机械原理课件第12章机械的效率与自锁课件

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1、作者潘存云第第12章章 机械的效率和自锁机械的效率和自锁121 机械的效率机械的效率122 提高机械效率的途径提高机械效率的途径123 摩擦在机械中的应用摩擦在机械中的应用 124 机械的自锁机械的自锁 作者潘存云机械在稳定运转阶段恒有机械在稳定运转阶段恒有:比值比值Wr / Wd机械效率。机械效率。反映了驱动功的有效利用程度用功率表示：用功率表示：Pr / Pd 分析：分析：总是小于总是小于 1，当，当Wf 增加时将导致增加时将导致下降。下降。1Wf /Wd (WdWf) /Wd(PdPf) /Pd 1Pf /Pd 一、机械效率的表达形式一、机械效率的表达形式12121 机械的效率机械的效率

2、有害功有害功 有效功有效功 驱动功驱动功Wd = Wr + WfWr / Wd1）效率以功或者功率形式来表达）效率以功或者功率形式来表达设计机械时，尽量减少摩擦损失 作者潘存云理想机械理想机械潘存云教授研制机械机械减少摩擦损耗的措施有：减少摩擦损耗的措施有：b)b)考虑润滑考虑润滑c)c)合理选材合理选材 a a)用滚动代替滑动用滚动代替滑动2）以力或者力矩形式来表达）以力或者力矩形式来表达vFvG用力的比值表示：用力的比值表示：G vG /F vFPr / Pd对对理理想想机机械械，当当工工作作阻阻力力G一定时，一定时，有理想驱动力有理想驱动力F00G vG /F0 vF1代入得代入得 F0

3、 vF / F vF F0 / F 用力矩来表示则有用力矩来表示则有: FG潘存云教授研制理想机械理想机械F0 vFvGGM0 / M作者潘存云潘存云教授研制 同同理理：当当驱驱动动力力F一一定定时时，理想工作阻力为理想工作阻力为G0： G0 vG / F vF1得：得：G vF /G0 vF用力矩来表示有：用力矩来表示有： M G/ MG0G / G0 理想机械理想机械机械机械 vFvGFG潘存云教授研制理想机械理想机械F vFvGG0重要结论：重要结论：作者潘存云举例举例1：试计算斜面机构的效率。：试计算斜面机构的效率。作者：潘存云教授12GFR21a)a)滑块沿斜面等速上行滑块沿斜面等速

4、上行根据平衡条件根据平衡条件：F + FF + FR21R21+G = 0+G = 0 得：得：F=F=Gtan(tan(+) ) NF21nnFR21vFG+F 理想机械：理想机械：F0G tan( ) 机械效率：机械效率： 作者：潘存云教授12GFR21b)b)滑块沿斜面等速下滑滑块沿斜面等速下滑G-根据平衡条件：根据平衡条件： F + FR21+G = 0得：得：G= =F F /tan(/tan(-) )vFFR21FNF21nn 理想机械：理想机械：G 0F/tan( ) 机械效率：机械效率： 作者潘存云潘存云教授研制作者：潘存云教授d2d2Gd3d1l螺纹拧松等同于滑块沿斜面下降，

5、故有：螺纹拧松等同于滑块沿斜面下降，故有：vvGF举例举例2：试计算螺旋副的效率。：试计算螺旋副的效率。螺纹拧紧等同于滑块沿斜面上升，故有：螺纹拧紧等同于滑块沿斜面上升，故有： 理想机械：理想机械： M0d2 G tan( ) / 2 M0 / Mtan()/tan( )实际驱动力：实际驱动力：G=2M/d2 tan(- )理想驱动力：理想驱动力：G0=2M/d2 tan()G0/Gtan(-) / tan( )非矩形螺纹，只要将公式中的非矩形螺纹，只要将公式中的替换成替换成v 即可。即可。作者潘存云表表12-1 简单传动机械和运动副的效率简单传动机械和运动副的效率名名 称称传传 动动 形形

6、式式效率值效率值备备 注注圆柱齿圆柱齿轮传动轮传动67级精度齿轮传动级精度齿轮传动 0.980.99 良好跑合、稀油润滑良好跑合、稀油润滑 8级精度齿轮传动级精度齿轮传动 0.97 稀油润滑稀油润滑 9级精度齿轮传动级精度齿轮传动 0.96 稀油润滑稀油润滑 切制齿、开式齿轮传动切制齿、开式齿轮传动 0.940.96 干油润滑干油润滑 铸造齿、开式齿轮传动铸造齿、开式齿轮传动 0.90.93圆锥齿圆锥齿轮传动轮传动67级精度齿轮传动级精度齿轮传动 0.970.98 良好跑合、稀油润滑良好跑合、稀油润滑 8级精度齿轮传动级精度齿轮传动 0.940.97 稀油润滑稀油润滑 切制齿、开式齿轮传动切制

7、齿、开式齿轮传动 0.920.95 干油润滑干油润滑 铸造齿、开式齿轮传动铸造齿、开式齿轮传动 0.880.92蜗杆传动蜗杆传动自锁蜗杆自锁蜗杆 0.400.45单头蜗杆单头蜗杆 0.700.75双头蜗杆双头蜗杆 0.750.82 润滑良好润滑良好 三头、四头蜗杆三头、四头蜗杆 0.800.92圆弧面蜗杆圆弧面蜗杆 0.850.95以上为计算方法，工程上更多地是用实验法测定 ，表121列出由实验所得简单传动机构和运动副的机械效率(P236)作者潘存云续表续表12-1 简单传动机械和运动副的效率简单传动机械和运动副的效率名名 称称传传 动动 形形 式式效率值效率值备备 注注带传动带传动平型带传动

8、平型带传动 0.900.98滑动轴承滑动轴承球轴承球轴承 0.99 稀油润滑稀油润滑 滚子轴承滚子轴承 0.98 稀油润滑稀油润滑 滑动螺旋滑动螺旋 0.300.80滚动螺旋滚动螺旋 0.850.95V型带传动型带传动 0.940.96套筒滚子链套筒滚子链 0.96无声链无声链 0.97链传动链传动平摩擦轮传动平摩擦轮传动 0.850.92摩擦轮摩擦轮传动传动润滑良好润滑良好槽摩擦轮传动槽摩擦轮传动 0.880.900.94 润滑不良润滑不良0.97 润滑正常润滑正常0.99 液体润滑液体润滑滚动轴承滚动轴承螺旋传动螺旋传动作者潘存云二、机械系统的机械效率二、机械系统的机械效率1)1)串联串联

9、2)2)并联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Ni有关。设各机器中效率最高最低者分别为设各机器中效率最高最低者分别为maxmax和和minmin 则有：则有：PdPkP1P2Pk-112k作者：潘存云教授P1P2PkP1P2Pk12kPdPrminminmaxmax123k作者潘存云P1P2 1 2PdP”rPrPkPdPk3)3)混联混联先分别计算，合成后按串联或并联计算。先分别计算，合成后按串联或并联计算。潘存云教授研制作者：潘存云教授P1P2Pd2 P”d2P”d3Pd3PrP”r 1 2 3 3”44”作者：潘存云教授P1P2Pd2 P”d2P”d3Pd3PrP”r

10、1 2 3 3”44”PdP”rPrPkPr并联计算并联计算串联计算串联计算串联计算串联计算作者潘存云122 提高机械效率的途径提高机械效率的途径 （1）简化系统简化系统运动副数目运动副数目 摩擦损耗摩擦损耗。（3）不要过多增大轴颈尺寸。不要过多增大轴颈尺寸。因为增加轴颈时会使该因为增加轴颈时会使该轴颈的摩擦力矩增加，机械容易发生自锁。轴颈的摩擦力矩增加，机械容易发生自锁。（4）设法减少运动副中的摩擦损耗：设法减少运动副中的摩擦损耗： a)用滚动代替滑动用滚动代替滑动; b)考虑润滑；考虑润滑； c)合理选材。合理选材。 (5)改改善善机机械械的的平平衡衡，从从而而减减少少机机械械中中因因惯惯

11、性性力力所所引引起的动压力，可以提高机械的效率。起的动压力，可以提高机械的效率。（2）尽量少用移动副。尽量少用移动副。移动副不易保证配和精度，移动副不易保证配和精度，效率相对较低而且容易发生自锁或楔紧。效率相对较低而且容易发生自锁或楔紧。作者潘存云（1）摩擦带传动机构）摩擦带传动机构123 摩擦在机械中的应用摩擦在机械中的应用 潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制组成：组成：由主动轮由主动轮1、从动轮、从动轮2和张紧在两轮上的环形带和张紧在两轮上的环形带3所组成。所组成。工作原理：工作原理：安装时带被张安装时带被张紧在带轮上，产生的初拉紧在带轮上，产生的初拉力使得带与带轮之间产生力使得带

12、与带轮之间产生压力。主动轮转动时，依压力。主动轮转动时，依靠摩擦力托动从动轮一起靠摩擦力托动从动轮一起同向回转。同向回转。动画动画动画动画作者潘存云（2）摩擦离合器）摩擦离合器 23组成：组成：由固定圆盘由固定圆盘1、活动圆盘、活动圆盘2、滑环组成。、滑环组成。 工作原理：工作原理：移动滑环，可实现两圆盘的结合与分离，靠移动滑环，可实现两圆盘的结合与分离，靠 摩擦力带动从动轴转动。摩擦力带动从动轴转动。 潘存云教授研制Fa1Rf潘存云教授研制23潘存云教授研制Fa1Rf作者潘存云潘存云教授研制设计：潘存云结构：结构：由瓦块、制动轮等零件组成。由瓦块、制动轮等零件组成。工作原理：工作原理：通电松

13、开，断电后靠弹簧拉力实现制动。通电松开，断电后靠弹簧拉力实现制动。 借助于瓦块与制动轮之间的摩擦力来实现制动。断电制动是为了保证设备安全。a）块式制动器）块式制动器潘存云教授研制（3）摩擦制动器）摩擦制动器 作者潘存云Faba设计：潘存云F潘存云教授研制F特点：特点：结构简单、紧凑。结构简单、紧凑。b)带式制动器带式制动器工作原理工作原理在外力的作用下，闸带收紧抱住制动轮实现制动。在外力的作用下，闸带收紧抱住制动轮实现制动。潘存云教授研制卷扬机制动器卷扬机制动器作者潘存云利用摩擦力将两个零件刚性动态连接在一起。利用摩擦力将两个零件刚性动态连接在一起。（4）摩擦连接）摩擦连接 钻夹具钻夹具 潘存

14、云教授研制潘存云教授研制夹钳式握持器夹钳式握持器 作者潘存云作者：潘存云教授v2121潘存云教授研制摩擦锥摩擦锥无论无论F多大，滑块不可能运动多大，滑块不可能运动重重要要结结论论：当当驱驱动动力力的的作作用用线线落落在在摩摩擦锥内时，则机械发生自锁。擦锥内时，则机械发生自锁。法向分力：法向分力： Fn=Fcos 12124 机械的自锁机械的自锁水平分力：水平分力： Ft=Fsin正压力：正压力： N21=Fn 最大摩擦力最大摩擦力 ：F Fmaxmax = f N21当当时时, ,恒有：恒有：工工程程意意义义：设设计计新新机机械械时时，应应避避免免在在运运动动方方向向出出现现自自锁锁，而而有有

15、些些机机械械要利用自锁进行工作要利用自锁进行工作(如千斤顶等如千斤顶等)。 分析平面移动副在驱动力P作用的运动情况 N21Ft F Fmaxmax= = Fn tan = FntanFtG一、移动副的自锁一、移动副的自锁 F21 FR21F Fn发生自锁发生自锁!作者潘存云当回转运动副仅受单力当回转运动副仅受单力F作用时：作用时：最大摩擦力矩为：最大摩擦力矩为： Mf =FR重要结论：重要结论： 对对于于含含转转动动副副的的机机械械，当当力力F的的作作用用线线穿穿过过摩摩擦擦圆时，则会发生自锁。圆时，则会发生自锁。F F M=F a产生的力矩为：产生的力矩为：潘存云教授研制作者：潘存云教授1

16、2 aFFR二、转动副的自锁二、转动副的自锁 MMf 若若a，则，则 ：M 0 自锁机械自锁机械 0 0 反行程反行程 自锁机械的应用：自锁机械的应用： 反行程自锁可以防止机械自发倒转或松脱。这种反行程自锁可以防止机械自发倒转或松脱。这种特性对于机床夹具、螺栓连接、楔连接、起重装置和特性对于机床夹具、螺栓连接、楔连接、起重装置和压榨机等机械而言是必须的。压榨机等机械而言是必须的。 作者潘存云潘存云教授研制自锁机械的应用：自锁机械的应用：潘存云教授研制自锁螺栓不易松开自锁螺栓不易松开 钻钻夹夹具具 潘存云教授研制潘存云教授研制自锁蜗杆自锁蜗杆防止倒转防止倒转 螺旋螺旋千斤千斤顶需顶需自锁自锁以防

17、以防跌落跌落作者潘存云作者：潘存云教授132F潘存云教授研制作者：潘存云教授132FFR13FR2390+9090-+2-+2-9090-(-)-(-)-29090-举例举例2 求图示斜面压榨机的自锁条件。求图示斜面压榨机的自锁条件。力多边形中，根据正弦定律得：力多边形中，根据正弦定律得：FR32GG = F FR R23 cos(-2)/cos-2)/cosGFFR32v32F FR R13 + F FR R23 + G = 0 大小：大小： ？ ？ 方向：方向： F FR R32 + F FR R12 + F = 0 大小：大小： ？ ？方向：方向： F = F FR R32 sin(-2

18、)/cos-2)/cos 令令F0F0得得F= Gtan(-2)-2)tan(-2)-2)0022由由F FR R32-F FR R23 可得可得 FR13FR23FR12FR12 -如如F力力反反向向，该该机机械发生自锁吗？械发生自锁吗？作者潘存云作者：潘存云教授1DA3O2潘存云教授研制BODA123举举例例3 图图示示钻钻夹夹具具在在F力力夹夹紧紧，去去掉掉F后后要要求求不不能能松松开开，即反行程具有自锁性。分析其几何条件。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：由此可求出夹具各参数的几何条件为：在直角在直角ABC中有：中有：在直角在直角OEA中有：中有：

19、反行程具有自锁条件为：反行程具有自锁条件为：s-s1 esin()(Dsin)/2 s =OEs1 =AC e分析：若总反力分析：若总反力FR23穿过摩擦圆穿过摩擦圆发生自锁发生自锁=(Dsin) /2 =esin() -FFR23Bss1EEOACBC作者潘存云潘存云教授研制作者：潘存云教授举例举例4 4 求螺旋千斤顶反行程的自锁条件。求螺旋千斤顶反行程的自锁条件。00得自锁条件：得自锁条件： tan(-v v ) 0 0令令 tan(-v v ) / tan() v vv v 8.78.7若取：若取： f 0.150.15潘存云教授研制作者：潘存云教授作者潘存云根据不同的场合，应用不同的机

20、械自锁判断条件：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驱动力在运动方向上的分力P Pt tFF摩擦力。摩擦力。令生产阻力令生产阻力Q0Q0令令00驱动力落在摩擦锥或摩擦圆之内驱动力落在摩擦锥或摩擦圆之内作者潘存云四、自锁在其他方面的应用四、自锁在其他方面的应用 杂技演员爬杆为了防止下滑，杂技演员爬杆为了防止下滑，需要满足自锁条件：需要满足自锁条件：l2fL 潘存云教授研制潘存云教授研制l L作者潘存云本章重点本章重点机械效率机械效率的计算方法；的计算方法；自锁的概念及涵义；自锁的概念及涵义；移动副的自锁条件；移动副的自锁条件；回转副的自锁条件；回转副的自锁条件；机械发生自锁时几何条件的多种判别方法。机械发生自锁时几何条件的多种判别方法。