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1、返回返回 第五章 机械的效率及自锁锁 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x 0和h 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h表示。 机械损失系数或损失率 以x 表示。 hWr/Wd1 x1Wf/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。 实际机械装置 h 理论机械装置 h0 2.机械效率的确定 （1）机械效率的计算确定 1
2、）以功表示的计算公式 hWr/Wd1Wf/Wd 2）以功率表示的计算公式 hPr/Pd1Pf/Pd 3）以力或力矩表示的计算公式 hF0/FM0/M=G/G0=Mr/Mr0 即 h 理想驱动力 实际驱动力 理想驱动力矩 实际驱动力矩 h = Pr /Pd=GvG /FvF 0 h0 = GvG /F0vF = FvF /G0vG =1 vG vF F 机械的效率(2/10) 实际驱动力矩 理想驱动力矩 实际阻抗力 理想阻抗力 0 因其正行程实际驱动力为FGtan(a)，理想驱动力为 F0Gtana，故 例5-1 斜面机构 已知：正行程 F Gtan(a) 反行程 FGtan(a) 现求：h 及
3、h 解 hF0/Ftana/ tan(a) h F0 /Ftana/ tan(a) 因其反行程实际驱动力为GF/tan(a)，理想驱动力为 G0 F/tana，故 hG0/G tan(a)/ tana 机械的效率(3/10) 对吗？ 错误！ 例5-2 螺旋机构 已知：拧紧时 M Gd2tan(av)/2 放松时 MGd2tan(av)/2 现求：h及h 解 采用上述类似的方法，可得 拧紧时 h M0/M tana/ tan(av) 放松时 hG0/G tan(av)/ tana 机械的效率(4/10) （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
4、动力机械在制成后，往往都需做效率实验。 现以蜗杆传动效率实验测定为例加以说明。 1）实验装置 定子平衡杆 电机转子 电机定子 磅秤 千分表 弹性梁 砝码 传送带 蜗杆 制动轮 蜗轮 联轴器 机械的效率(5/10) 据此，可通过 计算确定出整个机械的效率。 同时，根据弹性梁上的千分表读数（即代表Q力）来确定 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
5、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）。 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。 机械的效率(6/10) 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 Pr Pd P1P2 PdP1 Pk Pk-1 12k 即串联机组总效率等于组成该机组的各个机器效率的连乘积。 1k2
6、12k Pd PrP1P2 P1 P2Pk-1Pk-1Pk=Pr 机械的效率(7/10) 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。 Pri Pdi P11+P22+Pkk P1+P2+Pk 即并联机组的总效率与各机器的效率及其传动的功率的大 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 12k 12k P11P22Pkk P1P2
7、Pk Pd 机械的效率(8/10) （3）混联 混联机组的机械效率计算步骤为 1）将输入功至输出功的路线弄清楚； 2）分别计算出总的输入功率Pd和总的输出功率Pr； 3）按下式计算其总机械效率。 Pr /Pd 机械的效率(9/10) 例5-3 已知某机械传动装置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 PdPr /(123 4 ) 5 kW/(0.98 20.962)5.649 kW 机构1、2、3“ 、4“及5“串联的部分 0.2 kW/(0.98 20.9420.42)0.561 kW 故该机械的总效率为 Pr /Pd(5+0.2) kW/(
8、5.649+0.561) kW =0.837 Pd P r /(123 4 5 ) “ “ “ =5 kW 0.980.98 0.960.96 0.940.940.42 =0.2 kW 机械的效率(10/10) 1. 机械的自锁 5-2 机械的自锁 （1） 自锁现象 某些机械，就其机械而言是能够运动的，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了自锁。 如手摇螺旋千斤顶。 F 例5
9、-4 移动副 摩擦角为。则 Ft = Fsin = Fntan Ffmax= Fntan 当 时，有 Ft Ffmax 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Ffmax，因而总不能推动滑块运动，即为自锁现象。 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。 设驱动力为F，传动角为， Ft Fn FR Ffmax 机械的自锁(2/7) 例5-5 转动副 设驱动力为F， 力臂长为a, 当F作用在摩 擦圆之内时（即a ），则 M = aF Mf =FR = F 即F 任意增大（a不
10、变），也不 能使轴颈转动， 即发生了自锁 现象。 结论 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 ，则发生自锁。 摩擦圆半径为， F a FR=F FR=F 机械的自锁(3/7) 故其自 锁条件为av 。 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5-6 手摇螺旋千斤顶 当av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。 支座1 螺杆2 托盘3 重物4 螺母5 螺旋副 手把6 F
11、 G G 螺旋副 机械的自锁(4/7) 例5-7 手摇螺旋千斤顶 自锁要求M0，即 tan(av) 0 故此千斤顶自锁条件为a 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。 支座1 螺杆2 托盘3 重物4 螺母5 螺旋副 手把6 F G G M 反行程：驱动力为G， 阻抗力矩为M ， 机构的自锁(5/7) M Gd2tan(av)/2 则 （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， 1Wf /Wd 0 故 例5-8 手摇螺旋千斤顶 其反行程的效率为 G0/G = ta
12、n(av) /tana 令0，则得此自锁条件为a v 。 （4）从自锁的概念或定义的角度来确定 当生产阻力G 一定时，驱动力F任意增大，即F，或驱动 力F的有效分力Ft总是小于等于其本身所能引起的最大摩擦力， 即 Ft Ffmax 此时，机械将发生自锁。 机构的自锁(6/7) 例5-9 手摇螺旋千斤顶 其反行程驱动力与阻抗力矩的关系为 M /G = d2tan(a v)/2 当M一定，G 时，则 tan(a v)0 又因机械自锁时，其摩擦力一方应大于或等于驱动力一方， 举例： 机构的自锁(7/7) 例5-10 斜面压榨机 例5-11 偏心夹具 例5-12 凸轮机构的推杆 故知其自锁的条件为a v。 即 a v
