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文档简介
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:
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