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1、返回,第五章 机械的效率及自锁,5-1 机械的效率,5-2 机械的自锁,因摩擦损失是不可避免的，故必 有 0和 1。,机械的损失功(Wf)与输入功(Wd) 的比值，,5-1 机械的效率,1. 机械效率的概念及意义,（1）机械效率,机械的输出功(Wr)与输入功(Wd)的比值，,以表示。,机械损失系数或损失率，,以 表示。,Wr/Wd,1 ,1Wf/Wd,（2）机械效率的意义,它是 机械中的一个主要性能指标，,机械效率反映了输入功在机械中的有效利用的程度，,降耗节能是国民经济可持续发展的重要任务之一。,2. 机械效率的确定,（1）机械效率的计算确定,1）以功表示的计算公式,Wr/Wd1Wf/Wd,
2、2）以功率表示的计算公式,Pr/Pd1Pf/Pd,3）以力或力矩表示的计算公式,F0/FM0/M,实际机械装置 , = Pr /Pd=GvG /FvF,0,0 = GvG /F0vF =1,因其正行程实际驱动力为FGtan()，理想驱动力为F0Gtan，故,例1 斜面机构：见图4-3,已知 正行程 F Gtan(),反行程 FGtan(-),现求 及 ,解,F0/Ftan/ tan(),因其反行程实际驱动力为GF/tan()，理想驱动力为 G0 F/tan，故,G0/G tan()/ tan,例2 螺旋机构：见图4-5,已知 拧紧时 M Gd2tan(v)/2,放松时 MGd2tan(v)/2
3、,现求 及 ,解,采用上述类似的方法，可得,拧紧时 M0/M tan/ tan(v),放松时 G0/G tan(v)/ tan,（2）机械效率的实验测定,机械效率的确定除了用计算法外，更常用实验法来测定，,许多机械尤其是动力机械在制成后，往往都需作效率实验。,现以蜗杆传动效率实验测定为例加以说明,1）实验装置,同时，根据弹性梁上的千分表读数（即代表Q力），来确定 出制动轮上的圆周力FtQG，,从而确定出从动轴上的力矩M从，,M从FtR(QG)R,该蜗杆的传动机构的效率公式为, P从/P主,从M从/(主M主),M从/(iM主),式中 i为蜗杆传动的传动比。,对于正在设计和制造的机械，虽然不能直接
4、用实验法测定其 机械效率，,但是由于各种机械都不过是由一些常用机构组合而成 的，而这些常用机构的效率又是可通过实验积累的资料来预先估 定的（如表5-1 简单传动机构和运动副的效率）。,据此，可通过 计算确定出整个机械的效率。,2）实验方法,实验时，可借助于磅秤测定出定子平衡杆的压力F来确定出 主动轴上的力矩M主，,即 M主Fl,3. 机组的机械效率计算,机组,由若干个机器组成的机械系统。,当已知机组各台机器的机械效率时，则该机械的总效率可 由计算求得。,（1）串联,串联机组功率传动的特点是前一机器的输出功率即为后一机 器的输入功率。,串联机组的总机械效率为, 12k,即串联机组总效率等于组成该
5、机组的各个机器效率的连乘积。,只要串联机组中任一机器的效率很低，就会使整个机 组的效率极低；且串联机器数目越多，机械效率也越低。,要提高并联机组的效率，应着重提高传动功率大的路 线的效率。,结论,（2）并联,并联机组的特点是机组的输入功 率为各机器的输入功率之和，而输出 功率为各机器的输出功率之和。,即并联机组的总效率与各机器的效率及其所传动的功率的大 小有关，且min max；,机组的总效率主要取决于传动功率大 的机器的效率。,结论,（3）混联,混联机组的机械效率计算步骤为,1）先将输入功至输出功的路线弄清楚；,2）然后分别计算出总的输入功率Pd 和总的输出功率Pr；,3）最后按下式计算其总
6、机械效率。, Pr /Pd,例 设已知某机械传动装置的机构的效率和输出功率，求该 机械传动装置的机械效率。,解,机构1、2、3 及4串联的部分,5kW/(0.9820.962)5.649 kW,机构1、2、3“ 、4“及5“串联的部分,0.2kW/(0.9820.9420.42)0.561kW,故该机械的总效率为, Pr /Pd,(5+0.2)kW/(5.649+0.561)kW,=0.837,=5kW,=0.2kW,1. 机构的自锁,5-2 机械的自锁,（1） 自锁现象,某些机构，就其机构而言是能够运动的，但由于摩擦的存在，,却会出现无论驱动力如何增大，也无法使机械运动的现象。,（2）自锁意
7、义,设计机械时，为使机械能实现预期的运动，必须避免机械在 所需的运动方向发生自锁；有些机械的工作需要具有自锁的特性，,（3）自锁条件,机械发生自锁实质上是机械中的运动副发生的自锁。,如手摇螺旋千斤顶,F,例 移动副,摩擦角。则,Ft=Fsin=Fntan,Ffmax=Fntan,当时，有,FtFfmax,设驱动力为F，,传动角为，,FR,即当时，无论驱动力F 如何增大，其有效分力Ft总小于 驱动力F 本身所引起的最大摩擦 力，因而总不能推动滑块运动。即自锁现象。,结论 移动副发生自锁的条件为：在移动副中，如果作用于滑块上的驱动力作用在其摩擦角之内（即 ），则发生自锁。,例 转动副,设驱动力为F
8、，,力臂长为a,当F作用在摩 擦圆之内时（即a ），则,M0=Fa Mf=FR =F ,摩擦圆半径为，,即F 任意增大（a不变），也不 能使轴颈转动，,即发生了自锁 现象。,结论 转动副发生自锁的条件为：作用在轴颈上的驱动力为单力F，且作用于摩擦圆之内，即a 。,故其自 锁条件为v,2. 机械自锁条件的确定,(1)从运动副发生自锁的条件来确定,原因 机械的自锁实质就是其中的运动副发生了自锁。,例1 手摇螺旋千斤顶,当v时，,其螺旋副发生自锁，,则此机械也必将发生自锁，,(2)从生产阻力G0的条件来确定,当机械发生自锁时，无论驱动力 如何增大，机械不能运动；这时能克 服的生产阻力G0。,F,G,
9、例 手摇螺旋千斤顶,自锁要求M 0，即 tan(v) 0,故此千斤顶自锁条件为v,G0意味着，只有阻抗力反向变为驱动力后，才能使机械运 动，此时机械已发生自锁。,M,反行程：,驱动力为G，,机构的自锁(5/7),（3）从效率 0的条件来确定,当机械发生自锁时，无论驱动力如何增大，其驱动力所作的 功Wd总是不足以克服其引起的最大损失功Wf，,例 手摇螺旋千斤顶,其反行程的效率为： G0/G= tan(v) /tan,令0，,则得此自锁条件为v,例2：如图所示，为一斜面压榨机，求在G 作 用下的自锁条件。,2）分别取滑块2、3 为分离体,列出力平衡方程式,解：1）作出各移动副 的总反力。,G,F,
10、FR23,FR32,FR13,FR12,FR13,G,F,FR12,FR23,FR32,作力多边形，于是由正弦定律得：,F = FR32sin（ 2）/cos,G = FR23cos（ 2）/cos,又因R32 = R23，,令 F = G tg（2）0 即 tg（2）0,于是机构的自锁条件为, 2,F = G tg（2）,通过以上分析，判断机构是否自锁可采用以下方法：,1、分析驱动力是否作用于摩擦角（或摩擦圆）之内； 2、机械效率是否等于或小于零； 3、阻抗力是否等于或小于零； 4、驱动力是否等于或小于最大摩擦力。,自锁问题小结,要做到正确确定机械的自锁条件，一是要清楚机械自锁的概念；二是要清楚机械是正行程自锁，还是反行程自锁；三是要根据机械的具体情况，选用简便的机械自锁条件确定的方法。,
