机械原理》机械的效率和自锁.ppt

第五章 机械的效率和自锁 基本要求： 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。 重 点：机械的效率；自锁现象及自锁条件。 难 点: 机械效率的概念及机械的自锁和自锁条件。 5-1 机械的效率 一、机械中的功： 驱动功(输入功) Wd 作用在机械上的驱动力所作的功 有效功(输出功）Wr 克服生产阻力所作的功 损耗功Wf 克服有害阻力所作的功。 WdWr Wf 机械稳定运转时 , 在一个循环中有： 二、机械的效率： 输出功和输入功的比值。反映了输入功在 机械中有效利用的程度。 1. 机械效率 ： 损失 系数 或 ： 2. 机械效率的表达形式 功率表达形式： 当时（恒功率输入） ： 当时（恒功率输 出） ： 力（矩）表达形式： 当时 ： 当时 ： 例如斜面机构,其机械效率可如下求出。 根据力的平衡条件 1）正行程 V12 1 2 F FN21 Ff21 FR21 G F FR21 + G 2）反行程 V12 1 2 F FN21 Ff21 FR21 G F FR21 - G 对于计算单个机构的效率，通常用力或力矩形式的计算公 式计算较为方便。 对于由常用机构和运动副组成的机械系统，因常用机构的 效率通过实验积累的资料可以预先估定，其系统的总的机械效率 则可计算求出。 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 0.97 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 三、机组的效率： 1、串联机组 设机组的输入功率为Nd,各机器的效率为1、2k， Nk 为机组的输出功率。于是机组的机械效率为 12k NdN1N2Nk-1Nk 12k 即串联机组的总效率等于组成该机组的各个机器的效率的 连乘积。 注意！ min1，2， k 2、并联机组 12k Nd N1N2Nk Nk 12k N2N1总输出功率为 Nr = N1+N2+ Nk= N11+ N22+Nkk 总输入功率为 Nd = N1+N2+N k 所以总效率为 并联机组的总效率不仅与各机器的效率有关，而且也与各机 器所传递的功率有关。 3、混联机组 兼有并联和混联的机组。 设各机器中效率最高最低者分别为max和min 则有： min max 例: 解: 如图所示为一输送辊道的传动简图。设已知一对圆柱齿 轮传动的效率为0.95；一对圆锥齿轮传动的效率为0.92 ( 均已包括轴承效率)。求该传动装置的总效率。 此传动装置为一混联系统 v圆柱齿轮1、2、3、4为串联 v圆锥齿轮5-6、7-8、9-10、 11-12为并联。 v此传动装置的总效率 5-2 机械的自锁 一、机械的自锁 由于摩擦力的存在，无论驱动如何增大也无法使机械运动 的现象。 二、自锁现象的意义 1）设计机械时，为了使机 械实现预期的运动，必须 避免机械在所需的运动方 向发生自锁； 2）一些机械的工作需要其 具有自锁特性。 1.运动副的自锁： 三、发生自锁的条件 V12 Ffmax FN FR F F n Ft Ffmax=FN tg=Fntg 当时， 可知 自锁 此时： 1） 移动副： Md= Fa 同样，亦产生了自锁。 2） 转动副： FR= F Mf = FR = F 此时： 而如前述，轴承对轴颈的摩擦力矩为 2 1 r O FR21 FN21 Ff21 a F 2. 机械自锁的一般条件条件： 机械发生自锁时，无 论驱动力多么大，都 不能超过由它所产生 的摩擦阻力。 当h = 0时，机械处于临界自锁状态； 当h 0时，其绝对值越大，表明自锁越可靠。 v 驱动力所作的功， 总是小于或等于由 它所产生的摩擦阻 力所作的功。 h 0 例 1 : 如图所示螺旋千斤顶 当机构反行程自锁时， 0，得 即该螺旋千斤顶的自锁条件为 v V12 1 2 F FN21 Ff21 FR21 G F FR21 - G 例2：如图所示，为一斜面压榨机，求在Q 作 用下的自锁条件。 2）分别取滑块2、3为分离体 列出力平衡方程式 解：1）作出各移动副的总反力。 力多边形中，根据正弦定律得： 提问：如P力反向，该机械发生自锁吗？ Q = R23 cos(-2)/cos R13 + R23 + Q = 0 大小： ？ ？ 方向： R32 + R12 + P = 0 大小： ？ ？ 方向： P = R32 sin(-2)/cos 令P0得： P= Q tg(-2) tg(-2)0 2 由R32R23可得： P 1 3 2 R32 R13 Q R12 Q R13 R23 P R12R32 90+ 90-+2 - 90-(-) -2 90- v32 R23 例3、偏心卡具：在工件反力作用下的自锁条件 A B F 去除后，卡具不松脱，则必 须使反力FR23与摩擦圆 相割 F D Oe R23 E . s1 s C 由几何条件： S S1 由直角三角形ABC知： S1 = AC = R sin 又由直角三角形OAE知： S = OE = e sin( - ) 自锁条件： 例4、凸轮机构推杆：在凸轮推力F 作用下的避免自锁条件 l = ? F L l 水平力平衡： 力矩平衡： 不发生自锁： FN2 FN1 Ff 2 Ff 1 通过以上分析，判断机构是否自锁可采用以下方法 ： 1、分析驱动力是否作用于摩擦角（或摩擦圆）之内； 2、机械效率是否等于或小于零；