机械原理第5章效率自锁

第五章机械的效率和自锁

§5-1机械的效率§5-2机械的自锁机械原理TheoryofMachinesandMechanisms重点、难点：机械效率的概念，机械的自锁条件学习提示：机械原理TheoryofMachinesandMechanisms§5-1机械的效率一、机械效率及其表达形式1、机械效率Wd=Wr

+Wf输入功（动力）输出功（克服生产阻力）损耗功（摩擦等）机械效率：

=

Wr

/Wd=1-Wf/Wd

机械损失率：

=

Wf/Wd

+

=1损失不可避免Wf

→>0；<1机械原理TheoryofMachinesandMechanisms§5-1机械的效率1）功表示法：

=

Wr

/Wd=1-Wf/Wd2）功率表示法：

=

Pr/Pd=1-Pf/Pd3）力(或力矩)表示法:2、机械效率的几种表达方式输入输出工作机

=Pr/Pd=G

vG

/F

vF①设输出功率不变（仍为G

vG

）G

vG

=F0

vF(克服G，需要F0(<F))

=G

vG

/F

vF

=

F0

vF

/F

vF

=F0/F②设输入功率不变（仍为F

vF

）G0

vG

=F

vF(输入

F，能克服G0(>G))

=G

vG

/F

vF

=

G

vG

/G0

vG

=G/G0若为理想机械(不计摩擦)0=1力矩表示法:

=M0/M

=Mr/Mr

0机械效率可表示为：（1）在克服同样生产阻力（力矩）的情况下，理想驱动力（力矩）与实际驱动力（力矩）之比值（2）在同样驱动力（力矩）的情况下，机械所能克服的实际生产阻力（力矩）与理想生产阻力（力矩）之比值二、机械效率的计算斜面机构（螺旋）为例GFfFNFFR21

vFGFR21+FGFR21-滑块上升时：

实际驱动力：

F=Gtan(+)

理想驱动力：F0=Gtan=F0/F=tan/tan(+)滑块下降时：

（G为驱动力）

实际阻力：

F=Gtan(-)

理想阻力：F0=Gtan=F/F0=tan(-)/tan

上述方法求出的是机械的瞬时效率，对于非稳定条件下运转的机械应进一步求其循环效率。由于影响机械效率的因素较多，通常以实测为准（机械手册中也有现行一些数据可查）。效率计算法用于指导设计。表5-1三、机组的效率1、串联机组的效率12k……P1PdPk

P2Pk-1

结论1）串联机组的总效率等于各级效率的连乘积。2）i<1→

串联机器越多，机组的效率就越低。3）串联机组的总效率必小于任一局部效率（串

<min)。4）提高串联机组的效率→减少串联机器的数目和提高

min。机械原理TheoryofMachinesandMechanisms三、机组的效率2、并联机组的效率结论12N……P1PdPkP2P1P2Pk

Pr

1）并不仅与各级分效率有关，还与总功率如何分配有关。2）并介于分效率最小值与最大值之间（

min<并<

max

）。3）若各级分效率相同，则无论并联级数多少，总效率恒等于其分效率

并

=1=2=……

=k4）为提高并→提高传递功率较大的机器的效率。机械原理TheoryofMachinesandMechanisms三、机组的效率3、混联机组的效率分清输入、输出路线，分别计算Pr和Pd机械原理TheoryofMachinesandMechanisms§5-2机械的自锁一、自锁的概念

对于有些机构，由于摩擦的存在，致使无论驱动力如何增大均不能使静止的机构产生运动，这种现象称之为自锁。二、研究自锁的目的2）有些机构靠自锁原理来工作（如：机床卡具、螺纹联接、千斤顶……）。1）使运动机械避免在自锁点附近工作，因为此时的效率很低。机械原理TheoryofMachinesandMechanisms1v2三、自锁时的力学特征FFRFfmax

Fn1、移动副驱动力F水平有效分力:Ft=Fsin垂直正压力:Fn=F

cos

摩擦力Ff

=Fn

f=Fn

tg

=F

cos

tg

>

Ft>Ff→滑块加速运动

=

Ft=Ff→滑块静止或匀速运动

<

Ft<Ff→滑块不能运动或减速运动致静止，即自锁Ft自锁条件：

驱动力（外力的合力）作用于摩擦锥之内时，则发生自锁。机械原理TheoryofMachinesandMechanisms三、自锁时的力学特征2、转动副FFR21a摩擦力矩Mf=FR·=F

·力平衡关系F

=FR驱动力矩Md

=F

·a

a

>

Md

>Mf→轴颈加速转动a=

Md

=Mf→轴颈块静止或匀速转动a

<

Md

<Mf→轴颈不能转动或减速转动至静止，即自锁自锁条件：

a

驱动力（外力的合力）作用于摩擦圆之内时，则发生自锁。机械原理TheoryofMachinesandMechanisms§5-2机械的自锁三、自锁时的力学特征3、机械的自锁1）由力分析求得的机械可以克服的生产阻力G

02）机械效率

0（效率越小自锁越可靠）机械原理TheoryofMachinesandMechanisms四、举例1、螺旋千斤顶的自锁条件FG保证:不论重物重量多大，均不能驱使螺母转动。即在以G

为驱动力时，机构具有自锁性。G为任意值时所能克服的生产阻力F

0(或M

0

）tg(-v)0即:

v

=tg(-v)/tg

0

v

或：机械效率

0四、举例2、斜面压榨机2GF4314GF43211已知：各滑动表面间的摩擦系数均为f(设摩擦角均为）求：1）在滑块2上作用多大的推力F，才能使工件的夹紧力为G？2）若机构不自锁，为防止工件松脱至少需要在滑块2上加多大的防松力F’？3）在回弹力G

作用下的自锁条件。GF4321v31FR13FR32FR23FR121构件3：G

+FR13+FR23=0构件2：F

+FR12+FR32=0GFR13FR2390º+

90º(+2)+FR12FR32F+290º－90º(+)由正弦定理得：1）在滑块2上作用多大的推力F，才能使工的夹紧力为G？2、斜面压榨机：

2）若机构不自锁，为防止工件松脱至少需要在滑块2上加多大的防松力F’？GF’432FR32v31FR13FR23FR121构件3：G

+FR13+FR23=0构件2：F’

+FR13+FR23=0GFR13FR2390º

90º(2)FR32FR12F’2

90º+90º()由正弦定理得：2、斜面压榨机：3）在回弹力G

作用下的自锁条件GF’432FR32v31FR13FR23FR121构件3：G

+FR13+FR23=0构件2：F’

+FR13+FR23=0GFR13FR2390º

90º(2)FR32FR12F’2

90º+90º()令：F’0自锁条件：

2四、举例3、偏心卡具：在工件反力作用下的自锁条件AB四、举例3、偏心卡具：在工件反力作用下的自锁条件ABF去除后，卡具不松脱，则必须使反力FR23与摩擦圆相割FOReR23E.s1sC由几何条件：S–S1

由直角三角形ABC知：

S1

=AC=Rsin又由直角三角形OAE知：