時(shí)，有理想驅(qū)動(dòng)力F0η0＝Nr/Nd=GvG

/F0vF代入得:η＝F0vF/FvF＝F0/F用力矩來表示有：η＝Md0

/Md＝1FvFvGG機(jī)械重要結(jié)論：例如，求圖4－3所示的斜面機(jī)構(gòu)的效率：1)正行程效率為：第三頁，共十八頁，編輯于2023年，星期日計(jì)算螺旋副的效率：擰緊時(shí)：

理想機(jī)械：M0＝（d2Gtgα）/2

η＝M0/M擰松時(shí)，驅(qū)動(dòng)力為G，M’為阻力矩，則有：實(shí)際驅(qū)動(dòng)力：

G=2M’/d2tg(α-φv)理想驅(qū)動(dòng)力：

G0=2M’/d2tgα∴η’＝G0/G以上為效率計(jì)算方法，工程上更多地是用實(shí)驗(yàn)法測(cè)定η，表5－1列出由實(shí)驗(yàn)所得簡單傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)副的機(jī)械效率(P69-P70)。＝tgα/tg(α＋φv)＝tg(α-φv)/tgα2）反行程效率為：第四頁，共十八頁，編輯于2023年，星期日表5-1簡單傳動(dòng)機(jī)械和運(yùn)動(dòng)副的效率名稱傳動(dòng)形式效率值備注圓柱齒輪傳動(dòng)6~7級(jí)精度齒輪傳動(dòng)0.98~0.99良好跑合、稀油潤滑8級(jí)精度齒輪傳動(dòng)0.97稀油潤滑9級(jí)精度齒輪傳動(dòng)0.96稀油潤滑切制齒、開式齒輪傳動(dòng)0.94~0.96干油潤滑鑄造齒、開式齒輪傳動(dòng)0.9~0.93圓錐齒輪傳動(dòng)6~7級(jí)精度齒輪傳動(dòng)0.97~0.98良好跑合、稀油潤滑8級(jí)精度齒輪傳動(dòng)0.94~0.97稀油潤滑切制齒、開式齒輪傳動(dòng)0.92~0.95干油潤滑鑄造齒、開式齒輪傳動(dòng)0.88~0.92蝸桿傳動(dòng)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第五頁，共十八頁，編輯于2023年，星期日續(xù)表5-1簡單傳動(dòng)機(jī)械和運(yùn)動(dòng)副的效率名稱傳動(dòng)形式效率值備注帶傳動(dòng)平型帶傳動(dòng)0.90~0.98滑動(dòng)軸承球軸承0.99稀油潤滑滾子軸承0.98稀油潤滑滑動(dòng)螺旋0.30~0.80滾動(dòng)螺旋0.85~0.95V型帶傳動(dòng)0.94~0.96套筒滾子鏈0.96無聲鏈0.97鏈傳動(dòng)平摩擦輪傳動(dòng)0.85~0.92摩擦輪傳動(dòng)潤滑良好槽摩擦輪傳動(dòng)0.88~0.900.94潤滑不良0.97潤滑正常0.99液體潤滑滾動(dòng)軸承螺旋傳動(dòng)第六頁，共十八頁，編輯于2023年，星期日作者：潘存云教授復(fù)雜機(jī)械的機(jī)械效率計(jì)算方法：1.)串聯(lián)：2.)并聯(lián)總效率η不僅與各機(jī)器的效率ηi有關(guān)，而且與傳遞的功率Ni有關(guān)。設(shè)各機(jī)器中效率最高最低者分別為ηmax和ηmin則有：NdNkN1N2Nk-112kN1N2NkN’1N’2N’k12kNdNrηmin<η<ηmax第七頁，共十八頁，編輯于2023年，星期日作者：潘存云教授NdNkN1N212N”rN’r作者：潘存云教授NdNkN1N2N’d2N”d2N”d3N’d3N’rN”r123‘3“4‘4“N1N2N’d2N”d2N”d3N’d3N’rN”r123‘3“4‘4“NdNk3.)混聯(lián)方法：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Nr并聯(lián)計(jì)算串聯(lián)計(jì)算N”rN’r串聯(lián)計(jì)算第八頁，共十八頁，編輯于2023年，星期日P1P2P’2P”2P’rP”r123‘3“4‘4“5“Pd例題,如圖所示的機(jī)械傳動(dòng)中，已知各傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的效率，并已知輸出功率分別為5kW和0.2kW。求該機(jī)械傳動(dòng)裝置的機(jī)械效率。解第九頁，共十八頁，編輯于2023年，星期日作者：潘存云教授摩擦錐v2121無論F多大，滑塊在P的作用下不可能運(yùn)動(dòng)→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)，則機(jī)械發(fā)生自鎖。法向分力：Fn=Fcosβ

§5－2機(jī)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(shí),恒有：工程意義：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)械要利用自鎖進(jìn)行工作(如千斤頂?shù)?。分析平面移動(dòng)副在驅(qū)動(dòng)力F作用的運(yùn)動(dòng)情況：N21Ft≤Fmax=Fntgβ

=FntgφφF21FR21FβFtFnG一、含移動(dòng)副的機(jī)械第十頁，共十八頁，編輯于2023年，星期日作者：潘存云教授當(dāng)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)副僅受單力F作用時(shí)：最大摩擦力矩為：Mf=FRρ當(dāng)力F的作用線穿過摩擦圓(a<ρ)時(shí)，發(fā)生自鎖。＝FρM=F·

a產(chǎn)生的力矩為：12aFFR二、含轉(zhuǎn)動(dòng)副的機(jī)械第十一頁，共十八頁，編輯于2023年，星期日

當(dāng)機(jī)械出現(xiàn)自鎖時(shí)，無論驅(qū)動(dòng)力多大，都不能運(yùn)動(dòng)，從能量的觀點(diǎn)來看，就是:

--由此判斷是否自鎖及出現(xiàn)自鎖條件。說明：η≤0時(shí)，機(jī)械已不能動(dòng)，外力根本不做功，η已失去一般效率的意義。僅表明機(jī)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(dòng)力之后，才能使機(jī)械運(yùn)動(dòng)。上式可用于判斷是否自鎖及出現(xiàn)自鎖條件。

即：η≤0η＝G0/G≤0＝>G≤0驅(qū)動(dòng)力做的功永遠(yuǎn)≤由其引起的摩擦力所做的功第十二頁，共十八頁，編輯于2023年，星期日作者：潘存云教授舉例(1)：求螺旋千斤頂反行程的機(jī)械效率。≤0得自鎖條件：

tg(α-φv)≤0令η’＝tg(α-φv)/tgα→α≤φvφv=8.7°若?。篺=0.15作者：潘存云教授第十三頁，共十八頁，編輯于2023年，星期日作者：潘存云教授作者：潘存云教授FR13FR2390°+φ90°-α+2φα-φ90°-(α-φ)α-2φ90°-φα132例(2)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：FFR32GG=FR23cos(α-2φ)/cosφGFFR32v32FR13+

FR23+

G=0大?。?？？√方向：√√√FR32+

FR12+

F=0大?。骸?/p>

？？方向：√√√

F=FR32sin(α-2φ)/cosφ

令F≤0得：F=Gtg(α-2φ)tg(α-2φ)≤0α≤2φ由FR32＝-FR23可得：FR13FR23FR12FR12α-φ第十四頁，共十八頁，編輯于2023年，星期日作者：潘存云教授1DA3O2BODA123舉例(3)：圖示偏心夾具在F力夾緊，去掉F后要求不能松開，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：在直角△ABC中有：在直角△OEA中有：反行程具有自鎖條件為：s-s1≤ρesin(δ－φ)－(Dsinφ)/2≤ρ

s=OEs1=ACeφ分析：若總反力FR23穿過摩擦圓--發(fā)生自鎖=(Dsinφ)/2=esin(δ－φ)δ-φFFR23Bss1EδEOφACBC第十五頁，共十八頁，編輯于2023年，星期日注意：根據(jù)不同的場(chǎng)合，應(yīng)用不同的機(jī)械自鎖判斷條件：▲驅(qū)動(dòng)力在運(yùn)動(dòng)方向上的分力Pt≤F摩擦力?！钌a(chǎn)阻力Q≤0；▲令η≤0；▲驅(qū)動(dòng)力落在摩擦錐或摩擦圓之內(nèi)；第十六頁，共十八頁，編輯于2023年，星期日作業(yè):5－5，5－6，5－7，5－8，補(bǔ)充題本章重點(diǎn)：▲自鎖的概念，以及求簡單機(jī)械自鎖的幾何條件?！?/p>