第5章机械的效率与自锁ppt课件

1、第五章第五章 机械的效率和自锁机械的效率和自锁51 机械的效率机械的效率52 机械的自锁机械的自锁潘存云教授重力功重力功动能增量动能增量有害功有害功有效功有效功驱动功驱动功m m t 一、机械运转时的功能关系一、机械运转时的功能关系5 51 1 机械的效率机械的效率1.动能方程动能方程机械运转时，一切作用在机械机械运转时，一切作用在机械上的力都要做功，由能量守恒上的力都要做功，由能量守恒定律知：一切外力之功等于动定律知：一切外力之功等于动能增量能增量2.机械的运转机械的运转 WdWrWfWG=E00输入功大于有害功之和。输入功大于有害功之和。WdWrWfWG= EE0 a)启动阶段 速度0,动

2、能0E启动启动潘存云教授m m t 稳定运转稳定运转启动启动b)稳定运转阶段稳定运转阶段在一个循环内有：在一个循环内有： WdWrWf= EE00匀速稳定阶段匀速稳定阶段 常数，恣意时辰都有：常数，恣意时辰都有：变速稳定阶段变速稳定阶段 在在m上下上下 周期动摇周期动摇, (t)=(t+Tp)WG=0, E=0 Wd= Wr+Wf Wd= Wr+WfWdWrWf=EE00 Wd=Wr Wd=WrWfWfc)停车阶段停车阶段 0 WdWrWfWG= EE00停顿停顿输入功小于有用功与损失功之和。输入功小于有用功与损失功之和。输入功总是等于有用功与损失功之和。输入功总是等于有用功与损失功之和。二、

3、机械的效率二、机械的效率机械在稳定运转阶段恒有机械在稳定运转阶段恒有:比值比值Wr / Wd反映了驱动功的有效利用程度，反映了驱动功的有效利用程度，称为机械效率。称为机械效率。Wr / WdWr / Wd用功率表示：用功率表示：Nr / Nd分析：分析：总是小于总是小于 1，当，当Wf 添加时将导致添加时将导致下降。下降。设计机械时，尽量减少摩擦损失，措施有：设计机械时，尽量减少摩擦损失，措施有：Wd= Wr+Wfb)b)思索光滑思索光滑c)c)合理选材合理选材 1Wf /Wd (WdWf) /Wd(NdNf) /Nd1Nf /Nd a) a)用滚动替代滑动用滚动替代滑动F0vFvGG潘存云教

4、授理想理想机械机械用力的比值表示：用力的比值表示：G vG /F vFNr / NdNr / Nd对理想机械，当任务阻力对理想机械，当任务阻力G G一一定时，有理想驱动力定时，有理想驱动力F0F00Nr / Nd = G vG /F0 vF代入得代入得: : F0 vF / F vFF0 vF / F vFF0 / F0 / F F用力矩来表示有：用力矩来表示有：Md0 / Md1同理：当驱动力同理：当驱动力F一定时，一定时，理想任务阻力为理想任务阻力为G0： G0 vG / F vF1得：得： G vF /G0 vFG vF /G0 vFG / G / G0G0用力矩来表示有：用力矩来表示有

5、：M G/ MG0理想理想机械机械FvFvGG0FvFvGG机械机械重要结论：重要结论：计算螺旋副的效率：计算螺旋副的效率： 拧紧：拧紧：)(22vGtgdM 理想机械： M0d2 G tg( ) / 2 M0 / M拧松时，驱动力为拧松时，驱动力为G，M为阻力矩，那么为阻力矩，那么有：有：实践驱动力：实践驱动力： G=2M G=2M/d2 tg(-/d2 tg(-v )v )理想驱动力：理想驱动力： G0=2M G0=2M/d2 tg()/d2 tg() G0/G以上为计算方法，工程上更多地是用实验法测定以上为计算方法，工程上更多地是用实验法测定 ，表表5 52 2列出由实验所得简单传动机构

6、和运动副的机列出由实验所得简单传动机构和运动副的机械效率械效率(P123-P124)(P123-P124)。理想工作阻力矩实际工作阻力矩tg()/tg(tg()/tg(v )v )tg(-v ) / tg( )理想工作阻力实际工作阻力实际驱动力矩理想驱动力矩实际驱动力理想驱动力表表5-2 简单传动机械和运动副的效率简单传动机械和运动副的效率名名 称称传传 动动 形形 式式效率值效率值备备 注注圆柱齿圆柱齿轮传动轮传动67级精度齿轮传动级精度齿轮传动 0.980.99 良好跑合、稀油光滑良好跑合、稀油光滑 8级精度齿轮传动级精度齿轮传动 0.97 稀油光滑稀油光滑 9级精度齿轮传动级精度齿轮传动

7、 0.96 稀油光滑稀油光滑 切制齿、开式齿轮传动切制齿、开式齿轮传动 0.940.96 干油光滑干油光滑 铸造齿、开式齿轮传动铸造齿、开式齿轮传动 0.90.93圆锥齿圆锥齿轮传动轮传动67级精度齿轮传动级精度齿轮传动 0.970.98 良好跑合、稀油光滑良好跑合、稀油光滑 8级精度齿轮传动级精度齿轮传动 0.940.97 稀油光滑稀油光滑 切制齿、开式齿轮传动切制齿、开式齿轮传动 0.920.95 干油光滑干油光滑 铸造齿、开式齿轮传动铸造齿、开式齿轮传动 0.880.92蜗杆传动蜗杆传动自锁蜗杆自锁蜗杆 0.400.45单头蜗杆单头蜗杆 0.700.75双头蜗杆双头蜗杆 0.750.82

8、 光滑良好光滑良好 三头、四头蜗杆三头、四头蜗杆 0.800.92圆弧面蜗杆圆弧面蜗杆 0.850.95续表续表5-2 简单传动机械和运动副的效率简单传动机械和运动副的效率名名 称称传传 动动 形形 式式效率值效率值备备 注注带传动带传动平型带传动平型带传动 0.900.98滑动轴承滑动轴承球轴承球轴承 0.99 稀油光滑稀油光滑 滚子轴承滚子轴承 0.98 稀油光滑稀油光滑 滑动螺旋滑动螺旋 0.300.80滚动螺旋滚动螺旋 0.850.95V型带传动型带传动 0.940.96套筒滚子链套筒滚子链 0.96无声链无声链 0.97链传动链传动平摩擦轮传动平摩擦轮传动 0.850.92摩擦轮摩擦

9、轮传动传动光滑良好光滑良好槽摩擦轮传动槽摩擦轮传动 0.880.900.94 光滑不良光滑不良0.97 光滑正常光滑正常0.99 液体光滑液体光滑滚动轴承滚动轴承螺旋传动螺旋传动潘存云教授复杂机械的机械效率计算方法：复杂机械的机械效率计算方法：1.)1.)串联：串联：2.)2.)并联并联总效率不仅与各机器的效率i有关，而且与传送的功率Ni有关。设各机器中效率最高最低者分别为设各机器中效率最高最低者分别为maxmax和和min min 那么有：那么有：dkNNkidNN1kirNN1drNN123121 kkdNNNNNNNNk 21kNNN 21kkkNNNNNN 212211NdNkN1N2

10、Nk-112k21kNNN kkNNN 2211N1N2NkN1N2Nk12kNdNrminminmaxmax潘存云教授NdNkN1N212NrNr潘存云教授NdNkN1N2Nd2 Nd2Nd3Nd3NrNr1233“44“N1N2Nd2 Nd2Nd3Nd3NrNr1233“44“NdNk3.)3.)混联混联先分别计算，合成后按串联或并联计算。先分别计算，合成后按串联或并联计算。潘存云教授Nr并联计算并联计算串联计算串联计算NrNr串联计算串联计算潘存云教授摩擦锥摩擦锥v2121无论无论F多大，滑块在多大，滑块在P的作用下不能够运动的作用下不能够运动发生自锁。发生自锁。当驱动力的作用线落在摩擦

11、锥内时，那么机械发生自锁。当驱动力的作用线落在摩擦锥内时，那么机械发生自锁。法向分力：法向分力： Fn=Fcos 5 52 2 机械的自锁机械的自锁程度分力：程度分力： Ft=Fsin正压力：正压力： N21=Fn 最大摩擦力最大摩擦力 ：Fmax = f Fmax = f N21N21当当时时,恒有：恒有：工程意义：设计新机械时，应防止工程意义：设计新机械时，应防止在运动方向出现自锁，而有些机械在运动方向出现自锁，而有些机械要利用自锁进展任务要利用自锁进展任务(如千斤顶等如千斤顶等)。 分析平面挪动副在驱动力P作用的运动情况： N21Ft Fmax= Fn tg = Fn tg = Fntg

12、F21FR21PFtPnG一、含挪动副的机械一、含挪动副的机械 潘存云教授当回转运动副仅受单力当回转运动副仅受单力F作用时：作用时：最大摩擦力矩为：最大摩擦力矩为： Mf =FR当力当力F的作用线穿过摩擦圆的作用线穿过摩擦圆(a G0驱动力做的功永远驱动力做的功永远由其引起的摩擦力所做的功由其引起的摩擦力所做的功潘存云教授举例举例1 1： 求螺旋千斤顶反行程的机械效率。求螺旋千斤顶反行程的机械效率。00得自锁条件：得自锁条件： tg(-v ) 0令令 tg(-v ) / tg()vvv =8.7v =8.7假设取：假设取： f =0.15潘存云教授潘存云教授潘存云教授FR13FR2390+90

13、90-+2-+2-9090-(-)-(-)-29090-132例例2 求图示斜面压榨机的机械效率。求图示斜面压榨机的机械效率。力多边形中，根据正弦定律得：力多边形中，根据正弦定律得：提问：如提问：如F力反向，该机械发生自锁吗？力反向，该机械发生自锁吗？FFR32GG = FR23 cos(-2)/cosGFFR32v32FR13 + FR23 + G = 0 FR13 + FR23 + G = 0 大小：大小： ？ ？ 方向：方向： FR32 + FR12 + F = 0 FR32 + FR12 + F = 0 大小：大小： ？ ？方向：方向： F = FR32 sin(-2)/cos 令令F0F0得：得：F= Gtg(-2)tg(-2)022由由FR32-FR23可得：可得：FR13FR23FR12FR12-根据不同的场所，运用不同的机械自锁判别条件：根据不同的场所，运用不同的机械自锁判别条件：驱动力在运动方向上的分力驱动力在运动方向上的分力PtF摩擦力。摩擦力。令消费阻