1、第五章第五章 机械效率与自锁机械效率与自锁机械的效率机械的效率机械的自锁机械的自锁2023-8-2525-1 机械的效率机械的效率 机械效率的含义：机械效率的含义：反映输入功在机械中的有效利用的程度反映输入功在机械中的有效利用的程度Wr/Wd1 1Wf/Wd机械损失系数机械损失系数或或损失率损失率=Wf/Wd12023-8-2535-1 机械的效率机械的效率 效率的几种表达效率的几种表达 以功表示：以功表示：Wr/Wd1Wf/Wd 以功率表示：以功率表示：Pr/Pd1Pf/Pd 以力或力矩表示：以力或力矩表示：实际驱动力矩实际驱动力矩理想驱动力矩理想驱动力矩实际驱动力实际驱动力理想驱动力理想驱
2、动力 理想阻力矩理想阻力矩实际阻力矩实际阻力矩理想生产阻力理想生产阻力实际生产阻力实际生产阻力 2023-8-254G实际机械装置 理想机械装置 0=Pr/Pd=GvG/FvF00=GvG/F0vF=1vGvFFF0/FM0/MG/G02023-8-255 因其上升行程实际驱动力为FGtan()，理想驱动力为F0Gtan，故例1 斜面机构已知：上升行程 F Gtan()下降行程 FGtan()现求：及 解 F0/Ftan/tan()F0 /Ftan/tan()下降行程实际驱动力为GF/tan()，理想驱动力为G0 F/tanG0/G tan()/tan对吗？错误！F2023-8-256例2 螺
3、旋机构已知：拧紧时 M Gd2tan(v)/2放松时 MGd2tan(v)/2现求：及 解:采用上述类似的方法，可得拧紧时 M0/M tan/tan(v)放松时 G0/G tan(v)/tan s=n p2dFG/2G/22023-8-257机组的机械效率计算 （1）串联）串联PrPd P1P2PdP1PkPk-1 12k 1k212kPdPrP1P2P1P2Pk-1Pk-1Pk=Pr 只要串联机组中任一机器的效率很低，就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，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。机械效率也越低。结论2023-8-
4、258 要提高并联机组的效率，应着重提高传动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。功率大的路线的效率。PriPdiP11+P22+PkkP1+P2+Pk 并联机组的总效率与各机器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的效率及其传动的功率的大小有关，且有关，且min max；机组的机组的总效率主要取决于传动功率大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。结论结论12k12kP11P22PkkP1P2PkPd（2）并联）并联2023-8-259（3）混联）混联1）先将输入功至输出功的路线弄清楚；）先将输入功至输出功的路线弄清楚；2）然后分别计算出总的输入功
5、率）然后分别计算出总的输入功率Pd和总的输和总的输出功率出功率Pr；3）Pr/Pd2023-8-2510 例例 设已知某机械传动装置的机构的效率和输出设已知某机械传动装置的机构的效率和输出功率，求该机械传动装置的机械效率。功率，求该机械传动装置的机械效率。解：解：PPPPPPP1243534dPPPPPPPPPP1234534dPPP=5 kW0.980.980.960.960.940.940.42=0.2 kWkwPPr425.596.052432kwPPr539.042094.02.025432?kwPPd21.698.0)539.0425.5(2212837.021.6)2.05(drP
6、P2023-8-2511 机械运转中影响其效率的主要因素为机械中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。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。般从设计、维护和使用三个方面来考虑。提高机械效率的途径提高机械效率的途径设计方面主要采取以下措施：设计方面主要采取以下措施：尽量简化机械系统尽量简化机械系统 选择合适运动副形式选择合适运动副形式 在满足强度在满足强度,刚度的条件下刚度的条件下,减小构件尺寸减小构件尺寸 设法减小摩擦设法减小摩擦 减小因惯性力引起的
7、动载荷减小因惯性力引起的动载荷 2023-8-25125-2 机械的自锁机械的自锁一、机械的自锁现象一、机械的自锁现象 机械机械中存在两种力，使其运动的中存在两种力，使其运动的驱动力驱动力和阻碍和阻碍其运动的其运动的摩擦力摩擦力。如果。如果由于摩擦力的存在，由于摩擦力的存在，驱动力驱动力无论多么大，都不能使机械运动，称这种现象为无论多么大，都不能使机械运动，称这种现象为自自锁锁。2023-8-2513二、二、讨论自锁现象的意讨论自锁现象的意义义1）设计机械时，为了使机械实现预期的运动，必须）设计机械时，为了使机械实现预期的运动，必须避免机械在所需的运动方向发生自锁；避免机械在所需的运动方向发生
8、自锁；2）一些机械的工作需要其具有自锁特性。）一些机械的工作需要其具有自锁特性。2023-8-2514F移动副移动副有效分力有效分力=Ft=Fsin =Fntan当当v 时，有时，有Ft Ff 结论结论 移动副发生自锁的条件为：在移动副中，如移动副发生自锁的条件为：在移动副中，如果作用于滑块上的合外力作用在其摩擦角之内（即果作用于滑块上的合外力作用在其摩擦角之内（即v），则发生自锁。），则发生自锁。nnvFtFn三、自锁的判断三、自锁的判断1.运动副自锁运动副自锁摩擦力摩擦力Ff=fv Fn=Fntanv自锁自锁当当=v 时，有时，有Ft=Ff临界自锁临界自锁当当 v时，有时，有Ft Ff运动
9、运动2023-8-2515转动副转动副a，即当即当F作用在摩擦圆作用在摩擦圆之内时，之内时，M Mf 结论结论 转动副发生自锁的条件为：作用在轴颈上的转动副发生自锁的条件为：作用在轴颈上的驱动力为驱动力为单力单力F，且作用于，且作用于摩擦圆之内摩擦圆之内，即，即 a 。1212FaFR=F有效力矩有效力矩M=Fa摩擦力矩摩擦力矩Mf=F 2023-8-2516螺旋副螺旋副已知：拧紧时 M Gd2tan(v)/2放松时 MGd2tan(v)/2s=n p2dFG/2G/2结论：螺旋副的自锁条件是螺旋升角结论：螺旋副的自锁条件是螺旋升角当量摩擦角，当量摩擦角，即即 v2023-8-25172.从所
10、能克服的生产阻力从所能克服的生产阻力0的条件来确定的条件来确定所能克服的生产阻力所能克服的生产阻力0 意味着只有阻抗力反向变为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。驱动力后，才能使机械运动，此时机械已发生自锁。F下降行程下降行程 FGtan()2023-8-25183.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，其驱动力所作的功动力所作的功Wd总是不足以克服其引起的最大损失总是不足以克服其引起的最大损失功功Wf，1Wf/Wd 0 当当=0时，机械处于临界自锁状态；时，机械处于临界自锁状
11、态；当当 0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。2023-8-25194.从自锁的概念或定义的角度来确定从自锁的概念或定义的角度来确定 当生产阻力当生产阻力G 一定时，驱动力一定时，驱动力F任意增大，即任意增大，即F，或驱动力，或驱动力F的有效分力的有效分力Ft总是小于等于其总是小于等于其本身所能引起的最大摩擦力，本身所能引起的最大摩擦力，Ft Ffmax此时，机械将发生自锁。此时，机械将发生自锁。2023-8-2520例：螺旋千斤顶的自锁条件例：螺旋千斤顶的自锁条件支座1螺杆2托盘3重物4螺母5螺旋副手把6FG G螺旋副自锁要求自锁要求M0，即，即 tan(v
12、)0自锁条件为自锁条件为 vM Gd2tan(v)/2G/G0=tan(v)/tan 02023-8-25212023-8-25222023-8-25232023-8-25242023-8-25252023-8-25262023-8-25272023-8-2528小结：小结：机械是否发生自锁，与机械是否发生自锁，与驱动力作用线的位置驱动力作用线的位置和方向有关和方向有关。在移动副中，若驱动力作用在在移动副中，若驱动力作用在摩擦角之内摩擦角之内，则，则会发生自锁；会发生自锁；在转动副中，若驱动力作用在在转动副中，若驱动力作用在摩擦圆之内摩擦圆之内，则，则会发生自锁；会发生自锁；若一个机械的某个环
13、节（运动副）发生自锁若一个机械的某个环节（运动副）发生自锁,则该机械必发生自锁。故一个机械是否会发则该机械必发生自锁。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。的自锁情况来判断。2023-8-2529 自锁时自锁时,驱动力（矩）不超过它产生的摩擦驱动力（矩）不超过它产生的摩擦阻力（矩）阻力（矩）；自锁时机械的效率小于或等于零。故可借机自锁时机械的效率小于或等于零。故可借机械效率的计算式来判断机械是否自锁和分析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。自锁产生的条件。自锁时机械的所能克服的工作阻力不大于零自锁时机械的所能克服的工作阻力不大于零2023-8-2530自锁的方向性自锁的方向性 机械通常有正反两个行程，它们的机械效率一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般并不相等，反行程的效率小于零的机械称为自锁机械。自锁机械的正行程效率一般都较低机械。自锁机械的正行程效率一般都较低,因而在因而在传递动力时传递动力时,只适用功率小的场合。只适用功率小的场合。螺旋副自锁的条件：螺旋副自锁的条件：螺旋升角螺旋升角v作业：作业：5-6、5-7任选一道 5-8 5-9、5-15任选一道2023-8-2531
