1、2022-10-29机械的效率及自锁1机械的效率及自锁机械的效率及自锁机械的效率及自锁1基本要求：基本要求：1、熟练掌握移动副、螺旋副、转动副中摩擦问题的分析和计算方法。、熟练掌握移动副、螺旋副、转动副中摩擦问题的分析和计算方法。2、熟练掌握机械效率的概念及效率的各种表达式，掌握机械效率的计、熟练掌握机械效率的概念及效率的各种表达式，掌握机械效率的计算方法。算方法。3、正确理解机械自锁的概念，掌握确定自锁条件的方法。、正确理解机械自锁的概念，掌握确定自锁条件的方法。4、了解提高机械效率的途径及摩擦在机械中的应用、了解提高机械效率的途径及摩擦在机械中的应用 本章的重点本章的重点:1、物体所受总反
2、力方向的确定。、物体所受总反力方向的确定。2、移动副、转动副中摩擦问题的分析方法。、移动副、转动副中摩擦问题的分析方法。3、自锁现象和自锁条件的判断、自锁现象和自锁条件的判断本章的难点本章的难点:关于自锁条件的判断关于自锁条件的判断主要内容：主要内容：1 几种常见运动副中摩擦问题的分析。几种常见运动副中摩擦问题的分析。2 考虑摩擦时机构的受力分析。考虑摩擦时机构的受力分析。3 机械效率的计算。机械效率的计算。4 自锁现象及机构产生自锁的条件。自锁现象及机构产生自锁的条件。机械的效率及自锁1研究摩擦的目的研究摩擦的目的摩擦的优缺点：摩擦的优缺点：摩擦引起能量损耗，降低机械的效率。摩擦引起能量损耗
3、，降低机械的效率。摩擦引起磨损，降低零件的强度、缩短机摩擦引起磨损，降低零件的强度、缩短机械的寿命，降低机械的运动精度。械的寿命，降低机械的运动精度。摩擦发热，造成机械卡死。摩擦发热，造成机械卡死。利用摩擦工作，如利用摩擦工作，如带传动、摩擦离合器、带传动、摩擦离合器、制动器制动器等。等。研究摩擦的目的：尽量减少其不利影响，研究摩擦的目的：尽量减少其不利影响，充分发挥其有用的方面。充分发挥其有用的方面。机械的效率及自锁1（1 1）移动副中的摩擦移动副中的摩擦1 1）平面摩擦）平面摩擦 滑块与平面构成的移滑块与平面构成的移动副，滑块在驱动力的作用动副，滑块在驱动力的作用下向右移动。下向右移动。为
4、为 与与 的合力，即构件的合力，即构件1对对2的总反力，其方向与速度方向的总反力，其方向与速度方向成成 ，为摩擦角为摩擦角。，1、运动副中的摩擦、运动副中的摩擦机械的效率及自锁1（1）移动副中的摩擦）移动副中的摩擦2 2）斜面摩擦）斜面摩擦沿斜面等速上升沿斜面等速上升沿斜面等速下滑沿斜面等速下滑机械的效率及自锁1（1）移动副中的摩擦3 3）槽面摩擦）槽面摩擦当量摩擦系数：当量摩擦系数：当量摩擦角：当量摩擦角：机械的效率及自锁1 Q（3 3）半圆柱面接触）半圆柱面接触:FN21=k Q，（k=1/2）摩擦力计算的通式摩擦力计算的通式:Ff21=f FN21 =fvQ 其中其中,fv 称为当量摩擦
5、系数称为当量摩擦系数,其取其取值为值为:平面接触平面接触:fv=f；槽面接触槽面接触:fv=f/sin；半圆柱面接触半圆柱面接触:fv=k f，（，（k=1/2）。）。说明说明 引入当量摩擦系数之后引入当量摩擦系数之后,使不同接触形状的移动副使不同接触形状的移动副中中 的摩擦力计算和大小比较大为简化。因而这也是工程中简化处的摩擦力计算和大小比较大为简化。因而这也是工程中简化处 理问题的一种重要方法。理问题的一种重要方法。机械的效率及自锁1 移动副中总反力的方向确定：移动副中总反力的方向确定：总反力与法向反力偏斜一摩擦角或当量摩擦角；总反力与法向反力偏斜一摩擦角或当量摩擦角；总反力与法向反力偏斜
6、的方向与构件总反力与法向反力偏斜的方向与构件1相对于构相对于构件件2的相对速度方向相反。的相对速度方向相反。注意：注意：1 移动副中的总反力与法向反力偏斜的角度始终为移动副中的总反力与法向反力偏斜的角度始终为摩擦角或当量摩擦角吗？摩擦角或当量摩擦角吗？2 槽面接触的摩擦力大于平面接触的摩擦力，是因槽面接触的摩擦力大于平面接触的摩擦力，是因为槽面接触的摩擦系数大吗？为槽面接触的摩擦系数大吗？3 影响当量摩擦系数的因素有哪些？影响当量摩擦系数的因素有哪些？机械的效率及自锁1（2）螺旋副中的摩擦）螺旋副中的摩擦研究螺旋副的假设：研究螺旋副的假设：1.螺母与螺栓间的压力集中作螺母与螺栓间的压力集中作用
7、于螺栓的中径处用于螺栓的中径处2.螺杆的螺纹可设想成为一斜螺杆的螺纹可设想成为一斜面绕在圆柱上形成的。故可将面绕在圆柱上形成的。故可将螺栓螺纹展开成平面。螺栓螺纹展开成平面。机械的效率及自锁1（2）螺旋副中的摩擦螺旋副中的摩擦矩形螺纹螺旋副中的摩擦矩形螺纹螺旋副中的摩擦 机械的效率及自锁1 拧紧螺母时，相当于在滑块上拧紧螺母时，相当于在滑块上施加一水平力施加一水平力 使其沿斜面等使其沿斜面等速上升速上升 故故拧紧所需力矩为拧紧所需力矩为 为螺纹的中径，为螺纹的中径，为螺纹中为螺纹中径处的升角。径处的升角。同理可得同理可得放松螺母所需力矩放松螺母所需力矩 时，时，为正值，是阻止为正值，是阻止螺母
8、放松的阻力矩；螺母放松的阻力矩；时，时，为负值，是放为负值，是放松螺母的驱动力矩。松螺母的驱动力矩。机械的效率及自锁1螺纹的基本参数螺纹的基本参数机械的效率及自锁1（2）螺旋副中的摩擦）螺旋副中的摩擦机械的效率及自锁1（3）转动副中的摩擦1.轴颈摩擦轴颈摩擦2.轴端摩擦轴端摩擦机械的效率及自锁1.轴颈摩擦（径向轴承）轴颈摩擦（径向轴承）机械的效率及自锁1 转动副中的总反力，转动副中的总反力，总反力的方位总反力的方位可根据可根据如下三点确定：如下三点确定：在不考虑摩擦力的情况下，根据力的平衡在不考虑摩擦力的情况下，根据力的平衡条件，确定不计摩擦力时的总反力的方向；条件，确定不计摩擦力时的总反力的
9、方向；考虑摩擦时，总反力应与摩擦圆相切；考虑摩擦时，总反力应与摩擦圆相切；轴承轴承2对轴颈对轴颈1的总反力的总反力 对轴颈中心之对轴颈中心之矩的方向必与轴颈矩的方向必与轴颈1相对于轴承相对于轴承2的相对角的相对角速度速度 的方向相反。的方向相反。机械的效率及自锁1 .轴端摩擦（止推轴承）轴端摩擦（止推轴承）Q M 1 2 设设Q为轴向载荷，为轴向载荷，f为滑动摩擦系数，为滑动摩擦系数，r1、r2和为接触面的内半径和外半径，则轴颈和为接触面的内半径和外半径，则轴颈1 1在轴承在轴承2 2中转动时，摩擦力矩大小为：中转动时，摩擦力矩大小为：rv为当量摩擦半径，其大小随压强为当量摩擦半径，其大小随压
10、强p的的分布规律而异。分布规律而异。非跑合止推轴承：非跑合止推轴承：跑合止推轴承：跑合止推轴承：机械的效率及自锁1机械的效率及自锁1例例1 如图所示的铰链四杆机构，曲柄如图所示的铰链四杆机构，曲柄1为主动件，在为主动件，在力矩力矩 的作用下沿的作用下沿 方向回转，试求转动副方向回转，试求转动副B、C中总反力的方位。图中虚线小圆为摩擦圆，解中总反力的方位。图中虚线小圆为摩擦圆，解题时不考虑构件的自重及惯性力。题时不考虑构件的自重及惯性力。2考虑摩擦时机构的受力分析机械的效率及自锁1机械的效率及自锁1例例2 如图所示的四杆机构，曲柄如图所示的四杆机构，曲柄1为主动件，在力矩为主动件，在力矩 的作用
11、下沿的作用下沿 方向回转，试求各运动副中的反力方向回转，试求各运动副中的反力及作用在构件及作用在构件3上的平衡力矩上的平衡力矩 。图中虚线小圆。图中虚线小圆为摩擦圆，解题时不考虑构件的自重及惯性力。为摩擦圆，解题时不考虑构件的自重及惯性力。机械的效率及自锁1机械的效率及自锁1例例3 图示曲柄滑块机构，已知各构件的尺寸（包括转图示曲柄滑块机构，已知各构件的尺寸（包括转动副的半径动副的半径 ），各运动副中的摩擦系数），各运动副中的摩擦系数 ，作用，作用在滑块上的生产阻力为在滑块上的生产阻力为 ，试对该机构在图示位，试对该机构在图示位置时进行受力分析（各构件的重量及惯性力均忽置时进行受力分析（各构件
12、的重量及惯性力均忽略不计），并确定加于曲柄略不计），并确定加于曲柄AB上上B点与曲柄点与曲柄AB垂垂直的平衡力直的平衡力 的大小的大小。机械的效率及自锁1FbBCA1234FrFR43FR23 机械的效率及自锁1FR14FR34FR23FR12FR34FR14FrFR23FbFR12FbBCA1234Fr机械的效率及自锁1 结论：结论：考虑摩擦时机构的受力分析的关键是确定运动副考虑摩擦时机构的受力分析的关键是确定运动副中的总反力的方位。中的总反力的方位。转动副中总反力的确定应遵循三点。转动副中总反力的确定应遵循三点。移动副中的总反力的确定应遵循两点。移动副中的总反力的确定应遵循两点。进行力分析
13、时，首先从二力构件开始。对其他构进行力分析时，首先从二力构件开始。对其他构件力的分析应遵循力的平衡条件。件力的分析应遵循力的平衡条件。机械的效率及自锁1例例4 图示机构，已知各构件的尺寸（包括转动副的图示机构，已知各构件的尺寸（包括转动副的半径），各运动副中的摩擦系数，作用在滑块上半径），各运动副中的摩擦系数，作用在滑块上的生产阻力，试对该机构在图示位置时进行受力的生产阻力，试对该机构在图示位置时进行受力分析（各构件的重量及惯性力均忽略不计），并分析（各构件的重量及惯性力均忽略不计），并确定加于原动件确定加于原动件1上的平衡力矩。上的平衡力矩。vFr机械的效率及自锁1机械效率反映了输入功在机械
14、中的有效利用的程度。机械中的机械效率反映了输入功在机械中的有效利用的程度。机械中的一个主要性能指标。一个主要性能指标。因摩擦损失是不可避免的，故必有因摩擦损失是不可避免的，故必有 0和和 1。2-3 机械的效率机械的效率1.1.机械效率的概念及意义机械效率的概念及意义（1 1）机械效率机械效率 机械的输出功机械的输出功(WWr r)与输入功与输入功(WWd d)的比值，的比值，以以 表示。表示。机械损失系数机械损失系数或或损失率损失率 机械的损失功机械的损失功(Wf)与输入功与输入功(Wd)的比值，的比值，以 表示。Wr/Wd1 1Wf/Wd（2）机械效率的意义）机械效率的意义降耗节能是国民经
15、济可持续发展的重要任务之一。降耗节能是国民经济可持续发展的重要任务之一。机械稳定运转时机械稳定运转时:机械的效率及自锁12.2.机械效率的确定机械效率的确定（1）机械效率的计算确定）机械效率的计算确定1）以功表示的计算公式以功表示的计算公式Wr/Wd1Wf/Wd2）以功率表示的计算公式）以功率表示的计算公式Pr/Pd1Pf/Pd3）以力或力矩表示的计算公式）以力或力矩表示的计算公式F0/FM0/M即 理想驱动力实际驱动力理想驱动力矩实际驱动力矩实际机械装置 理论机械装置 0=Pr/Pd=GvG/FvF00=GvG/F0vF=1vGvFF理想机械：不考虑摩擦的机械理想机械：不考虑摩擦的机械理想驱
16、动力：克服同样生产阻力理想机械所需要的驱动力理想驱动力：克服同样生产阻力理想机械所需要的驱动力机械的效率及自锁1 因其正行程实际驱动力为因其正行程实际驱动力为FGtan()，理想驱动力为，理想驱动力为F0Gtan，故，故例例1 1 斜面机构斜面机构已知：已知：正行程正行程 F Gtan()反行程反行程 FGtan()现求：正行程的现求：正行程的 及反行程的及反行程的 解解 F0/Ftan/tan()F0 /Ftan/tan()因其反行程实际驱动力为因其反行程实际驱动力为GF/tan()，理想驱动力为，理想驱动力为G0 F/tan，故，故G0/G tan()/tan对吗？错误！机械的效率及自锁1
17、例例2 2 螺旋机构螺旋机构已知：拧紧时已知：拧紧时 M Gd2tan(v)/2放松时放松时 MGd2tan(v)/2现求：现求：及及 解解 采用上述类似的方法，可得采用上述类似的方法，可得拧紧时拧紧时 M0/M tan/tan(v)放松时放松时 G0/G tan(v)/tan 机械的效率及自锁1（2）机械效率的实验测定）机械效率的实验测定机械效率的确定除了用计算法外，更常用实验法来测定，机械效率的确定除了用计算法外，更常用实验法来测定，许多机械尤其是动力机械在制成后，往往都需做效率实验。许多机械尤其是动力机械在制成后，往往都需做效率实验。现以蜗杆传动效率实验测定为例加以说明。现以蜗杆传动效率
18、实验测定为例加以说明。1）实验装置）实验装置定子平衡杆电机转子电机定子磅秤千分表弹性梁砝码传送带蜗杆制动轮蜗轮联轴器机械的效率及自锁1 据此，可通过计算确定出整个机械的效率。同时，根据弹性梁上的千分表读数（即代表Q力）来确定制动轮上的圆周力FtQG，从而确定出从动轴上的力矩从而确定出从动轴上的力矩M从。从。M从FtR(QG)R该蜗杆的传动机构的效率公式为 P从/P主从M从/(主M主)M从/(iM主)式中 i为蜗杆传动的传动比。对于正在设计和制造的机械，虽然不能直接用实验法测定其机械效率，但是由于各种机械都不过是由一些常用机构组合而成的，而这些常用机构的效率又是可通过实验积累的资料来预先估定的（
19、如表5-1 简单传动机构和运动副的效率）。2）实验方法 实验时，可借助于磅秤测定出定子平衡杆的压力F来确定出主动轴上的力矩M主，即 M主Fl。机械的效率及自锁13.机组的机械效率计算机组机组 由若干个机器组成的机械系统由若干个机器组成的机械系统。当已知机组各台机器的机械效率时，则该机械的总效率可当已知机组各台机器的机械效率时，则该机械的总效率可由计算求得。由计算求得。（1）串联）串联 串联机组功率传动的特点是前一机器的输出功率即为后一机串联机组功率传动的特点是前一机器的输出功率即为后一机器的输入功率。器的输入功率。串联机组的总机械效率为串联机组的总机械效率为PrPd P1P2PdP1PkPk-
20、1 12k 即串联机组总效率等于组成该机组的各个机器效率的连乘积。即串联机组总效率等于组成该机组的各个机器效率的连乘积。1k212kPdPrP1P2P1P2Pk-1Pk-1Pk=Pr机械的效率及自锁1 只要串联机组中任一机器的效率很低，就会使整个机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。组的效率极低；且串联机器数目越多，机械效率也越低。结论结论（2）并联）并联 并联机组的特点是机组的输入功并联机组的特点是机组的输入功率为各机器的输入功率之和，而输出率为各机器的输入功率之和，而输出功率为各机器的输出功率之和。功率为各机器的输出功率之和。Pr
21、iPdiP11+P22+PkkP1+P2+Pk 即并联机组的总效率与各机器的效率及其传动的功率的大即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，且小有关，且min max；机组的总效率主要取决于传动功率大机组的总效率主要取决于传动功率大的机器的效率。的机器的效率。要提高并联机组的效率，应着重提高传动功率大的路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。线的效率。结论结论12k12kP11P22PkkP1P2PkPd机械的效率及自锁1（3）混联）混联混联机组的机械效率计算步骤为混联机组的机械效率计算步骤为1）将输入功至输出功的路线弄清楚；）将输入功至输出功的路线弄清楚；2
22、）分别计算出总的输入功率）分别计算出总的输入功率Pd和总的输出功率和总的输出功率Pr；3）按下式计算其总机械效率）按下式计算其总机械效率。Pr/Pd机械的效率及自锁1 例例3 已知某机械传动装置机构的效率和输出功率，求该已知某机械传动装置机构的效率和输出功率，求该机械传动装置的机械效率。机械传动装置的机械效率。解解 机构机构1、2、3 及及4串联的部分串联的部分PdPr/(123 4 )5/(0.9820.962)5.649 kW机构1、2、3、4及5串联的部分故该机械的总效率为 Pr/Pd(5+0.2)kW/(5.649+0.561)kW =0.8370.2/(0.9820.9420.42)
23、0.561 kWPd Pr/(123 4 5 )=5 kW0.980.980.960.960.940.940.42=0.2 kW机械的效率及自锁1例例 电动机通过电动机通过V带传动及圆锥、圆柱齿轮传动带动工作机带传动及圆锥、圆柱齿轮传动带动工作机A和和B。设每对齿轮的效率。设每对齿轮的效率1=0.97（包括轴承的效率在内），（包括轴承的效率在内），带传动的效率带传动的效率3=0.92，工作机，工作机A、B的功率分别为的功率分别为PA=5KW、PB=1KW，效率分别为，效率分别为A=0.8、B=0.5 ，试求电动机所，试求电动机所需的功率。需的功率。解解:由并联机组的效率计算公式，得其输入功率为
24、由并联机组的效率计算公式，得其输入功率为 由串联机组，得电动机的所需功率为由串联机组，得电动机的所需功率为 机械的效率及自锁14.提高机械效率的措施提高机械效率的措施 影响效率的主要因素是摩影响效率的主要因素是摩擦损耗，故提高效率可采擦损耗，故提高效率可采取如下措施：取如下措施：1、尽量简化机械系统、尽量简化机械系统落地扇的主运动为叶轮的回转运动，辅助运落地扇的主运动为叶轮的回转运动，辅助运动为摇头的转向运动，主运动通过蜗杆与齿动为摇头的转向运动，主运动通过蜗杆与齿轮传动实现，扶助运动由双摇杆机构实现。轮传动实现，扶助运动由双摇杆机构实现。大齿轮同时充当摇杆的角色，还输入动力。大齿轮同时充当摇
25、杆的角色，还输入动力。整个结构设计巧妙、新颖。整个结构设计巧妙、新颖。机械的效率及自锁1 台扇的主运动也为叶轮的回转台扇的主运动也为叶轮的回转运动，但辅助运动为导流板的运动，但辅助运动为导流板的回转运动，分别由两个电机驱回转运动，分别由两个电机驱动，传动系统简单，效率更高。动，传动系统简单，效率更高。分析与比较：分析与比较：落地扇和台扇的设计都很精巧，落地扇巧妙地利用双摇杆机构落地扇和台扇的设计都很精巧，落地扇巧妙地利用双摇杆机构实现摇头转向，而实现摇头转向，而台扇是在风产生后，对风的方向进行控制，台扇是在风产生后，对风的方向进行控制，设计思想更加新颖、巧妙设计思想更加新颖、巧妙。落地扇采用蜗
26、杆蜗轮、齿轮传动和双摇杆机构和离合器进行控落地扇采用蜗杆蜗轮、齿轮传动和双摇杆机构和离合器进行控制，设计技术成熟，但结构复杂，成本高、效率低；制，设计技术成熟，但结构复杂，成本高、效率低；台扇对导流板进行控制，更符合未来发展的趋势台扇对导流板进行控制，更符合未来发展的趋势。并且具有结。并且具有结构简单、重量轻，尺寸小，效率更高。构简单、重量轻，尺寸小，效率更高。由以上分析可见，由以上分析可见，采用对机械的简化设计，以最简单的机构满采用对机械的简化设计，以最简单的机构满足工作要求，使功率传递通过最小的运动副，能大幅度地提高足工作要求，使功率传递通过最小的运动副，能大幅度地提高机械效率，降低成本。
27、机械效率，降低成本。机械的效率及自锁12、选择合适的运动副形式、选择合适的运动副形式 不同运动副的效率不同，在满足使用功能的前提不同运动副的效率不同，在满足使用功能的前提下，尽量采用效率高的运动副。转动副的效率比下，尽量采用效率高的运动副。转动副的效率比移动副高，且配合精度也高。移动副高，且配合精度也高。机械的效率及自锁13、尽量减、尽量减小小构件的尺寸构件的尺寸 在满足强度、刚度的前提下，不要盲目增大构件尺在满足强度、刚度的前提下，不要盲目增大构件尺寸。如轴颈的尺寸越大，摩擦圆半径越大，产生的摩擦寸。如轴颈的尺寸越大，摩擦圆半径越大，产生的摩擦阻力越大。阻力越大。4、尽量减少运动副中的摩擦、
28、尽量减少运动副中的摩擦 用平面摩擦代替槽面摩擦；用平面摩擦代替槽面摩擦；用滚动摩擦代替滑动摩擦；用滚动摩擦代替滑动摩擦；用矩形螺旋传动代替三角形螺旋传动；用矩形螺旋传动代替三角形螺旋传动；采用润滑剂；采用润滑剂；合理选择运动副元素的材料。合理选择运动副元素的材料。机械的效率及自锁11 1、机械的自锁、机械的自锁2-4 机械的自锁机械的自锁（1）自锁现象 在实际机械中，由于摩擦的存在以及驱动力作用方向在实际机械中，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。如乘坐电梯、螺旋千斤顶、起重机等。转的现象
29、。如乘坐电梯、螺旋千斤顶、起重机等。（2）自锁意义 设计机械时，为使机械能实现预期的运动，必须避免机械在设计机械时，为使机械能实现预期的运动，必须避免机械在所需的运动方向发生自锁；有些机械的工作需要具有自锁的特性，所需的运动方向发生自锁；有些机械的工作需要具有自锁的特性，如如牛头刨床工作台的升降机构及进给机构等。牛头刨床工作台的升降机构及进给机构等。机械为什么会发生自锁现象？机械为什么会发生自锁现象？发生自锁的条件又是什么呢？发生自锁的条件又是什么呢？机械的效率及自锁1F2、移动副自锁的条件：、移动副自锁的条件：摩擦角为摩擦角为。则。则Ft=Fsin =FntanFfmax=Fntan当当 时
30、，有时，有Ft Ffmax 即当即当 时，无论驱动力时，无论驱动力F如何增大，其有效分力如何增大，其有效分力 Ft 总小于总小于驱动力驱动力 F 本身所引起的最大摩擦本身所引起的最大摩擦力力Ffmax，因而总不能推动滑块运动，即为自锁现象。，因而总不能推动滑块运动，即为自锁现象。结论结论 移动副发生自锁的条件为：在移动副中，如果移动副发生自锁的条件为：在移动副中，如果作用于作用于滑块上的驱动力作用在其摩擦角之内（即滑块上的驱动力作用在其摩擦角之内（即），），则发生自锁。则发生自锁。设驱动力为设驱动力为F，传动角为传动角为，FtFnFRFfmax机械的效率及自锁13、转动副自锁的条件：、转动副自
31、锁的条件：设驱动力为设驱动力为F，力臂长为力臂长为a,当当F作用在摩作用在摩擦圆之内时（即擦圆之内时（即a），则），则M=aF Mf=FR21 =F 即即F 任意增大（任意增大（a不变），也不不变），也不能使轴颈转动，能使轴颈转动，即发生了自锁即发生了自锁现象。现象。结论结论 作用在轴颈上的驱动力为作用在轴颈上的驱动力为单力单力F，且作用于摩擦圆之内，即且作用于摩擦圆之内，即 a a ，则发生自锁。，则发生自锁。摩擦圆半径为摩擦圆半径为，FaFR=FFR21=F机械的效率及自锁1 例题例题4 在图示的偏心夹在图示的偏心夹具中，具中，1为夹具体，为夹具体，2为为工件，工件，3为偏心圆盘。为偏心圆
32、盘。偏心圆盘的几何中心为偏心圆盘的几何中心为A，外径为，外径为D，偏心距为，偏心距为e，偏心圆盘轴颈的摩，偏心圆盘轴颈的摩擦圆半径为擦圆半径为 。当用力。当用力F压下手柄时，即能将压下手柄时，即能将工件夹紧，以便对工件工件夹紧，以便对工件加工。为了当作用在工加工。为了当作用在工件上的力去掉后，夹具件上的力去掉后，夹具不至于自动松开，则需不至于自动松开，则需要该夹具具有自锁性要该夹具具有自锁性,试试确定其自锁的条件。确定其自锁的条件。机械的效率及自锁11、根据构件、根据构件3相对于相对于2的运动趋势，确定的运动趋势，确定总反力总反力FR23的方位如的方位如图所示。图所示。2、分别过点、分别过点O
33、、A作作总反力总反力FR23的平行线，的平行线，则则 3、总反力、总反力FR23应与摩应与摩擦园相切或相割，擦园相切或相割，即即即为偏心夹具自锁的条件。机械的效率及自锁1 故其自锁条件为v。4、机械自锁条件的确定(1)从运动副发生自锁的条件来确定从运动副发生自锁的条件来确定原因 机械的自锁实质就是其中的运动副发生了自锁。例5 手摇螺旋千斤顶当v时，其螺旋副发生自锁，则此机械也必将发生自锁，(2)从生产阻力从生产阻力G0的条件来确定的条件来确定 当机械发生自锁时，无论驱动力如何增大，机械不能运动，这时能克服的生产阻力G0。支座1螺杆2托盘3重物4螺母5螺旋副手把6FGG螺旋副机械的效率及自锁1例
34、6 手摇螺旋千斤顶自锁要求M0，即 tan(v)0故此千斤顶自锁条件为 v。G0 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。支座1螺杆2托盘3重物4螺母5螺旋副手把6FGGM反行程：驱动力为G，阻抗力矩为M，M Gd2tan(v)/2则机械的效率及自锁1（3）从效率）从效率 0的条件来确定的条件来确定 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，其驱动力所作的功功Wd总是不足以克服其引起的最大损失功总是不足以克服其引起的最大损失功Wf，1Wf/Wd 0 故 例例7 7 手摇螺旋千斤顶手摇螺旋千斤顶其反行程的效率为 G0/
35、G=tan(v)/tan令0，则得此自锁条件为 v。当当 时，其绝对值的大小表示机械自锁的程度。时，其绝对值的大小表示机械自锁的程度。当当 时，机械处于临界自锁状态；时，机械处于临界自锁状态；当当 时，其绝对值越大，表明自锁越可靠。时，其绝对值越大，表明自锁越可靠。机械的效率及自锁1 例题例题8 图示的斜面图示的斜面压榨机，若在滑块压榨机，若在滑块2上施加一定的驱动上施加一定的驱动力力F，即可推动构件，即可推动构件3移动并将物体移动并将物体4压压紧。设紧。设G为被压紧的为被压紧的物体对滑块物体对滑块3的反作的反作用力，各接触面的用力，各接触面的摩擦系数为摩擦系数为 。试。试求：力求：力F撤去后
36、使机撤去后使机构自锁时，滑块构自锁时，滑块2的的倾角的取值范围。倾角的取值范围。机械的效率及自锁1解解 由摩擦系数，得摩擦角由摩擦系数，得摩擦角滑块滑块2与构件与构件3的力矢量方程式的力矢量方程式机械的效率及自锁1令生产阻力令生产阻力即机构自锁的条件为即机构自锁的条件为 值得注意的是，值得注意的是，图示的斜面压榨机，要求在力图示的斜面压榨机，要求在力G的作用下的作用下自锁，滑块自锁，滑块2不能松退，但在力不能松退，但在力F的作用下滑块的作用下滑块2可向左移可向左移而将物体而将物体4压紧，力压紧，力F反向也可使滑块反向也可使滑块2松退，即在力松退，即在力F的的作用下压榨机是不自锁的。因此，一个自
37、锁机构，只是作用下压榨机是不自锁的。因此，一个自锁机构，只是对于满足自锁条件的驱动力在一定运动方向上的自锁；对于满足自锁条件的驱动力在一定运动方向上的自锁；而对于其它外力，或在其它运动方向上则不一定自锁，而对于其它外力，或在其它运动方向上则不一定自锁，这就是自锁的方向性。这就是自锁的方向性。问题：自锁机械在自锁方向上是否一定就不能运动？问题：自锁机械在自锁方向上是否一定就不能运动？机械的效率及自锁1 摩擦在机械中的应用摩擦在机械中的应用摩摩擦擦离离合合器器摩摩擦擦制制动动器器 依靠摩擦力使顶尖柄依靠摩擦力使顶尖柄锁紧在顶尖座内。锁紧在顶尖座内。机械的效率及自锁1超超越越离离合合器器V带带传传动
38、动机械的效率及自锁1本章小结 1 运动副中的摩擦运动副中的摩擦 移动副总反力的方位。方位包括力的方向和作用点。移动副总反力的方位。方位包括力的方向和作用点。槽面摩擦，当量摩擦系数的定义，影响因素。槽面摩擦，当量摩擦系数的定义，影响因素。螺旋副摩擦，拧紧力矩和放松力矩的计算公式，在各种情螺旋副摩擦，拧紧力矩和放松力矩的计算公式，在各种情况下的驱动力和生产阻力。况下的驱动力和生产阻力。转动副，径向轴承总反力的方位、摩擦阻力矩的计算；摩转动副，径向轴承总反力的方位、摩擦阻力矩的计算；摩擦圆、摩擦圆半径。擦圆、摩擦圆半径。2 机械的效率机械的效率 机械效率的表达式：功、功率、力、力矩的表机械效率的表达
39、式：功、功率、力、力矩的表达式。理想机械、理想驱动力、理想驱动力矩的概念。达式。理想机械、理想驱动力、理想驱动力矩的概念。机组的效率，串联、并联和混联机组。机组的效率，串联、并联和混联机组。3 机械的自锁机械的自锁 自锁的定义，自锁产生的条件，应注意自锁的方向性。自锁的定义，自锁产生的条件，应注意自锁的方向性。4 提高机械效率的措施。提高机械效率的措施。机械的效率及自锁1 思考题思考题1 如何确定移动副中总反力的方位？移动副中的总反力与接触面的夹角如何确定移动副中总反力的方位？移动副中的总反力与接触面的夹角始终为摩擦角或当量摩擦角吗？始终为摩擦角或当量摩擦角吗？2 何谓当量摩擦系数？影响当量摩
40、擦系数的因素有哪些？槽面接触的摩何谓当量摩擦系数？影响当量摩擦系数的因素有哪些？槽面接触的摩擦系数大于平面接触的原因是因为其摩擦系数较大吗？擦系数大于平面接触的原因是因为其摩擦系数较大吗？3 三角形螺旋副的当量摩擦系数如何确定？螺旋副的拧松力矩、拧紧力三角形螺旋副的当量摩擦系数如何确定？螺旋副的拧松力矩、拧紧力矩的计算公式如何？该计算公式中，何为驱动力？何为生产阻力？矩的计算公式如何？该计算公式中，何为驱动力？何为生产阻力？4 何谓理想机械？何谓理想驱动力或驱动力矩？何谓理想生产阻力或生何谓理想机械？何谓理想驱动力或驱动力矩？何谓理想生产阻力或生产阻力矩？在利用力或力矩形式的效率表达式时，如何
41、确定理想驱动产阻力矩？在利用力或力矩形式的效率表达式时，如何确定理想驱动力或驱动力矩？力或驱动力矩？5 串联、并联和混联机组的机械效率如何计算？影响串联、并联机组的串联、并联和混联机组的机械效率如何计算？影响串联、并联机组的机械效率的主要因素是什么？机械效率的主要因素是什么？6 何谓自锁？自锁产生的条件有哪些？如何利用这些条件判断机构是否何谓自锁？自锁产生的条件有哪些？如何利用这些条件判断机构是否自锁？自锁在实际工程中具有哪些应用？自锁？自锁在实际工程中具有哪些应用？7 机构自锁是否意味着该机械在自锁方向上就一定不能运动？机构自锁是否意味着该机械在自锁方向上就一定不能运动？8 何谓摩擦圆，影响摩擦圆大小的因素有哪些？何谓摩擦圆，影响摩擦圆大小的因素有哪些？9 如何确定径向轴承总反力的方位？如何确定两个构件的相对运动方向？如何确定径向轴承总反力的方位？如何确定两个构件的相对运动方向？10 重点：机构运动副总反力方位的确定。重点：机构运动副总反力方位的确定。2022-10-29机械的效率及自锁1
