机械原理第五章机械的效率和自锁

第五章机械的效率和自锁基本要求：建立正确、全面的机械效率的概念；掌握简单机械的效率和自锁条件的求解方法。重点：机械的效率；自锁现象及自锁条件。难点:

机械效率的概念及机械的自锁和自锁条件。§5-1 机械的效率一、机械中的功：驱动功(输入功)

Wd

——作用在机械上的驱动力所作的功有效功(输出功）Wr

——克服生产阻力所作的功损耗功Wf

——克服有害阻力所作的功。Wd＝Wr

＋Wf机械稳定运转时,在一个循环中有：二、机械的效率：输出功和输入功的比值。反映了输入功在机械中有效利用的程度。机械效率η

：损失系数或：机械效率的表达形式功率表达形式：

当时（恒功率输入）：当时（恒功率输出）：力（矩）表达形式：

当时：当时：

例如斜面机构,其机械效率可如下求出。

根据力的平衡条件

1）正行程V1212FFN21Ff21FR21GFFR21+G2）反行程V1212F'FN21Ff21FR21GF'FR21-G对于计算单个机构的效率，通常用力或力矩形式的计算公式计算较为方便。对于由常用机构和运动副组成的机械系统，因常用机构的效率通过实验积累的资料可以预先估定，其系统的总的机械效率则可计算求出。三、机组的效率：1、串联机组设机组的输入功率为Nd,各机器的效率为η1、η2…ηk，

Nk为机组的输出功率。于是机组的机械效率为12kNdN1N2Nk-1Nkη1η2ηk即串联机组的总效率等于组成该机组的各个机器的效率的连乘积。

2、并联机组12kNdN1N2NkNkη1η2ηkN2N1总输出功率为

ΣNr=N1´+N2´+……+Nk´=N1η1+N2η2+……+Nkηk

总输入功率为

ΣNd=N1+N2+……+N

k

注意！η<min{η1，η2，ηk}所以总效率为设为分流系数注意！min{ηj}<η<max{ηj}并联机组的总效率不仅与各机器的效率有关，而且也与各机器所传递的功率有关。

3、混联机组兼有并联和混联的机组。例:解:如图所示为一输送辊道的传动简图。设已知一对圆柱齿轮传动的效率为0.95；一对圆锥齿轮传动的效率为0.92(均已包括轴承效率)。求该传动装置的总效率。此传动装置为一混联系统圆柱齿轮1、2、3、4为串联圆锥齿轮5-6、7-8、9-10、11-12为并联。此传动装置的总效率§5-2 机械的自锁一、机械的自锁由于摩擦力的存在，无论驱动如何增大也无法使机械运动的现象。二、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。1.运动副的自锁：三、发生自锁的条件V12FfmaxFNFRFFnFtβFfmax=FNtgφ=Fntgφ

当β≤φ时，可知自锁此时：1）移动副：Md=

Fa

同样，亦产生了自锁。2）转动副：FR=

FMf=FR

=F此时：而如前述，轴承对轴颈的摩擦力矩为21rOFR21FN21Ff21aF2.机械自锁的一般条件条件：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。

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。

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。h0例1:如图所示螺旋千斤顶当机构反行程自锁时，η≤0，得

即该螺旋千斤顶的自锁条件为

α≤φv

V1212F'FN21Ff21FR21GF'FR21-G例2：如图所示，为一斜面压榨机，，求在G作用下的自锁条件。作力多边形，于是由正弦定律得：

F=FR32sin（α－2φ）/cosφ

G=FR23cos（α－2φ）/cosφ

又因R32=R23，

令F=Gtg（α－2φ）≤0

即tg（α－2φ）≤0

于是机构的自锁条件为

α≤

2φ

2）分别取滑块2、3为分离体列出力平衡方程式解：1）作出各移动副的总反力。G

FFR23FR32FR13FR12FR13G

FFR12FR23FR32F=Gtg（α－2φ）通过以上分析，判断机构是否自锁可采用以下方法：1、分析驱动力是否作用于摩擦角（或摩擦圆）之内；2、机械效率是否等于或小于零；