機械原理課件13 (2)

1、第五章第五章 機械的效率及自鎖機械的效率及自鎖5-1 機械的效率機械的效率5-2 機械的自鎖機械的自鎖 因摩擦損失是不可避免的，故必有 0和 1。 機械的損失功(Wf)與輸入功(Wd)的比值，5-1 機械的效率機械的效率1.機械效率的概念及意義（1）機械效率 機械的輸出功(Wr)與輸入功(Wd)的比值，以表示。機械損失系數或損失率以 表示。Wr/Wd1 1Wf/Wd（2）機械效率的意義 它是機械中的一個主要性能指標。機械效率反映了輸入功在機械中的有效利用的程度。降耗節(jié)能是國民經濟可持續(xù)發(fā)展的重要任務之一。2.機械效率的確定（1）機械效率的計算確定1）以功表示的計算公式Wr/Wd1Wf/Wd2）

2、以功率表示的計算公式Pr/Pd1Pf/Pd3）以力或力矩表示的計算公式F0/FM0/M即 理想驅動力實際驅動力理想驅動力矩實際驅動力矩G實際機械裝置 理論機械裝置 0 = Pr /Pd=GvG /FvF00 = GvG /F0vF =1vGvFF機械的效率機械的效率(2/10) 因其正行程實際驅動力為FGtan()，理想驅動力為F0Gtan，故例5-1 斜面機構已知：正行程 F Gtan()反行程 FGtan()現求： 及 解 F0/Ftan/ tan() F0 /Ftan/ tan() 因其反行程實際驅動力為GF/tan()，理想驅動力為G0 F/tan，故G0/G tan()/ tan機械

3、的效率機械的效率(3/10)對嗎？錯誤！例5-2 螺旋機構已知：擰緊時 M Gd2tan(v)/2放松時 MGd2tan(v)/2現求：及 解 采用上述類似的方法，可得擰緊時 M0/M tan/ tan(v)放松時 G0/G tan(v)/ tan 機械的效率機械的效率(4/10)（2）機械效率的實驗測定機械效率的確定除了用計算法外，更常用實驗法來測定，許多機械尤其是動力機械在制成后，往往都需做效率實驗?，F以蝸桿傳動效率實驗測定為例加以說明。1）實驗裝置GF2RQ定子平衡桿電機轉子電機定子磅秤千分表彈性梁砝碼傳送帶蝸桿制動輪蝸輪聯軸器機械的效率機械的效率(5/10) 據此，可通過計算確定出整個

4、機械的效率。 同時，根據彈性梁上的千分表讀數（即代表Q力）來確定制動輪上的圓周力FtQG，從而確定出從動軸上的力矩M從，M從FtR(QG)R該蝸桿的傳動機構的效率公式為 P從/P主從M從/(主M主)M從/(iM主)式中 i為蝸桿傳動的傳動比。 對于正在設計和制造的機械，雖然不能直接用實驗法測定其機械效率， 但是由于各種機械都不過是由一些常用機構組合而成的，而這些常用機構的效率又是可通過實驗積累的資料來預先估定的（如表5-1 簡單傳動機構和運動副的效率）。2）實驗方法 實驗時，可借助于磅秤測定出定子平衡桿的壓力F來確定出主動軸上的力矩M主， 即 M主Fl。機械的效率機械的效率(6/10)3. 機

5、組的機械效率計算機組 由若干個機器組成的機械系統(tǒng)。 當已知機組各臺機器的機械效率時，則該機械的總效率可由計算求得。（1）串聯 串聯機組功率傳動的特點是前一機器的輸出功率即為后一機器的輸入功率。串聯機組的總機械效率為PrPd P1P2PdP1PkPk-1 12k 即串聯機組總效率等于組成該機組的各個機器效率的連乘積。1k212kPdPrP1P2P1P2Pk-1Pk-1Pk=Pr機械的效率機械的效率(7/10) 只要串聯機組中任一機器的效率很低，就會使整個機組的效率極低；且串聯機器數目越多，機械效率也越低。 要提高并聯機組的效率，應著重提高傳動功率大的路線的效率。結論（2）并聯 并聯機組的特點是機

6、組的輸入功率為各機器的輸入功率之和，而輸出功率為各機器的輸出功率之和。 PriPdiP11+P22+PkkP1+P2+Pk 即并聯機組的總效率與各機器的效率及其傳動的功率的大小有關，且min max； 機組的總效率主要取決于傳動功率大的機器的效率。結論12k12kP11P22PkkP1P2PkPd機械的效率機械的效率(8/10)（3）混聯混聯機組的機械效率計算步驟為1）將輸入功至輸出功的路線弄清楚；2）分別計算出總的輸入功率Pd和總的輸出功率Pr；3）按下式計算其總機械效率。 Pr /Pd機械的效率機械的效率(9/10) 例5-3 已知某機械傳動裝置機構的效率和輸出功率，求該機械傳動裝置的機械

7、效率。解 機構1、2、3 及4串聯的部分PdPr /(123 4 ) 5 kW/(0.9820.962)5.649 kW機構1、2、3 、4及5串聯的部分0.2 kW/(0.9820.9420.42)0.561 kW故該機械的總效率為 Pr /Pd(5+0.2) kW/(5.649+0.561) kW =0.837Pd Pr /(123 4 5 ) PPPPPPP1243534dPPPPPPPPPP1234534dPPP=5 kW0.980.980.960.960.940.940.42=0.2 kW機械的效率機械的效率(10/10)1. 機械的自鎖5-2 機械的自鎖機械的自鎖（1） 自鎖現象某

8、些機械，就其機械而言是能夠運動的，但由于摩擦的存在，卻會出現無論驅動力如何增大，也無法使機械運動的現象。（2）自鎖意義 設計機械時，為使機械能實現預期的運動，必須避免機械在所需的運動方向發(fā)生自鎖；有些機械的工作需要具有自鎖的特性，（3）自鎖條件機械發(fā)生自鎖實質上是機械中的運動副發(fā)生了自鎖。如手搖螺旋千斤頂。F例5-4 移動副摩擦角為。則Ft = Fsin = FntanFfmax= Fntan當 時，有Ft Ffmax 即當 時，無論驅動力F如何增大，其有效分力 Ft 總小于驅動力 F 本身所引起的最大摩擦力Ffmax，因而總不能推動滑塊運動，即為自鎖現象。 結論 移動副發(fā)生自鎖的條件為：在移

9、動副中，如果作用于滑塊上的驅動力作用在其摩擦角之內（即 ），則發(fā)生自鎖。設驅動力為F，傳動角為，nnFtFnFRFfmax機械的自鎖機械的自鎖(2/7)例5-5 轉動副設驅動力為F， 力臂長為a, 當F作用在摩擦圓之內時（即a ），則M = aF Mf =FR = F 即F 任意增大（a不變），也不能使軸頸轉動， 即發(fā)生了自鎖現象。 結論 作用在軸頸上的驅動力為單力F，且作用于摩擦角之內，即 a 。摩擦圓半徑為，1212FaFR=FFR=F機械的自鎖機械的自鎖(3/7) 故其自鎖條件為v 。2. 機械自鎖條件的確定(1) 從運動副發(fā)生自鎖的條件來確定原因 機械的自鎖實質就是其中的運動副發(fā)生了自

10、鎖。例5-6 手搖螺旋千斤頂當v時， 其螺旋副發(fā)生自鎖，則此機械也必將發(fā)生自鎖，(2) 從生產阻力G0的條件來確定 當機械發(fā)生自鎖時，無論驅動力如何增大，機械不能運動，這時能克服的生產阻力G0。支座1螺桿2托盤3重物4螺母5螺旋副手把6FG G螺旋副機械的自鎖機械的自鎖(4/7)例5-7 手搖螺旋千斤頂自鎖要求M0，即 tan(v) 0故此千斤頂自鎖條件為 v 。 G0 意味著只有阻抗力反向變?yōu)轵寗恿?，才能使機械運動，此時機械已發(fā)生自鎖。支座1螺桿2托盤3重物4螺母5螺旋副手把6FG GM反行程： 驅動力為G，阻抗力矩為M ，機構的自鎖機構的自鎖(5/7)M Gd2tan(v)/2則（3）從效率 0的條件來確定 當機械發(fā)生自鎖時，無論驅動力如何增大，其驅動力所作的功Wd總是不足以克服其引起的最大損失功Wf， 1Wf /Wd 0 故 例5-8 手搖螺旋千斤頂其反行程的效率為 G0/G = tan(v) /tan令0，則得此自鎖條件為 v 。（4）從自鎖的概念或定義的角度來確定 當生產阻力G 一定時，驅動力F任意增大，即F，或驅動力F的有效分力Ft總是小于等于其本身所能引起的最大摩擦力， 即Ft Ffmax此時，機械將發(fā)生自鎖。機構的自