[工学]第五章_机械效率及自锁第七版ppt课件

1、第五章第五章 机械效率与自锁机械效率与自锁机械的效率机械的效率机械的自锁机械的自锁5-1 机械的效率机械的效率 机械效率的含义：机械效率的含义： 反映输入功在机械中的有效利用的程度反映输入功在机械中的有效利用的程度Wr/Wd1 1Wf/Wd机械损失系数或损失率机械损失系数或损失率 =Wf/Wd15-1 机械的效率机械的效率 效率的几种表达效率的几种表达 以功表示：以功表示：Wr/Wd1Wf/Wd 以功率表示：以功率表示： Pr/Pd1Pf/Pd 以力或力矩表示：以力或力矩表示：实际驱动力矩实际驱动力矩理想驱动力矩理想驱动力矩实际驱动力实际驱动力理想驱动力理想驱动力 理想阻力矩理想阻力矩实际阻力

2、矩实际阻力矩理想生产阻力理想生产阻力实际生产阻力实际生产阻力 G实践机械安装 理想机械安装 0 = Pr /Pd=GvG /FvF00 = GvG /F0vF =1vGvFFF0/FM0/MG/G0 因其上升行程实践驱动力为FGtan()，理想驱动力为F0Gtan，故例1 斜面机构知：上升行程 F Gtan()下降行程 FGtan()现求： 及 解 F0/Ftan/ tan() F0 /Ftan/ tan()下降行程实践驱动力为GF/tan()，理想驱动力为G0 F/tanG0/G tan()/ tan对吗？错误！F例2 螺旋机构知：拧紧时 M Gd2tan(v)/2放松时 MGd2tan(v

3、)/2现求：及 解: 采用上述类似的方法，可得拧紧时 M0/M tan/ tan(v)放松时 G0/G tan(v)/ tan s =n p2dFG/2G/2机组的机械效率计算 1串联串联PrPd P1 P2Pd P1PkPk-1 12k 1k212kPdPrP1P2P1P2Pk-1Pk-1Pk=Pr 只需串联机组中任一机器的效率很低，就会使整个机组的效率极低；且串联机器数目越多，机械效率也越低。结论 要提高并联机组的效率，应着重提高传动功率大的道路的效率。 PriPdiP11+P22+PkkP1+P2+Pk 并联机组的总效率与各机器的效率及其传动的功率的大小有关，且min max； 机组的总

4、效率主要取决于传动功率大的机器的效率。结论结论12k12kP11 P22PkkP1P2PkPd2并联并联3混联混联1先将输入功至输出功的道路弄清楚；先将输入功至输出功的道路弄清楚；2然后分别计算出总的输入功率然后分别计算出总的输入功率Pd和总的输和总的输出功率出功率Pr；3 Pr /Pd 例 设知某机械传动安装的机构的效率和输出功率，求该机械传动安装的机械效率。解：解：PPPPPPP1243534dPPPPPPPPPP1234534dPPP=5 kW0.980.980.960.960.940.940.42=0.2 kWkwPPr425. 596. 052432kwPPr539. 042094.

5、 02 . 025432?kwPPd21. 698. 0)539. 0425. 5(2212837. 021. 6)2 . 05(drPP 机械运转中影响其效率的主要要素机械运转中影响其效率的主要要素为机械中的损耗，而损耗主要是由摩为机械中的损耗，而损耗主要是由摩擦引起的。擦引起的。 要提高机械的效率必需采取措施减要提高机械的效率必需采取措施减少摩擦。普通从设计、维护和运用三少摩擦。普通从设计、维护和运用三个方面来思索。个方面来思索。提高机械效率的途径提高机械效率的途径设计方面主要采取以下措施：设计方面主要采取以下措施：尽量简化机械系统尽量简化机械系统 选择适宜运动副方式选择适宜运动副方式 在

6、满足强度在满足强度, ,刚度的条件下刚度的条件下, ,减小构件尺寸减小构件尺寸设法减小摩擦设法减小摩擦减小因惯性力引起的动载荷减小因惯性力引起的动载荷 5-2 机械的自锁机械的自锁一、机械的自锁景象一、机械的自锁景象 机械中存在着使其运动的驱动力和妨碍其运动机械中存在着使其运动的驱动力和妨碍其运动的摩擦力。假设由于摩擦力的存在，驱动力无论多的摩擦力。假设由于摩擦力的存在，驱动力无论多么大，都不能使机械运动，称这种景象为自锁。么大，都不能使机械运动，称这种景象为自锁。 二、讨论自锁景象的意二、讨论自锁景象的意义义1设计机械时，为了使机械实现预期的运动，必需设计机械时，为了使机械实现预期的运动，必

7、需防止机械在所需的运动方向发生自锁；防止机械在所需的运动方向发生自锁；2一些机械的任务需求其具有自锁特性。一些机械的任务需求其具有自锁特性。F挪动副挪动副有效分力有效分力=Ft = Fsin = Fntan当当v 时，有时，有Ft Ff 结论 挪动副发生自锁的条件为：在挪动副中，假设作用于滑块上的合外力作用在其摩擦角之内即v ，那么发生自锁。nnvFtFn三、自锁的判别三、自锁的判别1.运动副自锁运动副自锁摩擦力摩擦力Ff = fv Fn=Fntanv自锁自锁当当=v 时，有时，有Ft =Ff临界自锁临界自锁当当 v时，有时，有Ft Ff运动运动转动副转动副a ，即当，即当F作用在摩擦圆作用在

8、摩擦圆之内时，之内时，M Mf 结论结论 转动副发生自锁的条件为：作用在轴颈上的转动副发生自锁的条件为：作用在轴颈上的驱动力为单力驱动力为单力F，且作用于摩擦圆之内，即，且作用于摩擦圆之内，即 a 。 1212FaFR=F有效能矩有效能矩M=Fa摩擦力矩摩擦力矩Mf = F 螺旋副螺旋副知：拧紧时 M Gd2tan(v)/2放松时 MGd2tan(v)/2s =n p2dFG/2G/2结论：螺旋副的自锁条件是螺旋升角结论：螺旋副的自锁条件是螺旋升角当量摩擦角，当量摩擦角，即即 v2. 从所能抑制的消费阻力从所能抑制的消费阻力0的条件来确定的条件来确定所能抑制的消费阻力所能抑制的消费阻力0 意味

9、着只需阻抗力反向变为意味着只需阻抗力反向变为驱动力后，才干使机械运动，此时机械已发生自锁。驱动力后，才干使机械运动，此时机械已发生自锁。F下降行程下降行程 FGtan()3.从效率从效率 0的条件来确定的条件来确定 当机械发生自锁时，无论驱动力如何增大，其驱动力所作的功Wd总是缺乏以抑制其引起的最大损失功Wf， 1Wf /Wd 0 当当h=0时，机械处于临界自锁形状；时，机械处于临界自锁形状； 当当h0时，其绝对值越大，阐明自锁越可靠。时，其绝对值越大，阐明自锁越可靠。4.从自锁的概念或定义的角度来确定从自锁的概念或定义的角度来确定 当消费阻力当消费阻力G 一定时，驱动力一定时，驱动力F恣意增

10、大，即恣意增大，即F，或驱动力，或驱动力F的有效分力的有效分力Ft总是小于等于其总是小于等于其本身所能引起的最大摩擦力，本身所能引起的最大摩擦力，Ft Ffmax此时，机械将发生自锁。此时，机械将发生自锁。例：螺旋千斤顶的自锁条件例：螺旋千斤顶的自锁条件支座1螺杆2托盘3重物4螺母5螺旋副手把6FG G螺旋副自锁要求自锁要求M0，即，即 tan(v) 0自锁条件为自锁条件为 vM Gd2tan(v)/2G/G0 = tan(v) /tan 0小结：小结： 机械能否发生自锁，与驱动力作用线的位置机械能否发生自锁，与驱动力作用线的位置和方向有关。和方向有关。 在挪动副中，假设驱动力作用在摩擦角之内

11、，在挪动副中，假设驱动力作用在摩擦角之内，那么会发生自锁；那么会发生自锁； 在转动副中，假设驱动力作用在摩擦圆之内，在转动副中，假设驱动力作用在摩擦圆之内，那么会发生自锁；那么会发生自锁； 假设一个机械的某个环节运动副发生自假设一个机械的某个环节运动副发生自锁锁,那么该机械必发生自锁。故一个机械能那么该机械必发生自锁。故一个机械能否会发生自锁，可以经过分析组成机械的各否会发生自锁，可以经过分析组成机械的各个环节的自锁情况来判别。个环节的自锁情况来判别。 自锁时自锁时,驱动力矩不超越它产生的摩擦驱动力矩不超越它产生的摩擦阻力矩阻力矩 ； 自锁时机械的效率小于或等于零。故可借机自锁时机械的效率小于或等于零。故可借机械效率的计算式来判别机械能否自锁和分析械效率的计算式来判别机械能否自锁和分析自锁产生的条件。自锁产生的条件。 自锁时机械的所能抑制的任务阻力不大于零自锁时机械的所能抑制的任务阻力不大于零自锁的方向性自锁的方向性 机械通常有正反两个行程，它机械通常有正反两个行程，它们的机械效率普通并不相等，