西北工大版机械原理第章机械的效率与自锁课件

第五章机械的效率和自锁,1、掌握机械的效率的概念及各种表达式,2、熟练机械效率的计算方法,3、理解机械自锁的概念及确定自锁的条件,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0E,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。,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：Pr/Pd,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,(PdPf)/Pd,1Pf/Pd,a)用滚动代替滑动,作者：潘存云教授,F0,用力的比值表示：,GvG/FvF,Pr/Pd,对理想机械，有理想驱动力F0,0Pr/Pd=GvG/F0vF,代入得:F0vF/FvFF0/F,用力矩来表示有：M0/M,1,重要结论：,计算螺旋副的效率：,拧紧：,理想机械：M0d2Gtan()/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/d2tan(-v),理想驱动力：G0=2M/d2tan(),G0/G,以上为计算方法，工程上更多地是用实验法测定，表51列出由实验所得简单传动机构和运动副的机械效率(P69-P70)。,tan()/tan(v),tan(-v)/tan(),计算斜面机构的效率：,上行：F0/F,tan()/tg(),下行：0/,tan(-)/tg(),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Pi有关。,设各机器中效率最高最低者分别为max和min则有：,min,max,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,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=fN21,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：,FtFmax,=Fntg,=Fntg,一、含移动副的机械,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=Fa,产生的力矩为：,二、含转动副的机械,作者：潘存云教授,应用实例：图示钻床夹具在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(),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。,即：0,驱动力做的功永远由其引起的摩擦力所做的功,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,作者：潘存云教授,例2求图示斜面压榨机的机械效率。,力多边形中，根据正弦定律得：,G=FR23cos(-2)/cos,大小：？方向：,大小：？方向：,F=FR32sin(-2)/cos,令F0得：,F=Gtan(-2),tan(-2)0,2,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PtF摩擦力。,令生产阻力Q0；,令0；,驱动力落在摩擦锥或摩擦圆之内；,本章重点：,自锁的概念，以及求简单机械自锁的几何条件。,机械效率的计算方法；,机构中不同运动副中总反力作用线的确定；,不同运动副中摩擦力与载荷之间的关系，摩擦角或摩擦圆的概念；,方向：大小：?,一、填空：1、设机器中的实际驱动力为，在同样的工作阻力和不考虑摩擦时的理想驱动力为0，则机器效率的计算式是=。2、设螺纹的