机械原理PPT电子课件-第5章 机械的效率与自锁.ppt

天津工业大学专用 作者： 潘存云教授,第五章 机械的效率和自锁,51 机械的效率,52 机械的自锁,天津工业大学专用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,一、机械运转时的功能关系,51 机械的效率,1.动能方程,机械运转时，所有作用在机械上的力都要做功，由能量守恒定律知：所有外力之功等于动能增量,2.机械的运转,wdwrwfwg=e00,输入功大于有害功之和。,wdwrwfwg= ee0,a)启动阶段 速度0 ,动能0 e,天津工业大学专用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,b)稳定运转阶段,在一个循环内有 wdwrwf= ee00,匀速稳定阶段 常数，任意时刻都有：,变速稳定阶段 在m上下 周期波动, (t)=(t+tp),wg=0, e=0, wd= wr+wf,wdwrwf=ee00, wd=wrwf,c)停车阶段 0,wdwrwfwg= ee00,输入功小于有用功与损失功之和。,输入功总是等于有用功与损失功之和。,天津工业大学专用 作者： 潘存云教授,二、机械的效率,机械在稳定运转阶段恒有:,比值wr / wd反映了驱动功的有效利用程度， 称为机械效率。,wr / wd,用功率表示：nr / nd,分析：总是小于 1，当wf 增加时将导致下降。,设计机械时，尽量减少摩擦损失，措施有：,wd= wr+wf,b)考虑润滑,c)合理选材,1wf /wd,(wdwf) /wd,(ndnf) /nd,1nf /nd,a)用滚动代替滑动,天津工业大学专用 作者： 潘存云教授,用力的比值表示：,g vg /f vf,nr / nd,对理想机械，当工作阻力g一定时，有理想驱动力f0,0nr / nd = g vg /f0 vf,代入得 f0 vf / f vff0 / f,用力矩来表示有 md0 / md,1,同理：当驱动力f一定时，理想工作阻力为g0： g0 vg / f vf1,得： g vf /g0 vfg / g0,用力矩来表示有：m g/ mg0,天津工业大学专用 作者： 潘存云教授,重要结论：,计算螺旋副的效率：,拧紧：,理想机械： m0d2 g tan( ) / 2,m0 / m,拧松时，驱动力为g，m为阻力矩，则有：,实际驱动力： g=2m/d2 tan(-v ),理想驱动力： g0=2m/d2 tan(), g0/g,以上为计算方法，工程上更多地是用实验法测定 ，表52列出由实验所得简单传动机构和运动副的机械效率(p123-p124)。,tan()/tan(v ),tan(-v ) / tan( ),天津工业大学专用 作者： 潘存云教授,天津工业大学专用 作者： 潘存云教授,天津工业大学专用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,复杂机械的机械效率计算方法：,1.)串联,2.)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max和min 则有：,min,max,天津工业大学专用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,3.)混联,先分别计算，合成后按串联或并联计算。,并联计算,串联计算,串联计算,天津工业大学专用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,无论f多大，滑块在p的作用下不可能运动,发生自锁。,当驱动力的作用线落在摩擦锥内时，则机械发生自锁。,法向分力： fn=fcos,52 机械的自锁,水平分力： ft=fsin,正压力： n21=fn,最大摩擦力 ：fmax = f n21,当时,恒有：,工程意义：设计新机械时，应避免在运动方向出现自锁，而有些机械要利用自锁进行工作(如千斤顶等)。,分析平面移动副在驱动力p作用的运动情况：,ft fmax,= fn tan,= fntan,一、含移动副的机械,天津工业大学专用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,当回转运动副仅受单力f作用时：,最大摩擦力矩为： mf =fr,当力f的作用线穿过摩擦圆(a)时，发生自锁。,f,m=f a,产生的力矩为：,二、含转动副的机械,天津工业大学专用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,应用实例：图示钻夹具在f力夹紧，去掉f后要求不能松开，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：,在直角abc中有：,在直角oea中有：,反行程具有自锁条件为：,s-s1,esin()(dsin)/2,s =oe,s1 =ac,分析：若总反力fr23穿过摩擦圆发生自锁,=(dsin) /2,=esin(),天津工业大学专用 作者： 潘存云教授,当机械出现自锁时，无论驱动力多大，都不能运动，从能量的观点来看，就是:,由此判断是否自锁及出现自锁条件。,说明： 0时，机械已不能动，外力根本不做功，已失去一般效率的意义。仅表明机械自锁的程度。且越小表明自锁越可靠。,上式意味着只有当生产阻力反向而称为驱动力之后，才能使机械运动。上式可用于判断是否自锁及出现自锁条件。,即： 0,g0 / g 0, g0,驱动力做的功永远由其引起的摩擦力所做的功,天津工业大学专用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,举例1： 求螺旋千斤顶反行程的机械效率。,0,得自锁条件： tan(-v ) 0,令 tan(-v ) / tan(), v,v =8.7,若取： f =0.15,天津工业大学专用 作者： 潘存云教授,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,例2 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：,提问：如f力反向，该机械发生自锁吗？,g = fr23 cos(-2)/cos,大小： ？ ？ 方向： ,大小： ？ ？ 方向： ,f = fr32 sin(-2)/cos,令f0得,f= gtan(-2),tan(-2)0,2,天津工业大学专用 作者： 潘存云教授,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