機(jī)械原理第五章機(jī)械效率及自鎖(第七版)

第五章機(jī)械效率與自鎖機(jī)械的效率機(jī)械的自鎖2023/2/32§5-1機(jī)械的效率機(jī)械效率的含義：反映輸入功在機(jī)械中的有效利用的程度η＝Wr/Wd＝1－ξ＝1－Wf/Wd機(jī)械損失系數(shù)或損失率ξ=Wf/Wd——<12023/2/3§5-1機(jī)械的效率效率的幾種表達(dá)以功表示：η＝Wr/Wd＝1－Wf/Wd以功率表示：η＝Pr/Pd＝1－Pf/Pd以力或力矩表示：4實(shí)際機(jī)械裝置

η理想機(jī)械裝置

η0η=Pr/Pd=GvG

/FvF0η0=GvG

/F0vF=1vGvFFη＝F0/F＝M0/Mη＝G/G0η0=G0vG/FvF

=15

因其上升行程實(shí)際驅(qū)動(dòng)力為F＝Gtan(α＋φ)，理想驅(qū)動(dòng)力為F0＝Gtanα，故例1

斜面機(jī)構(gòu)已知：上升行程F＝Gtan(α＋φ)下降行程F′＝Gtan(α－φ)現(xiàn)求：η及η′解η＝F0/F＝tanα/tan(α＋φ)η＝F0/F＝tanα/tan(α－φ)′′下降行程實(shí)際驅(qū)動(dòng)力為G＝F′/tan(α－φ)，理想驅(qū)動(dòng)力為G0＝F′/tanαη′＝G0/G＝tan(α－φ)/tanα對(duì)嗎？錯(cuò)誤！GαF6例2

螺旋機(jī)構(gòu)已知：擰緊時(shí)

M＝Gd2tan(α＋φv)/2放松時(shí)M′＝Gd2tan(α－φv)/2現(xiàn)求：η及η′解:采用上述類似的方法，可得擰緊時(shí)η＝M0/M

＝tanα/tan(α＋φv)放松時(shí)η′＝G0/G＝tan(α－φv)/tanα

Gαs=npGαFG/2G/22023/2/37機(jī)組的機(jī)械效率計(jì)算

（1）串聯(lián)PrPdη＝P1P2PdP1…PkPk-1＝＝η1η2…ηk

1k2η1η2ηkPdPrP1P2P1P2Pk-1Pk-1Pk=Pr

只要串聯(lián)機(jī)組中任一機(jī)器的效率很低，就會(huì)使整個(gè)機(jī)組的效率極低；且串聯(lián)機(jī)器數(shù)目越多，機(jī)械效率也越低。結(jié)論2023/2/38

要提高并聯(lián)機(jī)組的效率，應(yīng)著重提高傳動(dòng)功率大的路線的效率。η＝∑Pri∑PdiP1η1+P2η2+…+PkηkP1+P2+…+Pk＝

并聯(lián)機(jī)組的總效率與各機(jī)器的效率及其傳動(dòng)的功率的大小有關(guān)，且ηmin<η<ηmax；

機(jī)組的總效率主要取決于傳動(dòng)功率大的機(jī)器的效率。結(jié)論12kη1η2ηkP1η1P2η2PkηkP1P2PkPd（2）并聯(lián)2023/2/39（3）混聯(lián)1）先將輸入功至輸出功的路線弄清楚；2）然后分別計(jì)算出總的輸入功率∑Pd和總的輸出功率∑Pr；3）η＝∑Pr/∑Pd2023/2/310

例設(shè)已知某機(jī)械傳動(dòng)裝置的機(jī)構(gòu)的效率和輸出功率，求該機(jī)械傳動(dòng)裝置的機(jī)械效率。解：=5kW0.980.980.960.960.940.940.42=0.2kW2023/2/311

機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)中影響其效率的主要因素為機(jī)械中的損耗，而損耗主要是由摩擦引起的。

要提高機(jī)械的效率必須采取措施減少摩擦。一般從設(shè)計(jì)、維護(hù)和使用三個(gè)方面來(lái)考慮。提高機(jī)械效率的途徑設(shè)計(jì)方面主要采取以下措施：盡量簡(jiǎn)化機(jī)械系統(tǒng)選擇合適運(yùn)動(dòng)副形式在滿足強(qiáng)度,剛度的條件下,減小構(gòu)件尺寸設(shè)法減小摩擦減小因慣性力引起的動(dòng)載荷

2023/2/312§5-2

機(jī)械的自鎖一、機(jī)械的自鎖現(xiàn)象

機(jī)械中存在著使其運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力和阻礙其運(yùn)動(dòng)的摩擦力。如果由于摩擦力的存在，驅(qū)動(dòng)力無(wú)論多么大，都不能使機(jī)械運(yùn)動(dòng)，稱這種現(xiàn)象為自鎖。

2023/2/313二、討論自鎖現(xiàn)象的意義1）設(shè)計(jì)機(jī)械時(shí)，為了使機(jī)械實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)，必須避免機(jī)械在所需的運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生自鎖；2）一些機(jī)械的工作需要其具有自鎖特性。2023/2/314F移動(dòng)副有效分力=Ft=Fsinβ

=Fntanβ當(dāng)β<φv

時(shí)，有Ft<Ff

結(jié)論移動(dòng)副發(fā)生自鎖的條件為：在移動(dòng)副中，如果作用于滑塊上的合外力作用在其摩擦角之內(nèi)（即β≤φv

），則發(fā)生自鎖。φvFtFn三、自鎖的判斷1.運(yùn)動(dòng)副自鎖摩擦力Ff=fv

Fn=Fntanφv自鎖當(dāng)β=φv

時(shí)，有Ft=Ff臨界自鎖當(dāng)β〉φ

v時(shí)，有Ft〉Ff運(yùn)動(dòng)2023/2/315轉(zhuǎn)動(dòng)副a<ρ，即當(dāng)F作用在摩擦圓之內(nèi)時(shí)，M<Mf

結(jié)論

轉(zhuǎn)動(dòng)副發(fā)生自鎖的條件為：作用在軸頸上的驅(qū)動(dòng)力為單力F，且作用于摩擦圓之內(nèi)，即a≤ρ。FaρFR=F有效力矩M=Fa摩擦力矩Mf=Fρ2023/2/316螺旋副放松時(shí)M′＝Gd2tan(α－φv)/2Gαs=npGαFG/2G/2結(jié)論：螺旋副的自鎖條件是螺旋升角≤當(dāng)量摩擦角，即α≤φvFf2023/2/32.從所能克服的生產(chǎn)阻力≤0的條件來(lái)確定所能克服的生產(chǎn)阻力≤0意味著只有阻抗力反向變?yōu)轵?qū)動(dòng)力后，才能使機(jī)械運(yùn)動(dòng)，此時(shí)機(jī)械已發(fā)生自鎖。GαF下降行程F′＝Gtan(α－φ)2023/2/3183.從效率η≤0的條件來(lái)確定

當(dāng)機(jī)械發(fā)生自鎖時(shí)，無(wú)論驅(qū)動(dòng)力如何增大，其驅(qū)動(dòng)力所作的功Wd總是不足以克服其引起的最大損失功Wf，η＝1－Wf

/Wd≤0

當(dāng)h=0時(shí)，機(jī)械處于臨界自鎖狀態(tài)；當(dāng)h<0時(shí)，其絕對(duì)值越大，表明自鎖越可靠。2023/2/3194.從自鎖的概念或定義的角度來(lái)確定

當(dāng)生產(chǎn)阻力G一定時(shí)，驅(qū)動(dòng)力F任意增大，即F→∞，或驅(qū)動(dòng)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，F(xiàn)t≤Ffmax此時(shí)，機(jī)械將發(fā)生自鎖。2023/2/320例：螺旋千斤頂?shù)淖枣i條件支座1螺桿2托盤3重物4螺母5螺旋副手把6FGG螺旋副自鎖要求M′≤0，即

tan(α－φv)≤0自鎖條件為α≤φvM′＝Gd2tan(α－φv)/2η′＝G/G0

=tan(α－φv)/tanα

η′≤02023/2/3212023/2/3222023/2/3232023/2/3242023/2/3252023/2/3262023/2/327小結(jié)：機(jī)械是否發(fā)生自鎖，與驅(qū)動(dòng)力作用線的位置和方向有關(guān)。在移動(dòng)副中，若驅(qū)動(dòng)力作用在摩擦角之內(nèi)，則會(huì)發(fā)生自鎖；在轉(zhuǎn)動(dòng)副中，若驅(qū)動(dòng)力作用在摩擦圓之內(nèi)，則會(huì)發(fā)生自鎖；若一個(gè)機(jī)械的某個(gè)環(huán)節(jié)（運(yùn)動(dòng)副）發(fā)生自鎖,則該機(jī)械必發(fā)生自鎖。故一個(gè)機(jī)械是否會(huì)發(fā)生自鎖，可以通過(guò)分析組成機(jī)械的各個(gè)環(huán)節(jié)的自鎖情況來(lái)判斷。2023/2/328自鎖時(shí),驅(qū)動(dòng)力（矩）不超過(guò)它產(chǎn)生的摩擦阻力（矩）；自鎖時(shí)機(jī)械的效率小于或等于零。故可借機(jī)械效率的計(jì)算式來(lái)判斷機(jī)械是否自鎖和分析自鎖產(chǎn)生的條件。自鎖時(shí)機(jī)械的所能克服的工作阻力不大于