机械的效率教材

12.1机械中的摩擦

12.2机械效率和自锁

12.3提高机械效率的途径

12.4摩擦在机械中的应用第12章机械的效率本章重点难点：本章的重点:物体所受总反力方向的确定移动副、转动副中摩擦问题的分析方法自锁现象和自锁条件的判断本章的难点:

关于自锁条件的判断12.1机械中的摩擦

1）平面摩擦12.1.1移动副中的摩擦

滑块与平面构成的移动副，滑块在自重和驱动力的作用下向右移动。效率是衡量机械性能的重要指标研究机械中摩擦的主要目的在于寻找提高机械效率的途径根据滑快A的平衡，

F21与V12方向相反，大小根据滑动摩擦定律

f——摩擦系数（材料、光滑度、润滑）

——摩擦角

确定总反力R21的方向（1）

A加速运动

（2）

A减速直至静止，若A原来不动，自锁

（3）

A匀速或静止

方向：R21与V12成90+12.1.1移动副中的摩擦3）槽面摩擦当量摩擦系数：当量摩擦角：

2、楔形面移动副反力

——当量摩擦系数——当量摩擦角RBA：大小由平衡方程求得。

与平滑块相同，楔形滑块所受的运动副总反力R21与V12成900+角

2）斜面摩擦沿斜面等速上升沿斜面等速下滑12.1.2螺旋副中的摩擦1.矩形螺纹螺旋副中的摩擦

12.1.2螺旋副中的摩擦2.三角形螺纹螺旋副中的摩擦拧紧力矩：防松力矩：12.1.3转动副中的摩擦1.径向轴颈的摩擦2.止推轴颈的摩擦2、径向轴颈的反力

由实验测量得：

fe——径向轴颈的当量摩擦系数

轴承轴径轴身确定R21的方向：

（与材料、粗糙度、润滑条件有关）

其中：

（f为滑动摩擦系数）

（该式当A、B间存在间隙时成立）

若A、B间没有间隙：

对于A、B间没有摩损或磨损极少的非跑合者，

fe=1.56f对于接触面经过一段时间的运转，其表面被磨成平滑，接触更加完善的跑合者，

fe=1.27f

由式知：

ρ只与fe，r有关，Q变向时，R21变向，但相对轴心O始终偏移一个距离ρ，

即R21与以O为圆心，以为半径的圆相切，与摩擦角作用相同，此圆决定了总反力作用线的位置，称摩擦圆

由于摩擦力矩阻止相对运动，∴R21相对轴心O的力矩为ω12相反。

R21：大小

R21=Q

方向

与Q相反

作用线

与摩擦圆相切，对O的矩与ω12相反

（1）

A作减速至静止，原来静止，自锁

（2）

（3）

A匀速转动，或保持静止

A加速运动

3、止推轴颈的摩擦力

r’——当量摩擦半径

非跑合：

跑合：

12.2机械效率与自锁

12.2.1机械效率的表达形式作用在机械上的力：驱动力：生产阻力：有害阻力：通常把驱动力所做的功称为驱动功（输入功）Wd克服生产阻力所做的功称为输出功Wr克服有害阻力所做之功称为损耗功Wf

机械稳定运转时:机械效率:12.2.1机械效率的表达形式1.效率以功或功率的形式表达机械效率等于理想驱动力与实际驱动力的比，也等于理想驱动力矩和实际驱动力矩之比。2.效率以力或力矩的形式表达1)克服同样生产的阻力Q以力的形式表达以力矩的形式表达12.2.1机械效率的表达形式机械效率等于实际机械克服的生产阻力Q与理想机械所能克服的生产阻力Q0之比，也等于机械所能克服的实际生产阻力矩与理想生产阻力矩之比。以力的形式表达以力矩的形式表达2)同样驱动力F

12.2.2机械系统的机械效率

1.串联

结论：串联系统的总效率等于各机器的效率的连乘积。串联的级数越多，机械系统的效率越低。系统的总效率：12.2.2机械系统的机械效率

结论：并联系统的总效率不仅与各组成机器的效率有关,而且与各机器所传递的功率也有关。2.并联系统的总效率：12.2.2机械系统的机械效率

3.混联由串联和并联组成的混联式机械系统。其总效率的求法按其具体组合方式而定。设串联部分效率为

并联部分效率为系统的总效率：图示为偏心圆凸轮杠杆机构运动简图，已知转动副的摩擦圆半径为ρ，高副处摩擦角φ=15°，Q为需提起的重物，试在图上画出图示位置各运动副的总反力(包括位置、指向)。M12.2.3机械的自锁

机械的自锁：在实际机械中，由于摩擦的存在以及驱动力作用方向的问题，有时会出现无论驱动力如何增大，机械都无法运转的现象。

此时无论F多大，均无法使滑块运动，出现自锁现象。此时驱动力作用在摩擦角内。驱动力有效分力：阻力为摩擦力：当

时有1)移动副由于驱动力矩总小于它产生的摩擦阻力矩，故无论Q如何增大，也不能使轴转动，即出现自锁现象。作用在轴颈上的载荷为Q，当2)转动副即Q作用在摩擦圆之内。此时（，）总结2.若一个机械的某个环节发生自锁,则该机械必发生自锁。自锁时,驱动力不超过它产生的摩擦阻力，即此时驱动力所做的功总小于或等于由它所产生的摩擦阻力所作的功。此时机械的效率小于或等于零。

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。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。1.机械是否发生自锁，与驱动力作用线的位置和方向有关。

1）在移动副中，若驱动力作用在摩擦角之外，则不会发生自锁；

2）在转动副中，若驱动力作用在摩擦圆之外，则不会发生自锁。

3.系统任意环节自锁则系统自锁，故在分析机械系统的自锁特性时应注意。1)机械通常有正反两个行程，它们的机械效率一般并不相等，反行程的效率小于零的机械称为自锁机械。2)自锁机械常用于卡具、螺栓连接、起重装置和压榨机械上。3)但自锁机械的正行程效率都较低,因而在传递动力时,只适用功率小的场合。12.3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

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。1.摩擦离合器12.4摩擦在机械中的应用主动轴靠近从动轴并紧密接触，两盘间的摩擦力带动从动轴转动。2.摩擦制动器3.摩擦连结刹车时，刹车片靠紧钢片，摩擦力使钢片停下来。顶尖柄撞入顶尖座后，由于顶尖柄存在小锥度，在顶尖柄和顶尖座之间产生摩擦力，锁紧顶尖。