机械原理机械的传动效率2

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1、第10章机械的 传动效率第10章机械的传动效率10-1 运动副中的摩擦分析 10-2 机械的传动效率 10-3 机械的自锁条件10-4 提高机械效率的途径10-5 摩擦在机械中的应用驱动力 Fd机械摩擦力Ff 、惯性力工作阻力 Fr输入功 Wd机械（摩擦）损耗功Wf输出功 Wr什么是机械的传动效率？drdr PP ww输入功率输出功率 输入功输出功=什么是机械的传动效率？FFQ PPQdr =驱动力生产阻力 输入功率输出功率大多数机械，为了运动平顺或节省 动力，希望传动效率尽可能高。但 无论如何，传动效率不可能达到1。为什么研究机械的传动效率？因为存在摩擦，而摩擦存在于直接 接触的运动副。机械

2、的传动效率为什么不可能达到1？增加零部件磨损，降低机械的工作 可靠性和使用寿命摩擦不仅仅影响机械的传动效率研究摩擦及机械效率的目的：前面分析和设计的前提：理想 机械（忽略摩擦，效率等 于1）通过合理设计，改善机械运转性能，提高机械传动效率。理想机械（理想工况）：忽略速度波动，主轴为常数；忽略摩擦，机械效率等于1；忽略重力、惯性力机械只受驱动力、工作阻力：外力10-2 机械的传动效率一、机械效率的表示形式二、机械系统的机械效率*三、轮系的机械效率外力（矩）功（率）驱动力驱动功（输入功） 生产阻力输出功有害阻力损耗功10-2 机械的传动效率一、机械效率的表示形式dfdfddr WWWWWWW= =

3、1frdWWW+=1、效率以功或功率的形式表示dfdr PPPP=1QQvFFv2、效率以力或力矩的形式表示FQdr FvQvPP=2、效率以力或力矩的形式表示假设无摩擦，则为理想机械。为 克服同样的生产阻力Q所需的驱动力，则为理想驱动力F0（Q）。2、效率以力或力矩的形式表示机械效率也可以工作阻力（矩） 的形式表示：0QQ理想工作阻力实际工作阻力=0QQ MM理想工作阻力矩实际工作阻力矩=例4、矩形螺纹螺旋副，Q为 作用在螺母上的载 荷，M为外加力矩。求：拧紧螺母时的； 螺母在Q力作用下松 开时的。21QM例4、1、拧紧时受力分析，得：21QM)tan(QdM+=2则)tan(tan MM+

4、=0)tan(QdM=2例4、2、松开时受力分析，得：21QM则tan)tan( QQ=0此时，Q为驱动力 M 为阻止螺母加速下滑的阻力矩10-2 机械的传动效率二、机械系统的传动效率一个机构或机器的效率可通过 受力分析进行计算，也可用实验方 法测得，或查阅机械设计手册。10-2 机械的传动效率二、机械系统的传动效率因此，由常用机构组合而成的各种机械，其机械总效率可以根据这些机构的机械效率进行计算或估算。10-2 机械的传动效率二、机械系统的传动效率机械系统的组合方式有3种：串联、并联和混联，相应的计算效率的方法也有3种。1、串联（series connection）k kkddk PP PP

5、 PP PP PP = =321 12312111PdP122P2k1kPkPk串联的级数越多，系统效率越低；若其中某 机构效率很低，则整个系统效率会很低。总输入功率：kdPPPP+=蹠21dP11P1P22P2PkkPkPrP2、并联（connection in parallel）dP11P1P22P2PkkPkPrPkkkrPPPPPPP+=+ +=晠晠2211 2 12、并联（connection in parallel）总输出功率：dP11P1P22P2PkkPkPrP2、并联（connection in parallel）kkkdr PPPPPP PP +=獠獠212211总效率：1

6、、minmax1 21211)(=+=kk PPPPPP 彠彠kkPPkk +=+=彠彠211121)(2、若P1=P2=P3=Pk，则3、若1=2=3=k，则讨论：讨论：并联系统的总效率与各部分的效率、所 传递的功率有关；并联系统的总效率主要取决于传递功 率最大的机构。要提高机械 总效率，应着重提高传递功率大的传动路 线的机械效率。按各部分连接方式，参照串并联的方法求总效率。3、混联（mixed connection）rP34kdP2110-3 机械的自锁条件一、机械的自锁（Auto-Lock）二、机械的自锁条件自锁的现象：无论驱动力如 何增大，机械都无法运动。机械中某活动 构件不能动，则机

7、械自锁。一、机械的自锁自锁的原因：存在摩擦，在 一定的几何条件或驱动力方向下。1、判断驱动力作用线的位置、方向 或大小，分析机械各环节是否自锁。二、机械的自锁条件2、判断机械效率的大小。 若机械效率0，机械必发生自锁。二、机械的自锁条件1、判断驱动力作用线的位置、方向 或大小，分析机械各环节是否自锁。当，驱动力有效分力摩擦阻 力，自锁。212vnnF12R1QdF21N21F在铅垂方向：Q = N21在水平方向：FdF21如：移动副的平面摩擦2112 rOR21Qe2112 rOR21Qe当e，驱动力矩摩擦阻力矩，自 锁。如：颈向轴径转动副的摩擦例5、演员自重G，手1、脚2 与杆3之间的摩擦系

8、 数均为f。杂技演员爬杆求：演员爬杆时不下 滑的条件。4演员杆3L脚2手1G例5、演员在自重作用下 其手、脚有沿杆 下滑的趋势。4演员杆3Lh脚2手1GF31F32N31N32R31R32杂技演员爬杆水平方向：N31=N32对手接触点取矩，有N32h=GL水平方向：N31=N32例5、4演员杆3Lh脚2手1GF31F32N31N32R31R32杂技演员爬杆对手接触点取矩，有N32h=GL得hLGN32=例5、4演员杆3Lh脚2手1GF31F32N31N32R31R32杂技演员爬杆GhLfGfNFF=+22323231hLGN32=则演员不下滑时，应：得fLh2例5、4演员杆3Lh脚2手1GF3

9、1F32N31N32R31R32杂技演员爬杆演员不下滑的条件：fLh2故有经验的杂技演员 爬杆时，其手脚放 得很近，而重心尽 量外移，以减小 h，增大L。2、判断机械效率的大小。若机械效率0，机械必发生自锁。二、机械的自锁条件自锁的充要条件若= 0，则Wd=WF (自锁的临界状态)自锁的充要条件：0若 0，WdWF(必自锁)自锁时，驱动力不大于摩擦阻 力，即驱动功不大于摩擦功，此时机 械效率小于或等于零。若= 0，则Wd=WF (自锁的临界状态)自锁的充要条件：0若 0，WdWF(必自锁)故可用机械效率的计算式判断机 械是否自锁，分析自锁的条件。机械自锁时并不能作功。0时，只表示机械的自锁程度

10、，已不是一般意义的效率。注意：设计时，一般是正行程0， 反行程 0或 0。机械通常可以有正行程和反行程，机械效率一般不等。反行程能自锁的机械称为自锁 机械，可以防止机械自行倒 转或松脱。自锁机械：三角螺纹紧固连接（反行程自锁）各种夹具（夹紧后，松开手柄，在工件反作用力作用下，夹具不会松开）楔连接、起重装置、压榨机械车辆连接的调节螺旋机构：反行程自锁手摇差动螺旋千斤顶：反行程自锁物料123斜面压榨机：反行程自锁提升机械：反行程自锁偏心圆盘夹具：反行程自锁12但自锁机械的正行程效率一般都较低，50%。？故自锁机械一般只宜用于传递功率较小的场合。证明：反行程自锁的机械，正行程 效率50%。正行程的载

11、荷=反行程的驱动力，即若反行程自锁，必有0正行程输出功Wr=反行程输入功Wd即WdWF，WrWF证明：反行程自锁的机械，正行程 效率50%。故=Wr/（Wr+WF）若反行程自锁，必有0即WdWF，WrWFWr/（Wr+Wr）=50%传递功率较大的机械，为避免正 行程效率太低，采用反向制动装置 （反行程不自锁的机械）。如卷扬机等起重装置，利用棘爪 棘轮机构的单向间歇运动特性，进行 反向制动。卷扬机制动机构：防止逆转z1=26，z2=50z2=18，z3=94z3=18，z4=35 z5=88轮系例6、电动卷扬机减速器传动比i1560.14H123235 41和5转向相同。物料例6、斜面压榨机已知

12、斜面倾角，滑动摩擦系数f，压榨载荷Q。123求压榨所需水平推力F；反行程自锁条件（除去F后不松脱）。例6、斜面压榨机物料123物料 （1）分析2受力例6、压榨(正行程)12Q+R12+R32=03R32R12R32R12Q )sin(R )sin(Q+=9029012物料 （1）分析2受力例6、压榨(正行程)12Q+R12+R32=03R32R12R32R12Q 21122R)cos(cosQR=+=物料 （2）分析1受力例6、压榨(正行程)12R21+R31+F=03R32R12)2sin()90sin(21 +=FRR31R21R31FR32R12Q 物料 （2）分析1受力例6、压榨(正行

13、程)12R21+R31+F=03R32R12 cos)2sin( 21+=RFR31R21R31FR32R12Q 物料 （2）分析1受力例6、压榨(正行程)12R21+R31+F=03R32R12)2Qtan(cos)2sin( )2cos(cosQF +=+=R31R21R31FR32R12Q 物料F 同理分析2、1受力例6、（3）反行程 时123)2Qtan(F =或直接以-2代入，得则 )2tan(Q=F0)2tan(Q=F物料F 例6、（3）反行程 时123 则tan2tan QQ0)(=自锁条件为：即：210-4 提高机械效率的途径设计、制造、使用10-4 提高机械效率的途径合理设计

14、（1）尽量简化传动系统，减少运动副数目，如尽量不采用虚约束（重复约束）等；10-4 提高机械效率的途径合理设计（2）选择合适的运动副形式，如尽量少用移动副、多用转动副等；10-4 提高机械效率的途径合理设计（3）在满足强度、刚度等要求下，不要盲目增大构件尺寸，如增大轴颈尺寸使轴颈摩擦力矩增加，易自锁；10-4 提高机械效率的途径合理设计（4）设法减少运动副中的摩擦：如平面摩擦代替槽面摩擦；滚动摩擦代替滑 动摩擦；传递动力时采用矩形螺纹或牙形半 角小的三角螺纹10-4 提高机械效率的途径合理设计（5）设法使机械达到动平衡，减少因惯性力引起的动载荷。10-4 提高机械效率的途径合理设计（6）使组成

15、机械的每个机构或机器均具有较高的机械效率，尽量不并入或串入效率很低的机构或机器。10-4 提高机械效率的途径制造和使用方面提高运动副接触面的加工质量（如表面粗糙度、尺寸精度），合理的运动副材料，合适的润滑剂和润滑装置等。摩擦制动器：制动平滑、安全摩擦离合器：离合平稳、安全常见的摩擦机构：带传动、摩擦轮传动：过载打滑利用摩擦工作摩擦连接10-5 摩擦在机械中的应用一、带传动一、绳索传动一、摩擦轮传动二、摩擦离合器单片离合器：主动轴靠近从动轴并 紧密接触，以摩擦力带动从动轴转动。21主动件从动件QQ二、摩擦离合器多片离合器Q主动件从动件二、摩擦离合器锥面离合器此外，摩擦离合器还有定向离合器、离心离合器三、摩擦制动器制动需要：高速行驶车辆的紧 急刹车、起重机重物悬吊空中或快速下降时突然停止摩擦式制动器广泛用于机械制动中。三、摩擦制动器三种最简单的制动器三、摩擦制动器外带式制动器三、摩擦制动器块式制动器