机器的机械效率

1、机械效率表达形机械效率表达形式式 机械运转时：机械运转时：克服生产阻力所作的功为有效功克服生产阻力所作的功为有效功(输出功输出功)驱动力所作的功为驱动功驱动力所作的功为驱动功(输入功输入功)克服有害阻力克服有害阻力(如运动副中摩擦力如运动副中摩擦力)所作的功为所作的功为损失功损失功WdWrWf当机械稳定运转时：当机械稳定运转时： Wd = Wr + Wf 机械效率机械效率作用在机械上的力可分为作用在机械上的力可分为驱动力驱动力、阻抗力阻抗力两大类两大类drWWdfdWWW dfWW1机械的效率机械的效率 输入功在机械中的有效利用程度输入功在机械中的有效利用程度阻抗力阻抗力有效阻力有效阻力 （生

2、产阻力）（生产阻力）有害阻力有害阻力drWWdfdWWW dfWW1drPPdfdPPP dfPP1由于损失功由于损失功 Wf 或损失功率或损失功率 Pf 不可能为零，所以不可能为零，所以 1 Wf 或或 Pf 越大，机械的效率就越低。因此在设计机械时，越大，机械的效率就越低。因此在设计机械时，为了使其具有较高的机械效率，应尽量减小机械中的损为了使其具有较高的机械效率，应尽量减小机械中的损耗，主要是减小运动副中的摩擦损失。耗，主要是减小运动副中的摩擦损失。用滚动代替滑动用滚动代替滑动, ,考虑润滑考虑润滑, ,合理选材等合理选材等上下分别除以做功时间则为功率上下分别除以做功时间则为功率 以以功

3、功或或功率功率的形式表达的形式表达机械的效率机械的效率机械效率表达形机械效率表达形式式 F 实际驱动力实际驱动力 F 驱动力作用点沿力作用线方向的速度驱动力作用点沿力作用线方向的速度 Q 实际生产阻力实际生产阻力 Q 阻力作用点沿力作用线方向的速度阻力作用点沿力作用线方向的速度 drPPFQFQ起重装置起重装置机械的效率机械的效率机械效率表达形机械效率表达形式式 以以力力或或力矩力矩的形式表达的形式表达为进一步简化该式，现假设该机械为为进一步简化该式，现假设该机械为理想机理想机械械，即机械中不存在摩擦。此时，即机械中不存在摩擦。此时，F0 为克服同样生产阻力为克服同样生产阻力Q所需的理想驱动力

4、所需的理想驱动力 1FQ F0Q0因为理想机械由于由于Wf 或或 Pf 为零为零F0QFQ 显然显然 F0 Q0dfddr1PPPPPQ0QQQ 0QQ 机械的效率机械的效率Q0机械效率表达形机械效率表达形式式 起重装置起重装置 以以力力或或力矩力矩的形式表达的形式表达为进一步简化该式，现假设该机械为为进一步简化该式，现假设该机械为理想机理想机械械，即机械中不存在摩擦。此时，即机械中不存在摩擦。此时，00rrMMMM M 实际的驱动力矩实际的驱动力矩同理，设同理，设M0 理想的驱动力矩理想的驱动力矩Mr 实际的有效阻力矩实际的有效阻力矩Mr0 理想的有效阻力矩理想的有效阻力矩00drdrQQF

5、FPPWW 0rr0MMMM 机械的效率机械的效率机械效率表达形机械效率表达形式式 起重装置起重装置 以以力力或或力矩力矩的形式表达的形式表达斜面机构斜面机构例例 斜面机构斜面机构 计算计算正行程正行程反行程反行程)tan( GF)tan( GF2/ )tan(2vGdM 2/ )tan(2vGdM tan0GF )tan(tan0 GGFF)tan(tan tan0GF tan)tan(0GGFF tan)tan( 螺旋机构螺旋机构 计算计算拧紧拧紧放松放松)tan(tanv tan)tan(v 机械的效率机械的效率00drdrQQFFPPWW 0rr0MMMM 机械效率表达形机械效率表达形

6、式式 1 一一般般 v 1机械的效率机械的效率实验法测定效率实验法测定效率机组的机组的效效率率 机组机组由许多机构或机器组成的机械系统由许多机构或机器组成的机械系统前面介绍了前面介绍了单个机构单个机构或或一台机器一台机器的效率计算的效率计算串联串联机组效率计算机组效率计算并联并联机组效率计算机组效率计算混联混联机组效率计算机组效率计算 机械系统机械系统的效率计算按若干机构或机器联接的效率计算按若干机构或机器联接组合组合的的方式可分为三种：方式可分为三种：机械的效率机械的效率 串联机组效率计算串联机组效率计算k 个机构或机器依次串联：个机构或机器依次串联：串联串联机械系统的总效率：机械系统的总效

7、率：dkWW kkkdWWWWWWWW 321123121 串联机组的总效率等于组成该机组的各个串联机组的总效率等于组成该机组的各个机器或机构的效率的连乘积。机器或机构的效率的连乘积。机组中任一个机器或机构的效率低，就会使整个机组的机组中任一个机器或机构的效率低，就会使整个机组的效率很低。而且串联的机器数越多效率越低。效率很低。而且串联的机器数越多效率越低。 123312211 kkkdWWWWWWWW 机械的效率机械的效率各机器或机构的效率分别为：各机器或机构的效率分别为：机组的机组的效效率率 并联机组效率计算并联机组效率计算k 个机构或机器并联：个机构或机器并联：总输入功：总输入功：kdi

8、WWWWW 321总输出功：总输出功：kirWWWWW 321kkirWWWWW 332211kiWWiii1 总效率总效率：kkkdiirWWWWWWWWWW 321332211kkkidirPPPPPPPPPP 321332211机械的效率机械的效率机组的机组的效效率率 并联机组效率计算并联机组效率计算k 个机构或机器并联：个机构或机器并联：总效率总效率：kkkdiirWWWWWWWWWW 321332211kkkidirPPPPPPPPPP 321332211机械的效率机械的效率机组的机组的效效率率 与与各机构或机器效率有关各机构或机器效率有关各机构或机器所传递各机构或机器所传递的功的功

9、(率率)大小有关大小有关的最大、最小效率为各机器中和设 minmaxmaxmin 则 混联机组效率计算混联机组效率计算兼有串联和并联的机械系统兼有串联和并联的机械系统一般方法：一般方法： 弄清传动路线弄清传动路线 drdrPPWW率率总输入功总输入功率率总输出功总输出功 再计算总效率：再计算总效率： 分别计算各路线的输入功分别计算各路线的输入功(率率)或输出功或输出功(率率)机械的效率机械的效率总效率的求法按其具体组合总效率的求法按其具体组合方式而定。方式而定。机组的机组的效效率率 922096098098032113.0.980.980.960.940.425 kW4 kW0.8 kWkW.

10、Pd 42359220551319028094098098042114.4034042098098052115.kW.Pd 430749028044142kW.Pd 98311403408080153828. 09831. 14307. 4423. 58 . 045 321rrrrPPPP例例:机械的效率机械的效率 drdrPPWW率率总输入功总输入功率率总输出功总输出功 321ddddPPPP 机械的自锁机械的自锁 研究了单个运动副的自锁条件，现在从生产研究了单个运动副的自锁条件，现在从生产阻力和机器的效率等方面来分析机械的自锁条件阻力和机器的效率等方面来分析机械的自锁条件 一个机械是否发生

11、自锁，可以通过分析组成机械的一个机械是否发生自锁，可以通过分析组成机械的各环节的自锁情况来判断，只要组成机械的某一环节或各环节的自锁情况来判断，只要组成机械的某一环节或数个环节发生自锁，则该机械必发生自锁。此时无论驱数个环节发生自锁，则该机械必发生自锁。此时无论驱动力多大都不能使机械运动动力多大都不能使机械运动0 机械自锁条件自锁条件自锁条件f5-4f5-5阻力阻力 G 0 , 0 正、反行程机器都能运动正、反行程机器都能运动一般不等一般不等 0 , 0正行程机器运动正行程机器运动反行程机器自锁反行程机器自锁自锁机构自锁机构自锁机构在正行程中效率一般都较低自锁机构在正行程中效率一般都较低，故对

12、于传，故对于传递功率较大的机械，常采用其它装置来递功率较大的机械，常采用其它装置来防止机械防止机械的倒转或松脱。的倒转或松脱。(可防止机械自发倒转或松脱可防止机械自发倒转或松脱)阻力阻力 G 0(自锁机械自锁机械)机械的自锁机械的自锁自锁条件自锁条件 机械自锁条件的确定机械自锁条件的确定自锁条件可用以下四种方法确定：自锁条件可用以下四种方法确定：(1) 直接根据条件直接根据条件 FtFfmax 确定确定(3) 利用机械效率计算式利用机械效率计算式 ( 0 ) 确定确定 (4) 令工作阻力小于零令工作阻力小于零( G 0 ) 确定确定 1 一一般般 反行程阻力反行程阻力正行程驱动力正行程驱动力一

13、般一般 GFFGv v 1 或或(2) 直接根据机械中各运动副的自锁条件确定直接根据机械中各运动副的自锁条件确定压榨机压榨机机械的自锁机械的自锁槽面槽面例例: 已知图示机构中移动副的摩擦系数已知图示机构中移动副的摩擦系数 f = 0.1，转动副的转动副的当量摩擦系数当量摩擦系数 fV = 0.15，拉滑块拉滑块2的绳与滑轮的绳与滑轮3间无滑动，间无滑动，解：解：由槽面的当量摩由槽面的当量摩擦系数擦系数11547. 060sin1 . 0sin ffv 587. 61 vvftg 滑轮半径滑轮半径 R = 100 mm ，轴颈半径轴颈半径 r =30 mm ，滑块重滑块重Q = 1000 N ，

14、斜面倾角斜面倾角30，楔形半角楔形半角60，求使滑块求使滑块 2 匀速上滑所需的拉力匀速上滑所需的拉力F和机构的效率。和机构的效率。将槽面摩擦转化为将槽面摩擦转化为当量的平面摩擦当量的平面摩擦转动副的摩擦圆半径转动副的摩擦圆半径:mm 5 . 43015. 0 vfr以滑块以滑块2为示力体为示力体:R12v21R320RRQ3212 Q90v90 v R32由正弦定理由正弦定理 v32vsinR90sinQ vv32cossinQR 平面平面R12例例: 已知图示机构中移动副的摩擦系数已知图示机构中移动副的摩擦系数 f = 0.1，转动副的当量摩擦系数转动副的当量摩擦系数 fV = 0.15，

15、拉滑块拉滑块2的绳的绳与滑轮与滑轮3间无滑动，滑轮半径间无滑动，滑轮半径 R = 100 mm ，轴轴颈半径颈半径 r =30 mm ，滑块重滑块重Q = 1000 N ，斜面斜面倾角倾角30，楔形半角楔形半角60，求使滑块求使滑块 2 匀速上滑所需的拉力匀速上滑所需的拉力F和机构的效率。和机构的效率。 587. 61 vvftg 31R13R23R12v21R32 vv32cossinQR 平面平面例例: 已知图示机构中移动副的摩擦系数已知图示机构中移动副的摩擦系数 f = 0.1，转动副的当量摩擦系数转动副的当量摩擦系数 fV = 0.15，拉滑块拉滑块2的绳的绳与滑轮与滑轮3间无滑动，滑

16、轮半径间无滑动，滑轮半径 R = 100 mm ，轴轴颈半径颈半径 r =30 mm ，滑块重滑块重Q = 1000 N ，斜面斜面倾角倾角30，楔形半角楔形半角60，求使滑块求使滑块 2 匀速上滑所需的拉力匀速上滑所需的拉力F和机构的效率。和机构的效率。31R13R23以滑轮以滑轮3为示力体为示力体:01323RRF1323RRRRF RRRF23 解得解得 vvcosRsinRQF N55.656 转动副的摩擦圆半径转动副的摩擦圆半径:mm 5 . 43015. 0 vfr 587. 61 vvftg R12v21R32平面平面例例: 已知图示机构中移动副的摩擦系数已知图示机构中移动副的摩擦系数 f = 0.1，转动副的当量摩擦系数转动副的当量摩擦系