机械原理第五章机械效率及自锁(第七版)

第五章机械效率与自锁机械的效率机械的自锁2023/2/32§5-1机械的效率机械效率的含义：反映输入功在机械中的有效利用的程度η＝Wr/Wd＝1－ξ＝1－Wf/Wd机械损失系数或损失率ξ=Wf/Wd——<12023/2/3§5-1机械的效率效率的几种表达以功表示：η＝Wr/Wd＝1－Wf/Wd以功率表示：η＝Pr/Pd＝1－Pf/Pd以力或力矩表示：4实际机械装置

η理想机械装置

η0η=Pr/Pd=GvG

/FvF0η0=GvG

/F0vF=1vGvFFη＝F0/F＝M0/Mη＝G/G0η0=G0vG/FvF

=15

因其上升行程实际驱动力为F＝Gtan(α＋φ)，理想驱动力为F0＝Gtanα，故例1

斜面机构已知：上升行程F＝Gtan(α＋φ)下降行程F′＝Gtan(α－φ)现求：η及η′解η＝F0/F＝tanα/tan(α＋φ)η＝F0/F＝tanα/tan(α－φ)′′下降行程实际驱动力为G＝F′/tan(α－φ)，理想驱动力为G0＝F′/tanαη′＝G0/G＝tan(α－φ)/tanα对吗？错误！GαF6例2

螺旋机构已知：拧紧时

M＝Gd2tan(α＋φv)/2放松时M′＝Gd2tan(α－φv)/2现求：η及η′解:采用上述类似的方法，可得拧紧时η＝M0/M

＝tanα/tan(α＋φv)放松时η′＝G0/G＝tan(α－φv)/tanα

Gαs=npGαFG/2G/22023/2/37机组的机械效率计算

（1）串联PrPdη＝P1P2PdP1…PkPk-1＝＝η1η2…ηk

1k2η1η2ηkPdPrP1P2P1P2Pk-1Pk-1Pk=Pr

只要串联机组中任一机器的效率很低，就会使整个机组的效率极低；且串联机器数目越多，机械效率也越低。结论2023/2/38

要提高并联机组的效率，应着重提高传动功率大的路线的效率。η＝∑Pri∑PdiP1η1+P2η2+…+PkηkP1+P2+…+Pk＝

并联机组的总效率与各机器的效率及其传动的功率的大小有关，且ηmin<η<ηmax；

机组的总效率主要取决于传动功率大的机器的效率。结论12kη1η2ηkP1η1P2η2PkηkP1P2PkPd（2）并联2023/2/39（3）混联1）先将输入功至输出功的路线弄清楚；2）然后分别计算出总的输入功率∑Pd和总的输出功率∑Pr；3）η＝∑Pr/∑Pd2023/2/310

例设已知某机械传动装置的机构的效率和输出功率，求该机械传动装置的机械效率。解：=5kW0.980.980.960.960.940.940.42=0.2kW2023/2/311

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。提高机械效率的途径设计方面主要采取以下措施：尽量简化机械系统选择合适运动副形式在满足强度,刚度的条件下,减小构件尺寸设法减小摩擦减小因惯性力引起的动载荷

2023/2/312§5-2

机械的自锁一、机械的自锁现象

机械中存在着使其运动的驱动力和阻碍其运动的摩擦力。如果由于摩擦力的存在，驱动力无论多么大，都不能使机械运动，称这种现象为自锁。

2023/2/313二、讨论自锁现象的意义1）设计机械时，为了使机械实现预期的运动，必须避免机械在所需的运动方向发生自锁；2）一些机械的工作需要其具有自锁特性。2023/2/314F移动副有效分力=Ft=Fsinβ

=Fntanβ当β<φv

时，有Ft<Ff

结论移动副发生自锁的条件为：在移动副中，如果作用于滑块上的合外力作用在其摩擦角之内（即β≤φv

），则发生自锁。φvFtFn三、自锁的判断1.运动副自锁摩擦力Ff=fv

Fn=Fntanφv自锁当β=φv

时，有Ft=Ff临界自锁当β〉φ

v时，有Ft〉Ff运动2023/2/315转动副a<ρ，即当F作用在摩擦圆之内时，M<Mf

结论

转动副发生自锁的条件为：作用在轴颈上的驱动力为单力F，且作用于摩擦圆之内，即a≤ρ。FaρFR=F有效力矩M=Fa摩擦力矩Mf=Fρ2023/2/316螺旋副放松时M′＝Gd2tan(α－φv)/2Gαs=npGαFG/2G/2结论：螺旋副的自锁条件是螺旋升角≤当量摩擦角，即α≤φvFf2023/2/32.从所能克服的生产阻力≤0的条件来确定所能克服的生产阻力≤0意味着只有阻抗力反向变为驱动力后，才能使机械运动，此时机械已发生自锁。GαF下降行程F′＝Gtan(α－φ)2023/2/3183.从效率η≤0的条件来确定

当机械发生自锁时，无论驱动力如何增大，其驱动力所作的功Wd总是不足以克服其引起的最大损失功Wf，η＝1－Wf

/Wd≤0

当h=0时，机械处于临界自锁状态；当h<0时，其绝对值越大，表明自锁越可靠。2023/2/3194.从自锁的概念或定义的角度来确定

当生产阻力G一定时，驱动力F任意增大，即F→∞，或驱动力F的有效分力Ft总是小于等于其本身所能引起的最大摩擦力，Ft≤Ffmax此时，机械将发生自锁。2023/2/320例：螺旋千斤顶的自锁条件支座1螺杆2托盘3重物4螺母5螺旋副手把6FGG螺旋副自锁要求M′≤0，即

tan(α－φv)≤0自锁条件为α≤φvM′＝Gd2tan(α－φv)/2η′＝G/G0

=tan(α－φv)/tanα

η′≤02023/2/3212023/2/3222023/2/3232023/2/3242023/2/3252023/2/3262023/2/327小结：机械是否发生自锁，与驱动力作用线的位置和方向有关。在移动副中，若驱动力作用在摩擦角之内，则会发生自锁；在转动副中，若驱动力作用在摩擦圆之内，则会发生自锁；若一个机械的某个环节（运动副）发生自锁,则该机械必发生自锁。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。2023/2/328自锁时,驱动力（矩）不超过它产生的摩擦阻力（矩）；自锁时机械的效率小于或等于零。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。自锁时机械的所能克服的工作阻力不大于