1、第五章机械的效率和自锁第五章机械的效率和自锁5-1 机械的效率机械的效率关于机械系统中，关于机械系统中，输入功输入功、输出功输出功、损失功损失功的解释：的解释：输入功输入功在一个机械系统中，驱动力（或驱动力矩）所作的功在一个机械系统中，驱动力（或驱动力矩）所作的功 称为输入功，用称为输入功，用Wd 表示表示;输出功输出功在一个机械系统中，克服工作阻力（或驱动力矩）所在一个机械系统中，克服工作阻力（或驱动力矩）所 作的功，称为输出功，用作的功，称为输出功，用Wr 表示表示;损失功损失功在一个机械系统中，克服有害阻力（如摩擦阻力、空）在一个机械系统中，克服有害阻力（如摩擦阻力、空）气阻力等）所作的
2、功，称为损失功，用气阻力等）所作的功，称为损失功，用Wf表示表示;机械在稳定运转时期，机械在稳定运转时期，输入功输入功等于等于输出功输出功与与损耗功损耗功之和，即：之和，即：frdWWW以功率的形式表示，则有：以功率的形式表示，则有：frdNNNdfdrddNNNNNN将上式等号两边同除以输入功率将上式等号两边同除以输入功率Nd,得：得：dfdrNNNN1令式中令式中:drNN得到机械效率的表达式为：得到机械效率的表达式为：dfNN1令：令：dfdfWWNN机械损失系数机械损失系数1由于机械摩擦不可避免，故必有：由于机械摩擦不可避免，故必有：,01效率恒小于一效率恒小于一FFGG图图5-1为机
3、械传动装置的示意图为机械传动装置的示意图设设F为驱动力，为驱动力，G为生产阻力，为生产阻力，VF、VG 分别为分别为F、G作用点沿该作用点沿该力作用线方向的分速度，其效率力作用线方向的分速度，其效率为：为：100FGdrFGNN为了将上式简化，引入为了将上式简化，引入理想机械理想机械的概念，即在理想机械中的概念，即在理想机械中不存在摩擦，当工作阻力为不存在摩擦，当工作阻力为G时，所需的驱动力为理想驱动力时，所需的驱动力为理想驱动力F0 由于理想机械不存在摩擦，显然理想驱动力由于理想机械不存在摩擦，显然理想驱动力F0小于实际驱动小于实际驱动力力F，此时机械的效率为：，此时机械的效率为：FGdrF
4、GNN（a）（b）FGFG0将（将（b）代入（）代入（a）中）中FGFG0（a）FGdrFGNN（b）FFFF0FF0如用力矩表示，则有：如用力矩表示，则有：（c）MM0（d）综合（综合（c）、）、（d），可得到：），可得到：理想驱动力理想驱动力实际驱动力实际驱动力=理想驱动力矩理想驱动力矩实际驱动力矩实际驱动力矩效率也可用阻力或租力矩表示为：效率也可用阻力或租力矩表示为：理想工作阻力理想工作阻力实际工作阻力实际工作阻力=实际工作阻力矩实际工作阻力矩理想工作阻力矩理想工作阻力矩00MMGGMMFF00 小结：小结：用驱动力或驱动力矩表示的效率公式为：用驱动力或驱动力矩表示的效率公式为：用工作阻
5、力或工作阻力矩表示的效率公式为：用工作阻力或工作阻力矩表示的效率公式为：MMFF0000MMGGM00、F理想驱动力、理想驱动力矩；理想驱动力、理想驱动力矩；MF、实际驱动力、实际驱动力矩；实际驱动力、实际驱动力矩；M00、G理想工作阻力、理想工作阻力矩；理想工作阻力、理想工作阻力矩；MG、实际工作阻力、实际工作阻力矩；实际工作阻力、实际工作阻力矩；以上为机械效率的计算法，但在实际设计中，更常用到的是以上为机械效率的计算法，但在实际设计中，更常用到的是实验法和经验法，即确定机械效率的三种方法分别为：实验法和经验法，即确定机械效率的三种方法分别为：计算法计算法经验法经验法实验法实验法适用于创新机
6、器产品、无经验可循的效率确定；适用于创新机器产品、无经验可循的效率确定；适用于传统机械产品设计。适用于传统机械产品设计。三种不同机器组合的效率计算三种不同机器组合的效率计算（1）串联组合机器的效率计算）串联组合机器的效率计算（2）并联组合机器的效率计算）并联组合机器的效率计算（3）混联组合机器的效率计算）混联组合机器的效率计算（1）串联组合机器的效率计算）串联组合机器的效率计算dP1P2P12KKP1KP123121 KKdPPPPPPPP总效率总效率为各机器效率的连乘积。即：为各机器效率的连乘积。即：串联组合机器传递功率的特点：串联组合机器传递功率的特点：前一机器的输出功率为后一机器的输入功
7、率。前一机器的输出功率为后一机器的输入功率。串联机器中任一机器的效率很低，都会使整部机器的效率很低；串联机器中任一机器的效率很低，都会使整部机器的效率很低；串联的机器数目越多，效率越低。串联的机器数目越多，效率越低。串联组合机器的总效率串联组合机器的总效率1K2dPP11 1 KKKPP122PP dKPP 333P233PP dKPP K321 K 321（2）并联组合机器的效率计算）并联组合机器的效率计算dP2KKP2P1P1PKP 2P各机器的输入功率为：各机器的输入功率为：P1、P2 PK，并联机组的特点并联机组的特点：机组的输入功率为各机器输入功率之和；机组的输入功率为各机器输入功率
8、之和；机组的输出功率为各机器输出功率之和；机组的输出功率为各机器输出功率之和；并联组合机器的总效率并联组合机器的总效率 diridrPPPP1KKKPPPPPP 212211rP机器的输出功率机器的输出功率dP机器的输入功率机器的输入功率KrPPPPP 321KdPPPPP 321KKPPPPPP 2121111 PP222 PPKKKPP 输出功率为：输出功率为：（3）混联组合机器的效率计算）混联组合机器的效率计算5 44 3 32P2P dP1P2P3PrP 4P 3P rP 21混联组合机器的总效率混联组合机器的总效率drPP 串联机构的效率串联机构的效率并联机构的效率并联机构的效率Q1
9、22345例例1 在图示的电动卷扬机中，已知其每一对齿轮的效率在图示的电动卷扬机中，已知其每一对齿轮的效率12、2以及鼓轮的效率以及鼓轮的效率4均为均为0.95，滑轮的效率，滑轮的效率5为为0.96，载荷，载荷Q=50000N。其上升的速度。其上升的速度V=12m/min,求电机的功率？求电机的功率？解：解：该机构为串联机构该机构为串联机构串联机构的总效率各级效串联机构的总效率各级效率的连乘积，故机构总效率：率的连乘积，故机构总效率：543212 求机构的工作功率求机构的工作功率 QPr82.096.095.03 载荷上升的速度：载荷上升的速度：smm/2.06012min/12 机构的工作功
10、率为：机构的工作功率为：3.电机的功率为：电机的功率为：KW1219582.010000 rdPP KW100002.050000 1234567891011121314例例2 减速箱如图所示，已知每一对圆柱齿轮和圆锥齿轮的效率分别减速箱如图所示，已知每一对圆柱齿轮和圆锥齿轮的效率分别为为0.95 和和 0.92,求其总效率求其总效率。解：解：1.分析传动路线。分析传动路线。减速箱分两路输出：减速箱分两路输出：电机电机齿轮齿轮1、23、45、67、8电机电机齿轮齿轮1、2、1011、1213、142.每一路的总效率分别为：每一路的总效率分别为：81 14179.092.095.03 79.09
11、2.095.03 3.整个机构的总效率为：整个机构的总效率为：diriPP 87654321 87654321 1234567891011121314148PPPri 14114818 PPPdidiriPP 14114818148 PPPP79.079.0148148PPPP diriPP%7979.0 12345678910例例3 在图示的滚柱传动机构中，已知其局部效率在图示的滚柱传动机构中，已知其局部效率1-20.95，3-4=5-6=7-8=9-10=0.93,求该机构的效率求该机构的效率。解：解：1.分析机构分析机构该机构为混联机构该机构为混联机构串联部分：圆柱齿轮串联部分：圆柱齿轮
12、1、2并联部分：锥齿轮并联部分：锥齿轮3、4；5、6；7、8；9、10。2.分别计算效率分别计算效率（1）串联部分：）串联部分：95.021 （2）并联部分：）并联部分：878P 434P 4P 103 656P10910 P10P 8P 6P 10393.093.093.093.093.01086410864 PPPPPPPP3.总效率总效率10321%35.888835.0 93.095.0 1091087865643410864 PPPPPPPP例例5-1 在图在图5-4所示的机械传动中，设各传动机构的效率分别为所示的机械传动中，设各传动机构的效率分别为,98.021,96.043,94
13、.043 ;42.05,5KWPr.2.0KWPr 并已知输出的功率分别为并已知输出的功率分别为求该机械传动装置的机械效率。求该机械传动装置的机械效率。5 44 3 32P2P dP1P2P3PrP4P 3P rP 21图图5-4解：解：由于由于1、2、3、4 为串联，故：为串联，故：4321 drPPrdPP 2296.098.0/5而机构而机构 1、2、3、4、5 也为串联，故：也为串联，故：rdPP)42.094.098.0/(2.022机构的总效率为：机构的总效率为：drPP ddrrPPPP dddPPP 4321/54321 /KW561.0KW649.5561.0649.52.0
14、5837.05-2 机械的自锁机械的自锁自锁现象自锁现象无论物体上作用的驱动力有多大，在摩擦力的作用下，物体都无论物体上作用的驱动力有多大，在摩擦力的作用下，物体都不会沿着驱动力的方向运动，这种现象称作自锁。不会沿着驱动力的方向运动，这种现象称作自锁。发生自锁的条件发生自锁的条件1.平面移动副的自锁条件平面移动副的自锁条件nFtanmaxnfFF maxfFtFRF将将 F 分解为两个分力分解为两个分力cosFFn sinFFt Ft 使物体具有向右水平滑动趋势使物体具有向右水平滑动趋势接触面给滑块的法向反力：接触面给滑块的法向反力：nnFF 接触面给滑块的摩擦阻力：接触面给滑块的摩擦阻力：f
15、FFnf max全反力全反力FR与法线与法线n-n的夹角为的夹角为，且有：且有：驱动力的作用角，也称传动角驱动力的作用角，也称传动角nFnFmaxfFtFnFRFtanntFF tanmaxnfFFtfFFmaxtantannnFF当极限摩擦力当极限摩擦力Ffmax大于或等于水平大于或等于水平驱动力驱动力 Ft 时，滑块静止不动。即：时，滑块静止不动。即：由于：由于：nnFF 得出：得出：tantan由上述推导可知，平面移动副的自锁条件为：由上述推导可知，平面移动副的自锁条件为：或：或：结论结论：当：当，无论驱动力，无论驱动力 F 如何增大，水平驱动力如何增大，水平驱动力Ft总是小于驱动力总是
16、小于驱动力 F 引起的极限摩擦力引起的极限摩擦力Ffmax，因而不能使滑块，因而不能使滑块运动运动,这就是自锁现象。这就是自锁现象。nFmaxfFnFtF自锁条件：自锁条件：驱动力驱动力F 作用在摩擦角作用在摩擦角之内。之内。RF在在 F 作用下，滑块匀速滑动（或处于临界状态）；作用下，滑块匀速滑动（或处于临界状态）；在在 F 作用下（作用下（F必须足够大），滑块将加速滑动；必须足够大），滑块将加速滑动；小结：小结：（1）移动副自锁条件：移动副自锁条件：（2）在下列三种情况下：在下列三种情况下：如果原来在运动，将减速直至静止不动如果原来在运动，将减速直至静止不动如果原来是静止的，则将仍然保持静
17、止状态如果原来是静止的，则将仍然保持静止状态自锁状态自锁状态（）下滑块的不能动，下滑块的不能动，前者为几何条件所致，后者为力不够大所致。前者为几何条件所致，后者为力不够大所致。F非自锁状态下非自锁状态下（）下滑块的不能动下滑块的不能动易混淆的概念点：易混淆的概念点：22.平面转动副的自锁条件平面转动副的自锁条件当作用在轴颈当作用在轴颈 1 上的力上的力F的作用线的作用线在摩擦圆之内时，形成自锁条件：在摩擦圆之内时，形成自锁条件：无论无论F 怎样增大，都不能驱使轴颈怎样增大，都不能驱使轴颈转动，此即转动副的自锁现象。转动，此即转动副的自锁现象。小结小结:aaa轴颈在轴颈在 F 力作用下，匀角速度
18、顺时针转动；力作用下，匀角速度顺时针转动；a轴颈在轴颈在 F 力作用下（力作用下（F足够大），顺时针加速转动。足够大），顺时针加速转动。如果原来在转动，将减速直至静止不动如果原来在转动，将减速直至静止不动如果原来是静止的，则将仍然保持静止状态如果原来是静止的，则将仍然保持静止状态易混淆的概念点：易混淆的概念点：前者为几何条件所致，后者为力不够大所致。前者为几何条件所致，后者为力不够大所致。1FaFaFa自锁状态自锁状态（）下轴颈的不能转动下轴颈的不能转动非自锁状态下非自锁状态下（）下轴颈的不能转动下轴颈的不能转动还可从下列角度描述自锁现象：还可从下列角度描述自锁现象：（1）从效率的角度描述自锁
19、现象）从效率的角度描述自锁现象dfNN 1自锁也可以认为是摩擦力过大，克服摩擦消耗的功率大于自锁也可以认为是摩擦力过大，克服摩擦消耗的功率大于输入功率，即输入功率，即 NfNd,由效率公式：由效率公式：可知可知,当自锁发生时，当自锁发生时，01 dfNN即：用效率描述自锁的结论为：即：用效率描述自锁的结论为：0（2）从工作阻力的角度描述自锁现象）从工作阻力的角度描述自锁现象0 Q如果希望物体在驱动力下移动（或转动）如果希望物体在驱动力下移动（或转动）只有将阻力只有将阻力Q反方向反方向作用在物体上，否则，无论驱动力多大，物体都不会运动。作用在物体上，否则，无论驱动力多大，物体都不会运动。即：用工
20、作阻力描述自锁的结论为：即：用工作阻力描述自锁的结论为：本章要点提示：本章要点提示：1.效率的一般表达式效率的一般表达式（1）用驱动力（或驱动力矩）表示用驱动力（或驱动力矩）表示理想驱动力理想驱动力实际驱动力实际驱动力=理想驱动力矩理想驱动力矩实际驱动力矩实际驱动力矩MMFF00（2）用阻力（或阻力矩）表示用阻力（或阻力矩）表示00MMGG理想工作阻力理想工作阻力实际工作阻力实际工作阻力=实际工作阻力矩实际工作阻力矩理想工作阻力矩理想工作阻力矩2.三种不同机器组合的效率计算三种不同机器组合的效率计算（1）串联组合机器的效率计算）串联组合机器的效率计算（2）并联组合机器的效率计算）并联组合机器的
21、效率计算（3）混联组合机器的效率计算）混联组合机器的效率计算K21 diriPPKKKPPPPPP 212211drPP 3.自锁自锁（1）移动副的自锁条件）移动副的自锁条件（2）转动副的自锁条件）转动副的自锁条件a（3）用效率描述自锁）用效率描述自锁（4）从工作阻力描述自锁）从工作阻力描述自锁00 Q本章作业：本章作业：5-2，5-5 5-8，5-10。例例 图示滑块在驱动力图示滑块在驱动力 P 作用下沿斜面上滑（此为正行程），作用下沿斜面上滑（此为正行程），当驱动力由当驱动力由 P 减小至减小至 P时，滑块会在自重的作用下又沿斜面时，滑块会在自重的作用下又沿斜面下滑的趋势。问：下滑的趋势。
22、问：1.正行程时，滑块是否会自锁？正行程时，滑块是否会自锁？2.反行程时滑块的自锁条件？反行程时滑块的自锁条件？211221N解：解：1.（1）分析受力如图示分析受力如图示（2）列力平衡方程式列力平衡方程式（3）作力封闭多边形作力封闭多边形QPQ21N021 NQPPbac 90 90 90 90（4）列出驱动力列出驱动力 P 和阻力和阻力Q 的关系式的关系式)sin(P)sin(cos PQ因为因为Q 不会小于等于零，故正行程不会自锁不会小于等于零，故正行程不会自锁Q)90sin(Q2.求反行程时滑块的自锁条件求反行程时滑块的自锁条件211221NQP 当原驱动力由当原驱动力由 P 减小至减
23、小至 P时，时，滑块将滑块将在其重力在其重力 Q 的作用下有沿斜面下滑的的作用下有沿斜面下滑的趋势（注意，此时趋势（注意，此时 P为阻力，为阻力，Q为驱为驱动力）动力）（1）分析受力如图示分析受力如图示（2）列力平衡方程式列力平衡方程式021 NQP（3）作力封闭多边形作力封闭多边形（4）列出驱动力列出驱动力 Q 和阻力和阻力P的关系式的关系式P ac 90 90)sin(Pcos)sin(QPQ21Nb)90sin(Q0sincos)sin(QQ（5）求反行程自锁条件求反行程自锁条件i 按阻力求自锁条件按阻力求自锁条件0cos)sin(QP令：令：0)sin(0)(ii 按效率求自锁条件按效
24、率求自锁条件理想工作阻力理想工作阻力实际工作阻力实际工作阻力实际工作阻力实际工作阻力:0 cos)sin(QP理想工作阻力理想工作阻力cos)sin(0 QP0PP sinQ 0cos)0sin(Q该类问题解题技巧该类问题解题技巧该题难点：该题难点：力多边形角度确定力多边形角度确定cos)sin(QP正行程正行程Q 与与P 的表达式的表达式反行程反行程Q 与与P的表达式的表达式cos)sin(QP（1）正、反行程表达式中，正、反行程表达式中，的符号不同；的符号不同；（2）正、反行程表达式中，正、反行程表达式中，Q、P（P）的意义不同的意义不同结论：结论：在求反行程自锁条件时，只需求出正行程在求
25、反行程自锁条件时，只需求出正行程Q与与 P的表的表 达式，反行程式在此基础将达式，反行程式在此基础将反号；反号；将将P 换成换成P，并将驱动力、阻力角色互换。并将驱动力、阻力角色互换。本章作业：本章作业：5-2，5-5 5-8，5-10。211221N例例1.图示滑块在驱动力图示滑块在驱动力 P 作用下沿斜面上滑（此为正行程），作用下沿斜面上滑（此为正行程），当驱动力由当驱动力由 P 减小至减小至 P时，滑块会在自重的作用下有沿斜面时，滑块会在自重的作用下有沿斜面下滑的趋势。下滑的趋势。问：问：1.正行程时，滑块是否会自锁？正行程时，滑块是否会自锁？2.反行程时滑块的自锁条件？反行程时滑块的自
26、锁条件？P解：解：1.（1）分析受力如图示分析受力如图示（2）列力平衡方程式列力平衡方程式（3）作力封闭多边形作力封闭多边形021 NQP（4）列出驱动力列出驱动力 P 和阻力和阻力Q 的关系式的关系式)sin(P)cos()sin(QPbacPQ21NQ)(90 )(90sin(Q)tan(QPP0 tan)0tan(0QQP （5）求反行程自锁条件求反行程自锁条件由正行程驱动力由正行程驱动力P 与阻力与阻力Q的表达式的表达式)tan(QP可得反行程驱动力可得反行程驱动力Q 与阻力与阻力P 的表达式：的表达式：)tan(QP实际阻力实际阻力理想阻力理想阻力)0tan()tan(QQtan)t
27、an(90令：令：0 故正行程自锁条件为：故正行程自锁条件为：故反行程自锁条件为：故反行程自锁条件为：令：令：0 0)tan(0)()tan(QP)tan(tan0 QQPP)tan(tan 90问：该题自锁条件怎样用阻力表示问：该题自锁条件怎样用阻力表示?4321FG例例2图示为一斜面夹具机构简图。下滑块图示为一斜面夹具机构简图。下滑块2上作用有力上作用有力F，推动，推动滑块滑块3向上运动，夹紧工件向上运动，夹紧工件4，G 为夹紧的工件为夹紧的工件4给滑块给滑块3的的反作用力（假定为已知），设各表面的摩擦系数为反作用力（假定为已知），设各表面的摩擦系数为f。试分析：试分析：1.为产生对工件为
28、产生对工件4 的夹紧力的夹紧力G,在滑块在滑块 2 上需加多大的推力上需加多大的推力F;2.当撤掉当撤掉F 后，工件可能松脱，问：后，工件可能松脱，问：为防止松脱，至少应在滑块为防止松脱，至少应在滑块2 上上 维持多大的力维持多大的力F?3.滑块在滑块在G 作用下的自锁条件。作用下的自锁条件。解：解：1.求夹紧工件所需的推力求夹紧工件所需的推力F;（1）取滑块取滑块3 为研究对象为研究对象在在F的作用下，滑块的作用下，滑块3有向上滑动的趋势有向上滑动的趋势ba 90)2(90 （2）列平衡方程式列平衡方程式02313 RRFFG3113RF21G13RFc23RF（3）作力封闭多边形作力封闭多
29、边形13RF23RF23RF431G2Fa23RF（4）列出力列出力 G 和力和力FR23的关系式的关系式)2(90sin(G 90b23RF)2(90 G13RFcos)2cos(23RFG )2cos(cos23 GFR32RF2132RF)(90 902 F12RF（6）作力封闭多边形作力封闭多边形（5）取滑块取滑块 1 为分离体分析受力为分离体分析受力212RFcd12RF)90sin(23 RFF32RF431Gba23RF2G13RF32RFd 90FF（7）列出驱动力列出驱动力 F 和力和力FR32的关系式的关系式)2sin(Fcos)2sin(32 RFF)2cos(cos23
30、32 GFFRRcos)2sin()2cos(cos GF)2tan(GF)90sin(32 RF2 c2.当撤掉当撤掉F 后，工件可能松脱，问：后，工件可能松脱，问：为防止松脱，至少应在滑块为防止松脱，至少应在滑块2 上上 维持多大的力维持多大的力F?4312FG该问属于反行程问题，此时该问属于反行程问题，此时G 为为驱动力，驱动力，F为阻力为阻力。)2tan(GF由正行程力的表达式：由正行程力的表达式：)2tan(GF得出反行程力的表达式得出反行程力的表达式0tan)2tan(GG理想工作阻力理想工作阻力实际工作阻力实际工作阻力解得反行程自锁条件：解得反行程自锁条件：2 3.滑块在滑块在G
31、 作用下的自锁条件。作用下的自锁条件。BA12例例3.图示为一偏心夹具，图示为一偏心夹具，1为夹具体，为夹具体，2为工件，为工件，3位偏心圆盘。位偏心圆盘。为了夹紧为了夹紧工件，在偏心盘手柄上施加一工件，在偏心盘手柄上施加一F力，当力，当F去掉后，要求该夹具能去掉后，要求该夹具能自锁，求该夹具的自锁条件。自锁，求该夹具的自锁条件。3ABF解：解：分析分析在在F 力撤除后，偏心盘松脱趋势为力撤除后，偏心盘松脱趋势为逆时针转向。逆时针转向。只有当偏心盘在反力作用下产生顺时针只有当偏心盘在反力作用下产生顺时针作用的阻力矩时，机构具有自锁功能作用的阻力矩时，机构具有自锁功能在在F力作用下，工件夹紧，偏
32、心盘力作用下，工件夹紧，偏心盘顺时针转向；顺时针转向；问题：问题：反力如何作用会有阻力矩？反力如何作用会有阻力矩？33反力为：反力为：23RF13RF、13RFMM23RF13RF23RF13RF23RFXX1DBA1SeoE23AB用解析式描述自锁条件用解析式描述自锁条件S自锁条件：力自锁条件：力FR23作用线在摩擦圆内作用线在摩擦圆内用几何条件表示为：用几何条件表示为：1SSoES )sin(esin2/1 DS23RF sin2)sin(1DeSScE30 iXF12例例4.图示为凸轮机构，推杆图示为凸轮机构，推杆1在凸轮在凸轮3推力推力F的的 作用下，沿着导轨作用下，沿着导轨2向上运动
33、，摩擦面的向上运动，摩擦面的 摩擦系数为摩擦系数为f。为了避免发生自锁，试问。为了避免发生自锁，试问 导轨的长度导轨的长度 应满足什么条件。应满足什么条件。l3F解：分析解：分析（1）在力在力 F 的作用下，推杆有逆时针的作用下，推杆有逆时针 偏转的趋势，故在偏转的趋势，故在A、B两点与导两点与导 轨接触，由力平衡条件：轨接触，由力平衡条件：由由FN 引起的摩擦力为：引起的摩擦力为：21NNFF 21ffFF（2）不自锁条件为不自锁条件为：12NfFfFF 0 AiM1NFFLlFN 1lLFFN/1 fFfFNN 21lLFf/2 Lfl 2L2NFAB2fF1fF本章作业：本章作业：5-2
34、，5-5 5-8，5-10。)(2180sin(F例例5.在图示的缓冲器中，若已知各楔块接触面间的摩擦系数在图示的缓冲器中，若已知各楔块接触面间的摩擦系数 f 及及弹簧的压力弹簧的压力FS，试求当楔块，试求当楔块 2、3 被等速推开及等速恢复原位时被等速推开及等速恢复原位时力力F 的大小，该机构的效率以及此缓冲器的大小，该机构的效率以及此缓冲器正、反行程正、反行程均不至发生均不至发生自锁的条件。自锁的条件。F解：解：1.楔块楔块2、3 被推开为正行程被推开为正行程分别取块分别取块1、2 分析受力分析受力F1213 bcFFR31FR21)sin(21 RF)(2180sin()sin(21 F
35、FRFR31FR21)cos(221 FFRaSFSF2112FF 42RF12RF21RFa FFR21bcSFFR12FR42FSd)(90 )(2 )(2sinSF)cos()sin(2)cos(12 SRFF)cos(2 F21RF)(90sin(12 RF联立两式求解：联立两式求解：2112RRFF)sin(212 SRFF)cos(2 F得：得：)tan(FFS令：令：0 SF0)tan(F0)(得正行程自锁条件为：得正行程自锁条件为：得正行程不自锁条件为：得正行程不自锁条件为：正行程效率正行程效率:tan)tan(FF 理想工作阻力理想工作阻力实际工作阻力实际工作阻力tan)ta
36、n(2.楔块楔块2、3 等速恢复原位为反行程，此时等速恢复原位为反行程，此时FS为驱动力，原为驱动力，原 驱动力驱动力 F 降至降至F成为阻力成为阻力。)tan(FFS正行程驱动力与阻力关系表达式：正行程驱动力与阻力关系表达式：反行程驱动力与阻力关系表达式：反行程驱动力与阻力关系表达式：)tan(FFSFS 阻力阻力F 驱动力驱动力F阻力阻力FS 驱动力驱动力反行程自锁条件：反行程自锁条件：SSFF0 90)(90反行程不自锁条件：反行程不自锁条件：900)tan(tan FF正、反行程均不自锁条件：正、反行程均不自锁条件：9011P2例例6.图示焊接用的楔形夹具，图示焊接用的楔形夹具，1、1
37、为焊接工件，为焊接工件，2为夹具体，为夹具体，3为楔块，各接触面间摩擦系数均为为楔块，各接触面间摩擦系数均为f，试确定此夹具的自锁条件，试确定此夹具的自锁条件(即当夹紧后，楔块即当夹紧后，楔块3不会自动松脱出来的条件）。不会自动松脱出来的条件）。解：解：1.夹紧后，作用在楔块上的力夹紧后，作用在楔块上的力 P 消失消失23F31V13F自锁条件：自锁条件：0 yiFcos)cos(1323FF 0 xiF)sin(sin2313 FF（1）（2）32Vcos)cos(1323FF （1）)sin(sin2313 FF（2）联立求解联立求解（1）、）、（2）得反行程自锁条件：得反行程自锁条件：2
38、 例例7.图示楔块机构。已知：图示楔块机构。已知：=60，各摩擦面间的摩擦系数均，各摩擦面间的摩擦系数均为为f=0.15，阻力阻力Q=1000N。试：。试：(1)画出各运动副的总反力；画出各运动副的总反力；(2)写出块写出块1、2 的力矢量方程式；的力矢量方程式；(3)画出力矢量多边形；画出力矢量多边形；(4)用解析法求出驱动力用解析法求出驱动力P之值。之值。QP123 902Q23V21V32F32F 9021V12V12FbQ2 03212 FFQ12F23Vca 901PQP123)902(90 21F21V31VP)90(260 9031F 9003121 FFP 9032F 90Q1
39、2Fcba2)30(PP)902()30()90(31V21VP260 9032F 90Q12Fcba2)30()90()2sin(cos12 QF)90sin()260sin(21 FP1221FF cos)260sin()2sin(cos Q)260sin()260sin(Q )2sin(Q)90sin(12 F5-13 图示为一超越离合器，当星轮图示为一超越离合器，当星轮1沿顺时针方向转动时，滚柱沿顺时针方向转动时，滚柱2将被楔紧在楔形间隙中，从而带动外圈将被楔紧在楔形间隙中，从而带动外圈3也沿顺时针方向转动。设也沿顺时针方向转动。设已知摩擦系数已知摩擦系数f=0.08，R=50mm，h
40、=40mm。为保证机构能正常工。为保证机构能正常工作，试确定滚柱直径作，试确定滚柱直径d的合适范围。的合适范围。提示：在解此题时，要用到上题的结论。提示：在解此题时，要用到上题的结论。515 图示为一提升装置，图示为一提升装置，6为被提升的重物，设各接触面间的为被提升的重物，设各接触面间的摩擦系数为摩擦系数为f（不计铰链中的摩擦），为了能可靠提起重物，（不计铰链中的摩擦），为了能可靠提起重物，试确定连杆试确定连杆2（3、4）杆长的取值范围。）杆长的取值范围。516 图示为直流伺服电动机的特性曲线，图中图示为直流伺服电动机的特性曲线，图中M为输出转矩，为输出转矩，P1为输入功率，为输入功率，P2为输出功率，为输出功率，Ia为电枢电流，为电枢电流，n为转速，为转速，为为效率。由于印刷错误，误将效率。由于印刷错误，误将也印为也印为n了，试判断哪一条曲线了，试判断哪一条曲线才是真正的效率曲线并说明理由。才是真正的效率曲线并说明理由。b123Me
