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1、第第1111章章 机械的效率和机械的效率和自锁自锁基本要求：基本要求：建立正确、全面的机械效率的概念；建立正确、全面的机械效率的概念；掌握简单机械的效率和自锁条件的求解方法。掌握简单机械的效率和自锁条件的求解方法。重重 点：点：机械的效率；自锁现象及自锁条件。机械的效率；自锁现象及自锁条件。难难 点点: 机械效率的概念及机械的自锁和自锁条件。机械效率的概念及机械的自锁和自锁条件。机械的效率和自锁优秀11-111-1机械的效率机械的效率一、机械中的功：一、机械中的功：驱动功驱动功( (输入功输入功) ) Wd 作用在机械上的驱动力所作的功作用在机械上的驱动力所作的功有效功有效功( (输出功）输出
2、功）Wr 克服生产阻力所作的功克服生产阻力所作的功损耗功损耗功Wf 克服有害阻力所作的功克服有害阻力所作的功。WdWr Wf机械机械稳定稳定运转时运转时 , 在一个循环中有：在一个循环中有：二、机械的效率：二、机械的效率：输输出出功功和和输输入入功功的的比比值值。反反映映了了输输入入功功在在机械中有效利用的程度。机械中有效利用的程度。 1.1.机械效率机械效率 ：损失损失系数系数或：或：机械的效率和自锁优秀2.2.机械效率的表达形式机械效率的表达形式 功率表达形式：功率表达形式： 当当时时（恒功率输入）（恒功率输入）：当当时时（恒功率输（恒功率输 出）出）：力（矩）表达形式：力（矩）表达形式：
3、 当当时：时：当当时：时：机械的效率和自锁优秀 例如斜面机构例如斜面机构,其机械效率可如下求出。其机械效率可如下求出。 根据力的平衡条件根据力的平衡条件 1）正行程）正行程V1212FFN21Ff21 FR21 GFFR21 + G2）反行程）反行程V1212FFN21Ff21 FR21 GFFR21 - G机械的效率和自锁优秀 对对于于计计算算单单个个机机构构的的效效率率，通通常常用用力力或或力力矩矩形形式式的的计计算公式计算较为方便。算公式计算较为方便。对对于于由由常常用用机机构构和和运运动动副副组组成成的的机机械械系系统统，因因常常用用机机构构的的效效率率通通过过实实验验积积累累的的资资
4、料料可可以以预预先先估估定定，其其系系统统的的总总的的机机械械效效率率则可计算求出。则可计算求出。 三、机组的效率：三、机组的效率：1 1、串联机组、串联机组设设机机组组的的输输入入功功率率为为Nd, ,各各机机器器的的效效率率为为1、2k， Nk为机组的输出功率。于是机组的机械效率为为机组的输出功率。于是机组的机械效率为12kNdN1N2Nk-1Nk12k机械的效率和自锁优秀即即串串联联机机组组的的总总效效率率等等于于组组成成该该机机组组的的各各个个机机器器的的效效率率的的连乘积。连乘积。 2 2、并联机组、并联机组12kNdN1N2NkN k12kN 2N 1总输出功率为总输出功率为 Nr
5、 = N1+N2+ Nk= N11+ N22+Nkk 总输入功率为总输入功率为 Nd = N1+N2+N k 注意！注意！ min1，2， k机械的效率和自锁优秀所以总效率为所以总效率为 设设为分流系数为分流系数注意！注意！min j max j 并并联联机机组组的的总总效效率率不不仅仅与与各各机机器器的的效效率率有有关关，而而且且也也与与各各机机器所传递的功率有关。器所传递的功率有关。 3 3、混联机组、混联机组兼有并联和混联的机组。兼有并联和混联的机组。机械的效率和自锁优秀例例:解解:如图所示为一输送辊道的传动简图。设已知如图所示为一输送辊道的传动简图。设已知一对圆柱齿一对圆柱齿轮传动的效
6、率为轮传动的效率为0.95；一对圆锥齿轮传动的效率为一对圆锥齿轮传动的效率为0.92 (均已包括轴承效率均已包括轴承效率)。求该传动装置的总效率。求该传动装置的总效率。此传动装置为一混联系统此传动装置为一混联系统v圆柱齿轮圆柱齿轮1、2、3、4为串联为串联v圆锥齿轮圆锥齿轮5-6、7-8、9-10、11-12为并联。为并联。v此传动装置的总效率此传动装置的总效率机械的效率和自锁优秀11-211-2机械的自锁机械的自锁一、机械的一、机械的自锁自锁 由由于于摩摩擦擦力力的的存存在在，无无论论驱驱动动如如何何增增大大也也无无法法使使机机械械运运动的现象。动的现象。二、自锁现象的意义二、自锁现象的意义
7、1）设设计计机机械械时时，为为了了使使机机械械实实现现预预期期的的运运动动，必必须须避避免免机机械械在在所所需需的的运运动动方方向发生自锁；向发生自锁；2）一一些些机机械械的的工工作作需需要要其其具有自锁特性。具有自锁特性。机械的效率和自锁优秀1.运动副的自锁：运动副的自锁：三、发生自锁的条件三、发生自锁的条件V12FfmaxFNFR FFnFtFfmax=FN tg=Fntg 当当时，时， 可知可知自锁自锁此时：此时：1） 移动副：移动副：机械的效率和自锁优秀Md= Fa 同样，亦产生了同样，亦产生了自锁自锁。 2） 转动副：转动副：FR= FMf = FR = F 此时：此时：而如前述，轴
8、承对轴颈的摩擦力矩而如前述，轴承对轴颈的摩擦力矩为为21rO FR21FN21Ff21aF机械的效率和自锁优秀2. 机械自锁的一般条件条件：机械自锁的一般条件条件：机机械械发发生生自自锁锁时时，无无论论驱驱动动力力多多么么大大，都都不不能能超超过过由由它它所所产生的摩擦阻力。产生的摩擦阻力。 当当h h = 0时，机械处于临界自锁状态；时，机械处于临界自锁状态； 当当h h 0时，其绝对值越大，表明自锁越可靠。时，其绝对值越大，表明自锁越可靠。v 驱驱动动力力所所作作的的功功，总总是是小小于于或或等等于于由由它它所所产产生生的的摩摩擦擦阻阻力所作的功。力所作的功。h h 0 0机械的效率和自锁
9、优秀例例 1 : 如图所示螺旋千斤顶如图所示螺旋千斤顶 当机构反行程自锁时，当机构反行程自锁时， 0，得得 即该螺旋千斤顶的自锁条件为即该螺旋千斤顶的自锁条件为 v V1212FFN21Ff21 FR21 GFFR21 - G机械的效率和自锁优秀例例2：如图：如图所示，为一所示，为一斜面压榨机斜面压榨机，求在，求在G 作作 用下的自锁条件。用下的自锁条件。作力多边形，于是由正弦定律得：作力多边形，于是由正弦定律得： F = FR32sin（ 2）/cos G = FR23cos（ 2）/cos 又因又因R32 = R23， 令令 F = G tg（2）0 即即 tg（2）0 于是机构的自锁条件
10、为于是机构的自锁条件为 2 2）分别取滑块）分别取滑块2、3为分离体为分离体列出力平衡方程式列出力平衡方程式解：解：1）作出各移动副的总反力。）作出各移动副的总反力。G FFR23FR32FR13FR12FR13G FFR12FR23FR32F = G tg（2）机械的效率和自锁优秀通过以上分析，判断机构是否自锁可采用以下方法：通过以上分析，判断机构是否自锁可采用以下方法： 1 1、分析驱动力是否作用于摩擦角（或摩擦圆）之内；、分析驱动力是否作用于摩擦角（或摩擦圆）之内； 2 2、机械效率是否等于或小于零；、机械效率是否等于或小于零； 3 3、阻抗力是否等于或小于零；、阻抗力是否等于或小于零； 4 4、驱动力是否等于或小于最大摩擦力。、驱动力是否等于或小于最大摩擦力。 要要做做到到正正确确确确定定机机械械的的自自锁锁条条件件，一一是是要要清清楚楚机机械械自自锁锁的的概概念念；二二是是要要清清楚楚机机械械是是正正行行程程自自锁锁，还还是是反反行行程程自自锁锁；三三是是要要根根据据机械的具体情况，选用简便的机械自锁条件确定的方法。机械的具体情况，选用简便的机械自锁条件确定的方法。 自自 锁锁 问问 题题 小小 结结机械的效率和自锁优秀
