第12章 机械的效率

1、精密仪器与机械学系精密仪器与机械学系 设计工程研究所设计工程研究所12.1 机械中的摩擦机械中的摩擦12.2 机械效率和自锁机械效率和自锁12.3 提高机械效率的途径提高机械效率的途径12.4 摩擦在机械中的应用摩擦在机械中的应用第第12章章 机械的效率机械的效率（本章自学）（本章自学）精密仪器与机械学系精密仪器与机械学系 设计工程研究所设计工程研究所本章重点难点：本章重点难点：本章的重点本章的重点: :物体所受总反力方向的确定物体所受总反力方向的确定移动副、转动副中摩擦问题的分析方法移动副、转动副中摩擦问题的分析方法自锁现象和自锁条件的判断自锁现象和自锁条件的判断本章的难点本章的难点: :

2、关于自锁条件的判断关于自锁条件的判断精密仪器与机械学系精密仪器与机械学系 设计工程研究所设计工程研究所12.1 机械中的摩擦机械中的摩擦1 1）平面摩擦）平面摩擦12.1.1 12.1.1 移动副中的摩擦移动副中的摩擦 滑块与平面构成的移动滑块与平面构成的移动副，滑块在自重和驱动力的副，滑块在自重和驱动力的作用下向右移动。作用下向右移动。效率是衡量机械性能的重要指标效率是衡量机械性能的重要指标研究机械中摩擦的主要目的在于寻研究机械中摩擦的主要目的在于寻找提高机械效率的途径找提高机械效率的途径精密仪器与机械学系精密仪器与机械学系 设计工程研究所设计工程研究所12.1 机械中的摩擦机械中的摩擦12

3、.1.1 12.1.1 移动副中的摩擦移动副中的摩擦2 2）斜面摩擦）斜面摩擦沿斜面等速上升沿斜面等速上升沿斜面等速下滑沿斜面等速下滑精密仪器与机械学系精密仪器与机械学系 设计工程研究所设计工程研究所12.1.1 12.1.1 移动副中的摩擦移动副中的摩擦3 3）槽面摩擦）槽面摩擦当量摩擦系数：当量摩擦系数：sinffe当量摩擦角：当量摩擦角： eefarctan精密仪器与机械学系精密仪器与机械学系 设计工程研究所设计工程研究所12.1.2 12.1.2 螺旋副中的摩擦螺旋副中的摩擦1. 矩形螺纹螺旋副中的摩擦矩形螺纹螺旋副中的摩擦 精密仪器与机械学系精密仪器与机械学系 设计工程研究所设计工程

4、研究所12.1.2 12.1.2 螺旋副中的摩擦螺旋副中的摩擦2. 三角形螺纹螺旋副中的摩擦三角形螺纹螺旋副中的摩擦拧紧力矩：拧紧力矩：)tan(22eQddFM防松力矩：防松力矩：)tan(22eQddFM精密仪器与机械学系精密仪器与机械学系 设计工程研究所设计工程研究所12.1.3 12.1.3 转动副中的摩擦转动副中的摩擦1.径向轴颈的摩擦径向轴颈的摩擦2. 止推轴颈的摩擦止推轴颈的摩擦精密仪器与机械学系精密仪器与机械学系 设计工程研究所设计工程研究所12.2 12.2 机械效率与自锁机械效率与自锁12.2.1 12.2.1 机械效率的表达形式机械效率的表达形式作用在机械上的力：作用在机

5、械上的力：驱动力驱动力生产阻力生产阻力有害阻力有害阻力通常把驱动力所做的功称为驱动功（输通常把驱动力所做的功称为驱动功（输入功）入功）Wd克服生产阻力所做的功称为输出功克服生产阻力所做的功称为输出功 Wr克服有害阻力所做之功称为损耗功克服有害阻力所做之功称为损耗功 Wf frdWWW机械稳定运转时机械稳定运转时: :机械效率机械效率: :drWW精密仪器与机械学系精密仪器与机械学系 设计工程研究所设计工程研究所12.2.1 12.2.1 机械效率的表达形式机械效率的表达形式1.1.效率以功或功率的形式表达效率以功或功率的形式表达 dfdrPPPP1 机械效率等于理想驱动力与实际驱动力的比，也等

6、于理想驱机械效率等于理想驱动力与实际驱动力的比，也等于理想驱动力矩和实际驱动力矩之比。动力矩和实际驱动力矩之比。 2.2.效率以力或力矩的形式表达效率以力或力矩的形式表达1)1)克服同样生产的阻力克服同样生产的阻力Q QFFFvvFFvQvFFFQ00以力的形式表达以力的形式表达FFMM0以力矩的形式表达以力矩的形式表达精密仪器与机械学系精密仪器与机械学系 设计工程研究所设计工程研究所12.2.1 12.2.1 机械效率的表达形式机械效率的表达形式2.2.效率以力或力矩的形式表达效率以力或力矩的形式表达机械效率等于实际机械克服的生产阻机械效率等于实际机械克服的生产阻力力Q与与理想机械所能克服的

7、生产阻力理想机械所能克服的生产阻力Q0 0之比，也等于机械所能克服的实之比，也等于机械所能克服的实际生产阻力矩与理想生产阻力矩之比。际生产阻力矩与理想生产阻力矩之比。 1)1)克服同样生产的阻力克服同样生产的阻力Q Q 00QQvQQvFvQvQQFQ以力的形式表达以力的形式表达0QQMM以力矩的形式表达以力矩的形式表达2)2)同样驱动力同样驱动力F F 精密仪器与机械学系精密仪器与机械学系 设计工程研究所设计工程研究所12.2.2 12.2.2 机械系统的机械效率机械系统的机械效率1.串联串联 结论：串联系统的总效率等于各机器的效率的连乘积。串结论：串联系统的总效率等于各机器的效率的连乘积。

8、串联的级数越多，机械系统的效率越低。联的级数越多，机械系统的效率越低。系统的总效率：系统的总效率：kkkddkPPPPPPPPPP 321123121精密仪器与机械学系精密仪器与机械学系 设计工程研究所设计工程研究所12.2.2 12.2.2 机械系统的机械效率机械系统的机械效率 结论：并联系统的总效率不仅与各组成机器的效率有关结论：并联系统的总效率不仅与各组成机器的效率有关, ,而且与各机器所传递的功率也有关。而且与各机器所传递的功率也有关。2.并联并联系统的总效率：系统的总效率：kkkrPPPPPPPPd 212211精密仪器与机械学系精密仪器与机械学系 设计工程研究所设计工程研究所12.

9、2.2 12.2.2 机械系统的机械效率机械系统的机械效率3.混联混联由串联和并联组成的混联式机械系统。由串联和并联组成的混联式机械系统。其总效率的求法按其具体组合方式而定。其总效率的求法按其具体组合方式而定。设串联部分效率为设串联部分效率为 并联部分效率为并联部分效率为 系统的总效率：系统的总效率： 精密仪器与机械学系精密仪器与机械学系 设计工程研究所设计工程研究所12.2.3 12.2.3 机械的自锁机械的自锁 机械的自锁：在实际机械中，由于摩擦的存在以及驱动力作用方机械的自锁：在实际机械中，由于摩擦的存在以及驱动力作用方向的问题，有时会出现无论驱动力如何增大，机械向的问题，有时会出现无论

10、驱动力如何增大，机械都无法运转的现象。都无法运转的现象。 此时无论此时无论F 多大，均无法使滑块运动，出现多大，均无法使滑块运动，出现自锁现象。此时驱动力作用在摩擦角内。自锁现象。此时驱动力作用在摩擦角内。tansinntFFF驱动力有效分力：驱动力有效分力：阻力为摩擦力：阻力为摩擦力：tan21nFF21FFt当当 时有时有1) 1) 移动副移动副精密仪器与机械学系精密仪器与机械学系 设计工程研究所设计工程研究所12.2.3 12.2.3 机械的自锁机械的自锁 由于驱动力矩总小于它产生的摩擦阻力矩，故无论由于驱动力矩总小于它产生的摩擦阻力矩，故无论Q如何如何增大，也不能使轴转动，即出现自锁现

11、象。增大，也不能使轴转动，即出现自锁现象。作用在轴颈上的载荷为作用在轴颈上的载荷为Q ，当当e2)2)转动副转动副即即Q作用在摩擦圆之内。作用在摩擦圆之内。此时此时fdMMQeMdQRMf21（ ， ）精密仪器与机械学系精密仪器与机械学系 设计工程研究所设计工程研究所1. 1. 机械是否发生自锁，与驱动力作用线的位置和方向有关。机械是否发生自锁，与驱动力作用线的位置和方向有关。1 1）在移动副中，若驱动力作用在摩擦角之外，则不会发生自锁；）在移动副中，若驱动力作用在摩擦角之外，则不会发生自锁；2 2）在转动副中，若驱动力作用在摩擦圆之外，则不会发生自锁。）在转动副中，若驱动力作用在摩擦圆之外，

12、则不会发生自锁。12.2.3 12.2.3 机械的自锁机械的自锁 总结总结 2. 2. 若一个机械的某个环节发生自锁若一个机械的某个环节发生自锁, ,则该机械必发生自锁。则该机械必发生自锁。 自锁时自锁时, ,驱动力不超过它产生的摩擦阻力，即此时驱动力所做驱动力不超过它产生的摩擦阻力，即此时驱动力所做的功总小于或等于由它所产生的摩擦阻力所作的功。的功总小于或等于由它所产生的摩擦阻力所作的功。 此时此时机械的效率小于或等于零。机械的效率小于或等于零。 故一个机械是否会发生自锁，可以通过分析组成机械的各个故一个机械是否会发生自锁，可以通过分析组成机械的各个环节的自锁情况来判断。环节的自锁情况来判断

13、。故可借机械效率的计算式来判断机械是否自锁和分析自锁产生的条件。故可借机械效率的计算式来判断机械是否自锁和分析自锁产生的条件。精密仪器与机械学系精密仪器与机械学系 设计工程研究所设计工程研究所12.2.3 12.2.3 机械的自锁机械的自锁 3. 3. 系统任意环节自锁则系统自锁，故在分析机械系统系统任意环节自锁则系统自锁，故在分析机械系统的自锁特性时应注意。的自锁特性时应注意。1)1)机械通常有正反两个行程，它们的机械效率一般并不相等，机械通常有正反两个行程，它们的机械效率一般并不相等，反行程的效率小于零的机械称为自锁机械。反行程的效率小于零的机械称为自锁机械。2)2)自锁机械常用于卡具、螺

14、栓连接、起重装置和压榨机械上。自锁机械常用于卡具、螺栓连接、起重装置和压榨机械上。3)3)但自锁机械的正行程效率都较低但自锁机械的正行程效率都较低, ,因而在传递动力时因而在传递动力时, ,只适只适用功率小的场合。用功率小的场合。精密仪器与机械学系精密仪器与机械学系 设计工程研究所设计工程研究所 机械运转中影响其效率的主要因素为机械中的损耗，而损耗主机械运转中影响其效率的主要因素为机械中的损耗，而损耗主要是由摩擦引起的。要是由摩擦引起的。 要提高机械的效率必须采取措施减少摩擦。一般从设计、维护和要提高机械的效率必须采取措施减少摩擦。一般从设计、维护和使用三个方面来考虑。使用三个方面来考虑。12

15、.3 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 选择合适运动副形式选择合适运动副形式 在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 精密仪器与机械学系精密仪器与机械学系 设计工程研究所设计工程研究所1. 1. 摩擦离合器摩擦离合器12. 4 4 摩擦在机械中的应用摩擦在机械中的应用 主动轴靠近从动轴并紧密接触，两主动轴靠近从动轴并紧密接触，两盘间的摩擦力带动从动轴转动。盘间的摩擦力带动从动轴转动。2. 2. 摩擦制动器摩擦制动器3. 3. 摩擦连结摩擦连结刹车时，刹车片靠紧钢片，摩刹车时，刹车片靠紧钢片，摩擦力使钢片停下来。擦力使钢片停下来。顶尖柄撞入顶尖座后，由于顶尖顶尖柄撞入顶尖座后，由于顶尖柄存在小锥度，在顶尖柄和顶尖柄存在小锥度，在顶尖柄和顶尖座之间产生摩擦力，锁紧顶尖。座之间产生摩擦力，锁紧顶尖。精密仪器与机械学系精密仪器与机械学系 设计工程研究所设计工程研究所本章基本要求：本章基本要求： 1.1.能够熟练地对移动副中的摩擦问题进行分析和计算；能