新大机械原理课件第5章 机械的效率和自锁

第五章机械的效率和自锁5.1机械的效率5.2机械的自锁本章内容简介第五章机械的效率和自锁一、机械运转时的功能关系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：2.机械的运转

a)启动阶段速度0→ω,动能0→E

Wd―Wr―Wf±WG=E－0>0输入功大于有害功之和。1.机械的效率重力功动能增量有害功有效功驱动功Wd―Wr―Wf±WG=E－E0ωm

tω

启动第五章机械的效率和自锁b)稳定运转阶段①变速稳定阶段ω在ωm上下周期波动,ω(t)=ω(t+Tp)WG=0,△E=0在一个循环内有：

Wd―Wr―Wf=E－E0＝0→Wd=Wr+Wf②匀速稳定阶段ω＝常数，任意时刻都有：Wd―Wr―Wf=E－E0＝0→Wd=Wr＋Wf输入功总是等于有用功与损失功之和。c)停车阶段ω→0Wd―Wr―Wf±WG=E－E0<0输入功小于有用功与损失功之和。1.机械的效率ωm

tω

稳定运转启动停止第五章机械的效率和自锁二、机械的效率机械在稳定运转阶段恒有:Wd=Wr+Wfη＝Wr/Wd＝(Wd－Wf)/Wd＝1－Wf

/Wd

比值Wr/Wd反映了驱动功的有效利用程度，称为机械效率。用功率表示：η＝Nr/Nd＝(Nd－Nf)/Nd＝1－Nf/Nd

分析：η总是小于

1，当Wf

增加时将导致η下降。设计机械时，尽量减少摩擦损失，措施有：用滚动代替滑动考虑润滑合理选材1.机械的效率第五章机械的效率和自锁用力的比值表示：η＝Nr/Nd＝GvG

/FvF对理想机械，当工作阻力G一定时，有理想驱动力F0η0＝Nr/Nd

=GvG

/F0vF＝1代入得:η＝F0vF/FvF＝F0/F用力矩来表示有：η＝Md0/Md同理：当驱动力F一定时，理想工作阻力为G0：

G0vG

/FvF＝1得：η＝GvF/G0vF＝G/G0用力矩来表示有：η＝M

G/MG01.机械的效率F0vFvGG理想机械理想机械FvFvGG0FvFvGG机械第五章机械的效率和自锁重要结论：计算螺旋副的效率：拧紧：

理想机械：M0＝d2Gtg(α

)/2

η＝M0/M＝tg(α)/tg(α＋φv

)拧松时，驱动力为G，M’为阻力矩，则有：实际驱动力：G=2M’/d2tg(α-φv

)理想驱动力：G0=2M’/d2tg(α)∴η’＝G0/G＝tg(α-φv

)/tg(α

)以上为计算方法，工程上更多地是用实验法测定η

，表5－2列出由实验所得简单传动机构和运动副的机械效率(P123-P124)。1.机械的效率第五章机械的效率和自锁1.机械的效率名称传动形式效率值备注圆柱齿轮传动6~7级精度齿轮传动0.98~0.99良好跑合、稀油润滑8级精度齿轮传动0.97稀油润滑9级精度齿轮传动0.96稀油润滑切制齿、开式齿轮传动0.94~0.96干油润滑铸造齿、开式齿轮传动0.9~0.93圆锥齿轮传动6~7级精度齿轮传动0.97~0.98良好跑合、稀油润滑8级精度齿轮传动0.94~0.97稀油润滑切制齿、开式齿轮传动0.92~0.95干油润滑铸造齿、开式齿轮传动0.88~0.92蜗杆传动自锁蜗杆单头蜗杆0.40~0.45单头蜗杆0.70~0.75双头蜗杆0.75~0.82润滑良好三头、四头蜗杆0.80~0.92圆弧面蜗杆0.85~0.95第五章机械的效率和自锁1.机械的效率名称传动形

式效率值备注带传动平型带传动0.90~0.98V型带传动0.94~0.96链传动套筒滚子链0.96润滑良好无声链0.97摩擦轮传动平摩擦轮传动0.85~0.92槽摩擦轮传动0.88~0.90滑动轴承0.94润滑不良0.97润滑正常0.99

液体润滑滚动轴承球轴承0.99稀油润滑滚子轴承0.98稀油润滑螺旋传动滑动螺旋0.30~0.80滚动螺旋0.85~0.95第五章机械的效率和自锁复杂机械的机械效率计算方法：1.)串联：2.)并联设各机器中效率最高最低者分别为ηmax和ηmin

则有：ηmin<η<ηmax1.机械的效率NdNkN1N2Nk-112kN1N2NkN’1N’2N’k12kNdNr第五章机械的效率和自锁3.)混联先分别计算，合成后按串联或并联计算。1.机械的效率N1N2N’d2N”d2N”d3N’d3N’rN”r123‘3“4‘4“NdNkNdN1N212串联计算NdN1N212Nr并联计算串联计算第五章机械的效率和自锁一、含移动副的机械水平分力：Ft=Fsinβ=Fn

tgβ

法向分力：Fn=Fcosβ

正压力：

N21=Fn

最大摩擦力：Fmax=fN21=Fntgφ当β≤φ时,恒有：Ft≤Fmax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。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)。2.机械的自锁摩擦锥v2121N21φF21FR21PβFtPnG第五章机械的效率和自锁二、含转动副的机械当回转运动副仅受单力F作用时：产生的力矩为：M=F·

a最大摩擦力矩为：Mf=FRρ＝Fρ

当力F的作用线穿过摩擦圆(a<ρ)时，发生自锁。2.机械的自锁12aFFR第五章机械的效率和自锁应用实例：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。分析：若总反力FR23穿过摩擦圆--发生自锁由此可求出夹具各参数的几何条件为：s-s1≤ρ在直角△ABC中有：s1=AC=(Dsinφ)/2在直角△OEA中有：

s=OE=esin(δ－φ)反行程具有自锁条件为：esin(δ－φ)－(Dsinφ)/2≤ρ2.机械的自锁作者：潘存云教授1DA3O2BODA123eφδ-φFFR23Bss1EδEOφACBC第五章机械的效率和自锁当机械出现自锁时，无论驱动力多大，都不能运动，从能量的观点来看，就是:驱动力做的功永远≤由其引起的摩擦力所做的功即：η≤0--由此判断是否自锁及出现自锁条件。说明：

η≤0时，机械已不能动，外力根本不做功，η已失去一般效率的意义。仅表明机械自锁的程度。且η越小表明自锁越可靠。η＝G0/G≤0＝>G≤0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。

2.机械的自锁第五章机械的效率和自锁举例1：求螺旋千斤顶反行程的机械效率。令η’＝tg(α-φv

)/tg(α)≤0得自锁条件：tg(α-φv

)≤0→α≤φv若取：f=0.15φv=8.7°2.机械的自锁第五章机械的效率和自锁例2

求图示斜面压榨机的机械效率大小：？？√大小：√

？？方向：√√√方向：√√√力多边形中，根据正弦定律得：

F=FR32sin(α-2φ)/cosφ

G=FR23

cos(α-2φ)/cosφ令F≤0得：tg(α-2φ)≤0α≤2φ提问：如F力反向，该机械发生自锁吗？2.机械的自锁FR13+

FR23+

G=0FR32+

FR12+

F=0由FR32＝-FR23可得：F=Gtg(α-2φ)FR13FR2390°+φ90°-α+2φα-φ90°-(α-φ)α-2φ90°-φα132FFR32GGFFR32v32