第5章 机械的效率与自锁

1、第五章第五章 机械的效率及自锁机械的效率及自锁 因摩擦损失是不可避免的，故必因摩擦损失是不可避免的，故必有有 0和和 1。 机械的损失功机械的损失功(Wf)与输入功与输入功(Wd)的比值，的比值，1. 1. 机械效率的概念及意义机械效率的概念及意义（1 1）机械效率机械效率 机械的输出功机械的输出功( (WWr r) )与输入功与输入功( (WWd d) )的比值，的比值，以以 表示。表示。机械损失系数机械损失系数或或损失率损失率，以以 表示。表示。Wr/Wd1 1Wf/Wd（2）机械效率的意义）机械效率的意义 它是它是机械中的一个主要性能指标，机械中的一个主要性能指标，机械效率反映了输入功在

2、机械中的有效利用的程度，机械效率反映了输入功在机械中的有效利用的程度，降耗节能是国民经济可持续发展的重要任务之一。降耗节能是国民经济可持续发展的重要任务之一。5-1 5-1 机构的效率机构的效率2. 2. 机械效率的确定机械效率的确定（1）机械效率的计算确定）机械效率的计算确定1）以功表示的计算公式）以功表示的计算公式Wr/Wd1Wf/Wd2）以功率表示的计算公式）以功率表示的计算公式Pr/Pd1Pf/Pd3）以力或力矩表示的计算公式）以力或力矩表示的计算公式F0/FM0/M即即 理想驱动力理想驱动力实际驱动力实际驱动力理想驱动力矩理想驱动力矩实际驱动力矩实际驱动力矩G理论机械装置理论机械装置

3、 0 = Pr /Pd=GvG /FvF00 = GvG /F0vF =1vGvFF5-1 5-1 机构的效率机构的效率实际机械装实际机械装置置 因其正行程实际驱动力为因其正行程实际驱动力为FGtan()，理想驱动力为，理想驱动力为F0Gtan，故，故例例1 1 斜面机构斜面机构已知已知 正行程正行程 F Gtan()反行程反行程 FGtan(-)现求现求 及及 解解 F0/Ftan/ tan() F0 /Ftan/ tan()对吗？对吗？ 因其反行程实际驱动力为因其反行程实际驱动力为GF/tan()，理想驱动力为，理想驱动力为G0 F/tan，故，故G0/G tan()/ tan5-1 5-

4、1 机构的效率机构的效率例例2 2 螺旋机构螺旋机构已知已知 拧紧时拧紧时 M Gd2tan(v)/2放松时放松时 MGd2tan(v)/2现求现求 及及 解解采用上述类似的方法，可得采用上述类似的方法，可得拧紧时拧紧时 M0/M tan/ tan(v)放松时放松时 G0/G tan(v)/ tan 5-1 5-1 机构的效率机构的效率（2）机械效率的实验测定）机械效率的实验测定机械效率的确定除了用计算法外，更常用实验法来测定，机械效率的确定除了用计算法外，更常用实验法来测定，许多机械尤其是动力机械在制成后，往往都需作效率实验。许多机械尤其是动力机械在制成后，往往都需作效率实验。现以蜗杆传动效

5、率实验测定为例加以说明。现以蜗杆传动效率实验测定为例加以说明。1）实验装置）实验装置定子平衡定子平衡杆杆电机转子电机转子电机定子电机定子磅秤磅秤千分表千分表弹性梁弹性梁砝码砝码皮带皮带蜗杆蜗杆制动轮制动轮蜗轮蜗轮联轴器联轴器5-1 5-1 机构的效率机构的效率GF2RQ 同时，根据弹性梁上的千分表读数（即代表同时，根据弹性梁上的千分表读数（即代表Q力），来确定力），来确定出制动轮上的圆周力出制动轮上的圆周力FtQG，从而确定出从动轴上的力矩从而确定出从动轴上的力矩M从从，M从从FtR(QG)R该蜗杆的传动机构的效率公式为该蜗杆的传动机构的效率公式为 P从从/P主主从从M从从/(主主M主主)M从

6、从/(iM主主)式中式中 i为蜗杆传动的传动比。为蜗杆传动的传动比。 对于正在设计和制造的机械，虽然不能直接用实验法测定其对于正在设计和制造的机械，虽然不能直接用实验法测定其机械效率，机械效率， 但是由于各种机械都不过是由一些常用机构组合而成但是由于各种机械都不过是由一些常用机构组合而成的，而这些常用机构的效率又是可通过实验积累的资料来预先估的，而这些常用机构的效率又是可通过实验积累的资料来预先估定的（如表定的（如表5-1 简单传动机构和运动副的效率）。简单传动机构和运动副的效率）。 据此，可通过据此，可通过计算确定出整个机械的效率。计算确定出整个机械的效率。2）实验方法）实验方法 实验时，可

7、借助于磅秤测定出定子平衡杆的压力实验时，可借助于磅秤测定出定子平衡杆的压力F来确定出来确定出主动轴上的力矩主动轴上的力矩M主主， 即即 M主主Fl5-1 5-1 机构的效率机构的效率3. 3. 机组的机械效率计算机组的机械效率计算机组机组 由若干个机器组成的机械系统。由若干个机器组成的机械系统。 当已知机组各台机器的机械效率时，则该机械的总效率可当已知机组各台机器的机械效率时，则该机械的总效率可由计算求得。由计算求得。（1）串联）串联 串联机组功率传动的特点是前一机器的输出功率即为后一机串联机组功率传动的特点是前一机器的输出功率即为后一机器的输入功率。器的输入功率。串联机组的总机械效率为串联机

8、组的总机械效率为PrPd P1P2PdP1PkPk-1 12k 即串联机组总效率等于组成该机组的各个机器效率的连乘积。即串联机组总效率等于组成该机组的各个机器效率的连乘积。5-1 5-1 机构的效率机构的效率 只要串联机组中任一机器的效率很低，就会使整个机只要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。组的效率极低；且串联机器数目越多，机械效率也越低。 要提高并联机组的效率，应着重提高传动功率大的路要提高并联机组的效率，应着重提高传动功率大的路线的效率。线的效率。结论结论（2）并联）并联 并联机组的特点是机组的输入功并联机组的特点是机组的输入功率

9、为各机器的输入功率之和，而输出率为各机器的输入功率之和，而输出功率为各机器的输出功率之和。功率为各机器的输出功率之和。 PriPdiP11+P22+PkkP1+P2+Pk 即并联机组的总效率与各机器的效率及其所传动的功率的大即并联机组的总效率与各机器的效率及其所传动的功率的大小有关，且小有关，且min ，或驱，或驱动力动力F的有效分力的有效分力Ft总是小于其本身所能引起的最大摩擦力，总是小于其本身所能引起的最大摩擦力，即即FtFfmax此时，机械将发生自锁。此时，机械将发生自锁。5-2 5-2 机械的自锁机械的自锁例例 手摇螺旋千斤顶手摇螺旋千斤顶其反行程驱动力与阻抗力矩的关系为其反行程驱动力与阻抗力矩的关系为当当M一定时，而一定时，而G时，则时，则 tan( -v)0又因机