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1、第五章 机械的效率和自锁 1、掌握机械的效率的概念及各种表达式 2、熟练机械效率的计算方法 3、理解机械自锁的概念及确定自锁的条件 重力功动能增量有害功有效功 驱动功 m t 一、机械运转时的功能关系 51 机械的效率 1.动能方程 机械运转时，所有作用在机械 上的力都要做功，由能量守恒 定律知：所有外力之功等于动能增量 2.机械的运转 WdWrWfWG=E00 输入功大于有害功之和。 WdWrWfWG= EE0 a)启动阶段 速度0,动能0E 启动 m t 稳定运转启动 b)稳定运转阶段 在一个循环内有： WdWrWf= EE00 匀速稳定阶段 常数，任意时刻都有： 变速稳定阶段 在m上下
2、周期波动, (t)=(t+Tp) WG=0, E=0 Wd= Wr+Wf WdWrWf=EE00 Wd=WrWf c)停车阶段 0 WdWrWfWG= EE00 停止 输入功小于有用功与损失功之和。 输入功总是等于有用功与损失功之和。 二、机械的效率 机械在稳定运转阶段恒有: 比值Wr / Wd反映了驱动功的有效利用程度， 称为机械效率。 Wr / Wd 用功率表示：Pr / Pd 分析：总是小于 1，当Wf 增加时将导致下降。 设计机械时，尽量减少摩擦损失，措施有： Wd= Wr+Wf b)考虑润滑 c)合理选材 1Wf /Wd (WdWf) /Wd (PdPf) /Pd 1Pf /Pd a
3、)用滚动代替滑动 作者：潘存云教授 F vF F0 vG G 机械 用力的比值表示： G vG /F vF Pr / Pd 对理想机械，有理想驱动力F0 0Pr / Pd = G vG /F0 vF 代入得: F0 vF / F vFF0 / F 用力矩来表示有：M0 / M 1 重要结论： 计算螺旋副的效率： 拧紧： 理想机械： M0d2 G tan( ) / 2 M0 / M 拧松时，驱动力为G，M为阻力矩，则有： 实际驱动力： G=2M/d2 tan(-v ) 理想驱动力： G0=2M/d2 tan() G0/G 以上为计算方法，工程上更多地是用实验法测定 ，表51列出由实验所得简单传动
4、机构和运动副的 机械效率(P69-P70)。 tan()/tan(v ) tan(-v ) / tan( ) 计算斜面机构的效率： 上行：F0 / Ftan()/tg( ) 下行：0 / tan(-)/tg( ) 表5-1 简单传动机械和运动副的效率 名 称传 动 形 式效率值备 注 圆柱齿 轮传动 67级精度齿轮传动 0.980.99 良好跑合、稀油润滑 8级精度齿轮传动 0.97 稀油润滑 9级精度齿轮传动 0.96 稀油润滑 切制齿、开式齿轮传动 0.940.96 干油润滑 铸造齿、开式齿轮传动 0.90.93 圆锥齿 轮传动 67级精度齿轮传动 0.970.98 良好跑合、稀油润滑 8
5、级精度齿轮传动 0.940.97 稀油润滑 切制齿、开式齿轮传动 0.920.95 干油润滑 铸造齿、开式齿轮传动 0.880.92 蜗杆传动 自锁蜗杆 0.400.45 单头蜗杆 0.700.75 双头蜗杆 0.750.82 润滑良好 三头、四头蜗杆 0.800.92 圆弧面蜗杆 0.850.95 续表5-1 简单传动机械和运动副的效率 名 称传 动 形 式效率值备 注 带传动 平型带传动 0.900.98 滑动轴承 球轴承 0.99 稀油润滑 滚子轴承 0.98 稀油润滑 滑动螺旋 0.300.80 滚动螺旋 0.850.95 V型带传动 0.940.96 套筒滚子链 0.96 无声链 0
6、.97 链传动 平摩擦轮传动 0.850.92摩擦轮 传动 润滑良好 槽摩擦轮传动 0.880.90 0.94 润滑不良 0.97 润滑正常 0.99 液体润滑 滚动轴承 螺旋传动 复杂机械的机械效率计算方法： 1.)串联： 2.)并联 总效率不仅与各机器的效率i 有关，而且与传递的功率Pi有关。 设各机器中效率最高最低者分别为max和min 则有： PdPkP1P2Pk-1 12k P1P2Pk P1P2Pk 12k Pd Pr min max PdPk P1P2 12 P”r Pr 作者：潘存云教授 Pd Nk P1P2 Nd2 N”d2N”d3 Nd3 Nr N”r 12 3 3“ 4
7、4“ P1P2 Pd2 P”d2P”d3 Pd3 Pr P”r 12 3 3“ 4 4“ Pd Pk 3.)混联 先分别计算，合成后按串联或并联计算。 作者：潘存云教授 Pr 并联计算 串联计算 P”r Pr串联计算 摩擦锥 v21 2 1 无论F多大，滑块在P的作用下不可能运动 发生自锁。 当驱动力的作用线落在摩擦锥内时， 则机械发生自锁。 法向分力： Fn=Fcos 52 机械的自锁 水平分力： Ft=Fsin 正压力： N21=Fn 最大摩擦力 ：Fmax = f N21 当时,恒有： 工程意义：设计新机械时，应避免 在运动方向出现自锁，而有些机械 要利用自锁进行工作(如千斤顶等)。 分
8、析平面移动副在驱动力 P作用的运动情况： N21 Ft Fmax = Fn tg = Fntg F21 FR21 F Ft Fn G 一、含移动副的机械 当回转运动副仅受单力F作用时： 最大摩擦力矩为： Mf =FR 当力F的作用线穿过摩擦圆(a)时，发生自锁。 F M=F a产生的力矩为： 1 2 a F FR 二、含转动副的机械 作者：潘存云教授 1 D A 3 O 2 B O D A 1 2 3 应用实例：图示钻床夹具在F力夹紧，去掉F后要求不 能松开，即反行程具有自锁性。分析其几何条件。 由此可求出夹具各参数的几何条件为： 在直角ABC中有： 在直角OEA中有： 反行程具有自锁条件为：
9、 s-s1 esin()(Dsin)/2 s =OE s1 =AC e 分析：若总反力FR23穿过摩擦圆-发生自锁 =(Dsin) /2 =esin() - F FR23 B s s1 E E O A C B C 当机械出现自锁时，无论驱动力多大，都不能运 动，从能量的观点来看，就是: -由此判断是否自锁及出现自锁条件。 说明： 0时，机械已不能动，外力根本不做功，已 失去一般效率的意义。仅表明机械自锁的程度。且 越小表明自锁越可靠。 即： 0 驱动力做的功永远由其引起的摩擦力所做的功 作者：潘存云教授 举例1： 求螺旋千斤顶反行程的机械效率。 0 得自锁条件： tan(-v ) 0 令 ta
10、n(-v ) / tan() v v =8.7若取： f =0.15 作者：潘存云教授 作者：潘存云教授 FR13 FR23 90+ 90-+2 - 90-(-) -2 90- 1 3 2 例2 求图示斜面压榨机的机械效率。 力多边形中，根据正弦定律得： F FR32 G G = FR23 cos(-2)/cos G F FR32 v32 FR13 + FR23 + G = 0 大小： ？ ？ 方向： FR32 + FR12 + F = 0 大小： ？ ？ 方向： F = FR32 sin(-2)/cos 令F0得： F= Gtan(-2) tan(-2)0 2 由FR32-FR23可得： F
11、R13 FR23 FR12 FR12 - 根据不同的场合，应用不同的机械自锁判断条件： 驱动力在运动方向上的分力PtF摩擦力。 令生产阻力Q0； 令0； 驱动力落在摩擦锥或摩擦圆之内； 本章重点： 自锁的概念，以及求简单机械自锁的几何条件。 机械效率的计算方法； 机构中不同运动副中总反力作用线的确定； 不同运动副中摩擦力与载荷之间的关系，摩擦 角或摩擦圆的概念； 方向： 大小： ? ? 一、填空： 1、设机器中的实际驱动力为，在同样的工作阻力和 不考虑摩擦时的理想驱动力为0，则机器效率的计 算式是= 。 2、设螺纹的升角为，接触面的当量摩擦系数为f，则 螺旋副自锁的条件是 。 3、根据机械效率，判别机械自锁的条件是 。 4、反行程自锁的机构，其正行程效率 ，反行程 效率 。
