機械的效率和自鎖

機械原理第五章機械的效率和自鎖§5－1機械的效率§5－2機械的自鎖機械的效率機械效率的概念1機械的輸出功(Wr)與輸入功（Wd）之比稱為機械效率η。機械的損耗功（Wf）與輸入功（Wd）之比稱為機械損失系數(shù)或損失率。η=Wr/Wd=1-Wf/Wd=1-ξ在設(shè)計機械時，一方面應(yīng)盡量簡化機械傳動系統(tǒng)，使功率傳遞通過的運動副數(shù)目越少越好；另一方面，應(yīng)設(shè)法減少運動副中的摩擦，如采用滾動摩擦代替滑動軸承，選用適當?shù)臐櫥瑒┘皾櫥b置進行潤滑。機械的效率機械效率的計算1用功的形式表示的效率計算公式：η=Wr/Wd=1-Wf/Wd用功率的形式表示的效率計算公式：η=Pr/Pd=1-Pf/Pd用力或力矩的形式表示的效率計算公式：η=F0/F=M0/MFvFvQFQ機械F0η=Pr/Pd=FQvQ/FvFη0=FQvQ/F0vF=1機械的效率機械效率的計算1計算螺旋副的效率：擰緊：

理想機械：M0＝d2Qtg(α

)/2

η＝M0/

M＝tg(α)/tg(α＋φv)機械的效率機械效率的計算1計算螺旋副的效率：擰松時，驅(qū)動力為Q，M’為阻力矩，則有：實際驅(qū)動力：

Q=2M’/d2tg(α-φv

)理想驅(qū)動力：

Q0=2M’/d2tg(α)∴η’＝Q0/Q＝tg(α-φv

)/tg(α

)表5-2簡單傳動機械和運動副的效率名稱傳動形式效率值備注圓柱齒輪傳動6~7級精度齒輪傳動0.98~0.99

良好跑合、稀油潤滑

8級精度齒輪傳動0.97

稀油潤滑

9級精度齒輪傳動0.96

稀油潤滑

切制齒、開式齒輪傳動0.94~0.96

干油潤滑

鑄造齒、開式齒輪傳動0.9~0.93圓錐齒輪傳動6~7級精度齒輪傳動0.97~0.98

良好跑合、稀油潤滑

8級精度齒輪傳動0.94~0.97

稀油潤滑

切制齒、開式齒輪傳動0.92~0.95

干油潤滑

鑄造齒、開式齒輪傳動0.88~0.92蝸桿傳動自鎖蝸桿0.40~0.45單頭蝸桿0.70~0.75雙頭蝸桿0.75~0.82

潤滑良好

三頭、四頭蝸桿0.80~0.92圓弧面蝸桿0.85~0.95續(xù)表5-2簡單傳動機械和運動副的效率名稱傳動形式效率值備注帶傳動平型帶傳動0.90~0.98滑動軸承球軸承0.99

稀油潤滑滾子軸承0.98

稀油潤滑

滑動螺旋0.30~0.80滾動螺旋0.85~0.95V型帶傳動0.94~0.96套筒滾子鏈0.96無聲鏈0.97鏈傳動平摩擦輪傳動0.85~0.92摩擦輪傳動潤滑良好槽摩擦輪傳動0.88~0.900.94

潤滑不良0.97

潤滑正常0.99

液體潤滑滾動軸承螺旋傳動機械的效率機械效率的計算1復(fù)雜機組的效率：串聯(lián)：在功率傳遞過程中，前一機器的輸出功率即為后一機器的輸入功率。η1=P1/Pd，η2=P2/P1，···，ηk=Pk/Pk-1連乘起來，得串聯(lián)機組的總效率：η1·

η2

···ηk=P1/Pd·P2/P1···Pk/Pk-1=Pk/Pd=η1Pd2P1kPk-1P2Pk···機械的效率機械效率的計算1復(fù)雜機組的效率：并聯(lián)：總輸入功率等于各臺機器輸入功率之和Pd=P1+P2+···+Pk總輸出功率等于各臺機器輸出功率之和Pr

=

P1`+P2`+···+Pk`=P1η1+P2η2+···+Pkηk1Pd2P1kP2Pk···P1P2Pk```機械的效率機械效率的計算1復(fù)雜機組的效率：并聯(lián)：總效率為η=Pr/Pd=（P1η1+P2η2+···+Pkηk

）/（P1+P2+···+Pk）1Pd2P1kP2Pk···P1P2Pk```機械的效率機械的效率1復(fù)雜機組的效率：并聯(lián)：總效率為η=Pr/Pd=（P1η1+P2η2+···+Pkηk

）/（P1+P2+···+Pk）1Pd2P1kP2Pk···P1P2Pk```機械的自鎖機械的自鎖212法向分力：

Pn=Pcosβ

水平分力：Pt=Psinβ正壓力：

N21=Pn

最大摩擦力：Fmax=fN21分析平面移動副在驅(qū)動力P作用的運動情況：

PtN21PnPβ

=

Pn

tgβ

=Pntgφ機械的自鎖機械的自鎖2摩擦錐無論P多大，滑塊在P的作用下不可能運動－發(fā)生自鎖。當驅(qū)動力的作用線落在摩擦錐內(nèi)時，則機械發(fā)生自鎖。12當β≤φ時,恒有：分析平面移動副在驅(qū)動力P作用的運動情況：

PtN21PnPβ

Pt≤FmaxφF21R21機械的自鎖機械的自鎖2設(shè)計新機械時，應(yīng)避免在運動方向出現(xiàn)自鎖，而有些機械要利用自鎖進行工作(如千斤頂?shù)?。自鎖的工程意義：12對僅受單力P作用的回轉(zhuǎn)運動副最大摩擦力矩為：

Mf=Rρ當力P的作用線穿過摩擦圓(a<ρ)時，發(fā)生自鎖。aPR＝Pρ

M=P·a產(chǎn)生的力矩為：機械的自鎖2ODAB123應(yīng)用實例：圖示鉆夾具在P力加緊，去掉P后要求不能松開，即反行程具有自鎖性，由此可求出夾具各參數(shù)的幾何條件為：在直角△ABC中有：在直角△OEA中有：該夾具反行程具有自鎖條件為：s-s1≤ρ

esin(δ－φ)－(Dsinφ)/2≤ρ

s=OE

s1=ACss1ePφδR23EC若總反力R23穿過摩擦圓--發(fā)生自鎖=(Dsinφ)/2

=esin(δ－φ)

φACBEOδ-φ機械的自鎖2ODAB123應(yīng)用實例：圖示鉆夾具在P力加緊，去掉P后要求不能松開，即反行程具有自鎖性，由此可求出夾具各參數(shù)的幾何條件為：在直角△ABC中有：s-s1≤ρ

s1=ACss1PφR23C若總反力R23穿過摩擦圓--發(fā)生自鎖=(Dsinφ)/2

φACB機械的自鎖2ODAB123在直角△OEA中有：該夾具反行程具有自鎖條件為：

esin(δ－φ)－(Dsinφ)/2≤ρ

s=OEss1ePφδR23EC=esin(δ－φ)

φACBEOδ-φ機械的自鎖2應(yīng)用實例：圖示鉆夾具在P力加緊，去掉P后要求不能松開，即反行程具有自鎖性，

當機械出現(xiàn)自鎖時，無論驅(qū)動力多大，都不能運動，從能量的觀點來看，就是驅(qū)動力所做的功永遠≤由其引起的摩擦力所做的功。即：設(shè)計機械時，上式可用于判斷是否自鎖及出現(xiàn)自鎖條件。η≤0機械的自鎖2說明：η≤0時，機械已不能動，外力根本不做功，η已失去一般效率的意義。僅表明機械自鎖的程度。且η越小表明自鎖越可靠。

上式意味著只有當生產(chǎn)阻力反向而成為驅(qū)動力之后，才能使機械運動。上式可用于判斷是否自鎖及出現(xiàn)自鎖條件。

η＝Q0/

Q≤0＝>Q≤0

機械的自鎖2舉例：(1)螺旋千斤頂,螺旋副反行程(擰松)的機械效率為：≤0得自鎖條件：tg(α-φv

)≤0，η’＝tg(α-φv

)/tg(α)α≤φvφv=8.7°f=0.15機械的自鎖2(2)斜面壓榨機力多邊形中，根據(jù)正弦定律得：提問：如P力反向，該機械發(fā)生自鎖嗎？Pα132R32R13QR12Q=R23cos(α-2φ)/cosφQR13R23PR12R3290°+φ90°-α+2φα-φ90°-(α-φ)α-2φ90°-φv32R23R13+

R23+

Q=0大?。?？？√方向：√√√R32+

R12+

P=0大?。骸?/p>

？？方向：√√√

P=