第5章机械效率及自锁

1、本讲教学内容本讲教学内容 机械的效率机械的效率 机械的自锁机械的自锁第第 5 5 章章 机械的效率和自锁机械的效率和自锁本讲教学目的本讲教学目的 能确定简单机械的机械效率和机构自锁的条件能确定简单机械的机械效率和机构自锁的条件本讲重点：本讲重点：机械的效率的概念及机械的自锁和自锁的条件机械的效率的概念及机械的自锁和自锁的条件drWW 或或dfdfddrWWWWWWW 1 一、各种功及其相互关系一、各种功及其相互关系v驱动功驱动功Wd （输入功）：作用在机械上的驱动力所作的功。（输入功）：作用在机械上的驱动力所作的功。v有益功有益功Wr （输出功）：克服生产阻力所作的功。（输出功）：克服生产阻力

2、所作的功。v损耗功损耗功 Wf：克服有害阻力所作的功：克服有害阻力所作的功WdWr Wf二、机械效率二、机械效率 机械效率是输出功和输入功的比值，它可以反映输入功在机械效率是输出功和输入功的比值，它可以反映输入功在机械中有效利用的程度。机械中有效利用的程度。v将式将式 WdWr Wf 两边都除以两边都除以 t drdrNNtWtW / dfNN 1 Nd、Nr 、Nf 分别为输入功率、输出功率和损耗功率。分别为输入功率、输出功率和损耗功率。二、机械效率二、机械效率 NdNr Nf或：或：三、提高机械效率的方法三、提高机械效率的方法1、尽量简化机械传动系统，使传递通过的运动副数目越、尽量简化机械

3、传动系统，使传递通过的运动副数目越少越好；少越好；2、减少运动副中的摩擦。、减少运动副中的摩擦。v理想驱动力理想驱动力P0 ：理想机械中，克服同样的生产阻：理想机械中，克服同样的生产阻力力Q，所需的驱动力，所需的驱动力。PQdrPvQvNN PQvPQv0 四、机械效率的计算四、机械效率的计算1 1. 一般公式一般公式: v理想机械：不存在摩擦的机械理想机械：不存在摩擦的机械100 PQvPQv PPPvvPPvQvPPPQ00 MM0 v理想机械的效率理想机械的效率 0等于等于1，即：，即：v理想生产阻力理想生产阻力Q 0 ：理想机械中，同样的驱动力：理想机械中，同样的驱动力P所能克服生产阻

4、力。所能克服生产阻力。100 PQPvvQ PQPvvQ 000QQvQQvPvQvQQPQ 0MM 四、机械效率的计算四、机械效率的计算v机械效率的统一形式：机械效率的统一形式：实际驱动力矩实际驱动力矩理想驱动力矩理想驱动力矩实际驱动力实际驱动力理想驱动力理想驱动力 理想阻力矩理想阻力矩实际阻力矩实际阻力矩理想生产阻力理想生产阻力实际生产阻力实际生产阻力 四、机械效率的计算四、机械效率的计算)(22 QtgdMv 不考虑摩擦：不考虑摩擦： QtgdM220 )(0 tgtgMM四、机械效率的计算四、机械效率的计算2 2. 螺旋机构的效率计算螺旋机构的效率计算1 1）拧紧螺母时：拧紧螺母时：v

5、 考虑摩擦：考虑摩擦： =0)(QtgdM 22四、机械效率的计算四、机械效率的计算2 2. 螺旋机构的效率计算螺旋机构的效率计算2 2）放松）放松螺母时：螺母时：v 考虑摩擦：考虑摩擦：v不考虑摩擦时：不考虑摩擦时：)(tgdMQ 22 tgdMQ202 tg)(tg 载荷载荷Q为驱动力为驱动力 =0一、机械的自锁一、机械的自锁 由于摩擦力的存在，无论驱动力如何增大也无由于摩擦力的存在，无论驱动力如何增大也无法使机械运动的现象。法使机械运动的现象。二、自锁现象的意义二、自锁现象的意义1）设计机械时，必须避免机）设计机械时，必须避免机械在运动的方向发生自锁。械在运动的方向发生自锁。2）有些机械

6、工作时，需要具）有些机械工作时，需要具有自锁特性。有自锁特性。v垂直分力垂直分力Pn：产生最大摩擦力：产生最大摩擦力三、自锁的条件三、自锁的条件1. 1. 滑块实例滑块实例P为驱动力为驱动力 ， 为摩擦角，为摩擦角， b b 为力为力P与法线与法线nn之间的夹角。之间的夹角。v 力力P分解为水平分力分解为水平分力Pt和垂直分力和垂直分力Pnv有效分力有效分力 Ptb bb btgntPsinPP v当当 b b 时，时，maxPFt tgnmaxPF 滑块不会发生运动滑块不会发生运动自锁条件自锁条件2. 2. 转动副实例转动副实例P为外载荷为外载荷v当力当力 P 的作用线在摩擦圆之的作用线在摩

7、擦圆之内（内（ar r）时）时力力 P 的力矩的力矩v力力P本身所产生的最大摩擦力矩本身所产生的最大摩擦力矩 Mf = Rr r = Pr rv arr M Mf 不论力不论力P 如何增大，也不能驱使轴颈转动。如何增大，也不能驱使轴颈转动。M = Pa三、自锁的条件三、自锁的条件自锁条件自锁条件3. 3. 一般条件一般条件 机械发生自锁时，无论驱动力多么大，都不能超过由机械发生自锁时，无论驱动力多么大，都不能超过由它所产生的摩擦阻力。它所产生的摩擦阻力。dfdfddrWWWWWWW 1 0 0 当当 =0时，机械处于临界自锁状态；时，机械处于临界自锁状态； 当当 0时，其绝对值越大，表明自锁越

8、可靠。时，其绝对值越大，表明自锁越可靠。驱动力所作的功，总是小于或等于由它所产生的摩擦驱动力所作的功，总是小于或等于由它所产生的摩擦阻力所作的功。阻力所作的功。v 三、自锁的条件三、自锁的条件机械效率为：机械效率为： tg)(tg 0 令令0)( tg 4. 4. 实例实例1）螺旋千斤顶螺旋千斤顶三、自锁的条件三、自锁的条件在物体重力作用下，在物体重力作用下，不致于自行反转的不致于自行反转的自锁条件自锁条件三、自锁的条件（续）三、自锁的条件（续）2）斜面压榨机）斜面压榨机 求该机构在当力求该机构在当力P 撤去后，在撤去后，在的作用下的自锁条件。的作用下的自锁条件。（1）求出当）求出当为驱动力时

9、，为驱动力时，该机构的机械效率。该机构的机械效率。已知摩擦角已知摩擦角 ，将两滑，将两滑块所受的总反力作出。块所受的总反力作出。 已知已知: ， 各面各面的摩擦系数的摩擦系数f。三、发生自锁的条件（续）三、发生自锁的条件（续）取滑块取滑块2为分离体，列出平为分离体，列出平衡方程式：衡方程式：P+R12+R32=0, 作作出力多边形，并由正弦定律出力多边形，并由正弦定律求得：求得：取滑块取滑块3为分离体，列出平为分离体，列出平衡方程衡方程 Q+R13+R23=0, 可作出可作出力多边形并由正弦定律求得：力多边形并由正弦定律求得： cos)2sin(32 RP cos)2cos(23 RQvR32

10、= -R23)2( PctgQ三、发生自锁的条件（续）三、发生自锁的条件（续）假想该机构中不存在摩擦假想该机构中不存在摩擦0 v理想驱动力：理想驱动力： PctgQ 0v该机构的效率：该机构的效率： tgtgctgctgQQ)2()2(0 0)2( tg 2 0 令令 此即该斜面压榨机反行程自锁的条件。此即该斜面压榨机反行程自锁的条件。三、发生自锁的条件（续）三、发生自锁的条件（续）3）偏心夹具的自锁条件）偏心夹具的自锁条件v应满足的条件：应满足的条件：r r 1ss2/ )sin(1 DACs )sin( eOEs 2/ )sin()sin(De由几何关系得：由几何关系得：（1）将将s、s1的值带入的值带入(1)式可得偏心夹具的自锁条件为：式可得偏心夹具的自锁条件为：三、发生自锁的条件（续）三、发生自锁的条件（续）5. 5. 结论结论1）所谓机械具有自锁性，是说当它所受的驱动力作用于所谓机械具有自锁性，是说当它所受的驱动力作用于其某处或按某方向作用时是自锁的，而在另外的情况下其某处或按某方向作用时是自锁的，而在另外的情况下