第十一章 機器機械效率

第十章平面機構(gòu)的平衡1平衡的目的和分類消除附加動壓力、減小振動，改善工作性能和延長壽命(機構(gòu)平衡的目的)。1)回轉(zhuǎn)件的平衡2)機架上的平衡剛性回轉(zhuǎn)件:可通過重新調(diào)整回轉(zhuǎn)件上質(zhì)量的分布,使其質(zhì)心位于旋轉(zhuǎn)軸線的方法來實現(xiàn).一、質(zhì)量分布在同一回轉(zhuǎn)面內(nèi)應在同一平面內(nèi)加一質(zhì)量,使其相應的離心力與原有質(zhì)量所產(chǎn)生的離心力的合力等于零,達到平衡狀態(tài).二、質(zhì)量分布不在同一回轉(zhuǎn)內(nèi)在所選兩個回轉(zhuǎn)面內(nèi)各加適當?shù)钠胶赓|(zhì)量。動平衡：離心力系和合力和合力偶矩都等于零。條件:分布于該回轉(zhuǎn)件上各個質(zhì)量的離心力的合力等于零,同時離心力所引起的力偶的合力偶矩也等于零.對于軸向?qū)挾容^大的回轉(zhuǎn)件,質(zhì)量的分布不能近似地認為位于同一回轉(zhuǎn)面內(nèi),應看作分布于沿軸向相互平行的回轉(zhuǎn)面內(nèi),產(chǎn)生的慣性力不再是一個平面匯交力系,空間力系.其不平衡可以認為是在兩個任選回轉(zhuǎn)面內(nèi)各有一個不平衡質(zhì)量所產(chǎn)生；要達到完全平衡，必須在所選兩個回轉(zhuǎn)面內(nèi)各加適當?shù)钠胶赓|(zhì)量2剛性回轉(zhuǎn)件的平衡試驗法一、靜平衡試驗法導軌式靜平衡架利用靜平衡架找出回轉(zhuǎn)件不平衡質(zhì)徑積的大小和方向，并由此確定平衡質(zhì)量的大小和位置，從而使其質(zhì)心移到回轉(zhuǎn)軸線上以達到靜平衡的方法。(1)將兩導軌調(diào)整為水平(2)將回轉(zhuǎn)件的軸放在導軌上,讓自由滾動,若有偏心質(zhì)量存在,停止運動時,質(zhì)心在軸心的最下方(偏移方向確定)(3)用橡皮泥在質(zhì)心的相反方向加一適當?shù)钠胶赓|(zhì)量,逐步調(diào)整大小和徑向位置(4)當回轉(zhuǎn)件在任意位置都保持靜止不動時,所加平衡質(zhì)量與回轉(zhuǎn)半徑的乘積即為回轉(zhuǎn)件達到平衡時所需加的質(zhì)徑積的大小.圓盤式靜平衡架兩圓盤組成的支撐一端支撐高度是可調(diào)的,滿足兩端軸徑不等的回轉(zhuǎn)件的平衡,安裝調(diào)整較簡單,摩擦阻力較大,平衡精度不高.二、動平衡試驗法軸向?qū)挾容^大的回轉(zhuǎn)件,必須分別在任意兩個回轉(zhuǎn)平面內(nèi)各加一個適當?shù)馁|(zhì)量,才能使回轉(zhuǎn)件達到平衡.將回轉(zhuǎn)件裝在動平衡實驗機上運轉(zhuǎn)，然后在兩個選定的平面內(nèi)確定所需平衡質(zhì)徑積的大小和方位，從而使回轉(zhuǎn)件達到動平衡的方法。第十一章機器的機械效率研究內(nèi)容:機器在驅(qū)動力、生產(chǎn)阻力和有害阻力作用下所做的功和這些功與機器運動的關(guān)系,以及衡量機器對能量的有效利用程度的方法.§11-1機器的運動和功能關(guān)系機械能量守恒得機器動能方程式機器運動的全周期：開始－－停止運動所經(jīng)歷的時間間隔，機器主軸從開始運動到停止運動所經(jīng)的時間間隔驅(qū)動力、有效阻力、有害阻力、重力所做的功（輸入功、輸出功，損失功）輸出功：規(guī)定機器在工作時要克服的作用在輸出件上的阻力的功，不論力的性質(zhì)如何。(1)起動時期主軸的轉(zhuǎn)速由零增大到正常工作速度E>E0，時期較短，開車時期(2)穩(wěn)定運動時期(主軸速度穩(wěn)定,是真正工作階段)(a)變速穩(wěn)定運動主軸速度在和它正常工作速度相對應的平均值的上下作周期性的反復變動。E＝E0圖11-1機器運動的全周期運動循環(huán)(運動周期):當機器主軸的位置速度和加速度從某一原始值變回到該原始值時,此變化過程(3)停車時期機器主軸的速度由正常工作速度減小到零。E<E0(b)勻速穩(wěn)定運動主軸速度為常數(shù)。任一時間間隔，輸入功=輸出功+損失功通常此時不加驅(qū)動力,并且為了縮短停車時間,采用制動機構(gòu)來增加阻力,加快停車.§11-2機器的機械效率和自鎖一、機器的機械效率機器運轉(zhuǎn)時，一部分驅(qū)動力所做的功消耗在克服一些有害阻力而變?yōu)閾p失功。在變速運動的一個運動循環(huán)中，或勻速穩(wěn)定運動的任一時間間隔內(nèi)機器的機械效率，損失效率作變速穩(wěn)定運動的機器的效率是建立在一個運動循環(huán)之上的，因在一個循環(huán)中的任一個微小區(qū)間內(nèi)，機器動能的增量和重力所做的功并不等于零，輸入功的一部分還要用來增加機器的動能和克服重力所做的功，此時輸出功與輸入功的比值并不是機器的真正效率—瞬時效率。循環(huán)效率：整個運動循環(huán)內(nèi)輸出功與輸入功的比值。作勻速穩(wěn)定運動的機器，動能在整個穩(wěn)定運動時期內(nèi)保持不變，動能的增量和重力的功=0，機器的效率就是任一瞬時效率。功率計算：以驅(qū)動力和有效阻力的功率做變速穩(wěn)定運動的機器效率是一個運動循環(huán)內(nèi)輸出功率與輸出功率的平均值之比。做勻速穩(wěn)定運動，則任一時刻輸出功率與輸入功率的比值=機器的機械效率。若在無有害力，則勻速運動的起重裝置示意圖效率以力或力矩的形式表達效率為在克服同樣生產(chǎn)阻力Q的情況下,理想驅(qū)動力F0與實際驅(qū)動力F的比值.2機械系統(tǒng)的機械效率機械效率指的是一臺機器的效率.對于由許多機構(gòu)或機器組成的機械系統(tǒng)的機械效率的計算,可利用已知的基本效率數(shù)據(jù)來進行全系統(tǒng)的效率計算.機器聯(lián)結(jié)組合的方式有串聯(lián),并聯(lián),混聯(lián)三種,機械效率也有三種不同的計算方法.(1)串聯(lián)串聯(lián)的總效率為組成該系統(tǒng)的各個機器的效率的連乘積.必小于任一局部效率，組成機器的數(shù)目越多，總效率將愈小。K個機器相互串聯(lián)(2)并聯(lián)圖由K個相互并聯(lián)的機器效率不僅與各機器的效率有關(guān),還與總輸入功如何分配到各機器的分配方法有關(guān).例題:在圖a所示的減速箱中,已知每一對齒輪的效率分別為0.95和0.92,求其總效率.1234567891011121314WdWr1Wr2(3)混聯(lián)由串聯(lián)和混聯(lián)組合而成，總效率的求法因組合的方法不同而異，能量傳遞路線如圖所示各對齒輪機構(gòu)的連接屬于混合連接wd1wd2WdWr1Wr2例題2:在平面滑塊機構(gòu)中,若已知驅(qū)動力F和有效阻力Q的作用方向和作用點A,B(設此時滑塊不會發(fā)生傾斜)以及滑塊1的運動方向如圖示.運動副中的摩擦系數(shù)f和力Q的大小均已確定,試求此機構(gòu)所組成的機器的效率.FQv12AB根據(jù)運動副中摩擦”構(gòu)件A受構(gòu)件B總反作用力RBA的方向恒與其相對運動方向成一鈍角”FQRBAMR通過力F和力Q作用線的交點M,由平衡條件得:FRQFQRBAQFR(2)作力多邊形如圖,確定各邊夾角后,按三角形關(guān)系得理想驅(qū)動力返回二、機器的自鎖自鎖:無論驅(qū)動力多大,機械都無法運轉(zhuǎn)的現(xiàn)象驅(qū)動力作用在摩擦角之內(nèi),不論驅(qū)動力F如何增大,有效分力總小于因它而產(chǎn)生的摩擦力,A不能運動,自鎖現(xiàn)象Fn圖1圖2轉(zhuǎn)動副當Q‘作用力在摩擦圓之內(nèi)時,由驅(qū)動力矩總小于由它產(chǎn)生的摩擦阻力矩,無論Q如何增大,都不能使軸轉(zhuǎn)動,出現(xiàn)自鎖現(xiàn)象.這是從力的觀點研究機構(gòu)的自鎖問題,再從效率的觀點來研究機器的自鎖問題.1機器的正行程和反行程正行程:驅(qū)動力作用在原動件上,使運動自原動件向從動件傳遞時,稱為正行程.反行程:當正行程的生產(chǎn)阻力作為驅(qū)動力作用到原來的從動件上,使運動自正行程時的從動件向原動件傳遞時.正反行程的原動件和從動件正好對調(diào)，對于由兩個構(gòu)件組成的機器，原動件和從動件是一個構(gòu)件，該構(gòu)件向某一指定方向運動時為正行程，向相反方向運動時為反行程。2.機器的自鎖條件Wd=Wf,h=0

若機器原來就在運動,它仍能運動,此時Wr=0,機器不做任何有用的功,空轉(zhuǎn).若機器原來不動,不論驅(qū)動力多大,它能夠完成的功總是剛夠克服相應的有害阻力所需的功,沒有多余的功可變成機器的動能,機器不能轉(zhuǎn)動,發(fā)生自鎖.機器發(fā)生自鎖的條件:h0機械正行程和反行程的效率一般不相等,在設計機械時,應使其正行程的機械效率大于零,而反行程的效率根據(jù)使用場合也可以大于零,也可以小于零,在計算機器的正反行程的效率時,可能遇到下類兩種情景:正反行程時機器都能運動正反行程時機器能運動,反行程時機器發(fā)生自鎖,凡使機器反行程自鎖的機構(gòu)稱為自鎖機構(gòu).例3在如圖所示的裝置中，鼓輪的直徑為d1和d2，滑輪的d3=(d1+d2)/2,鼓輪軸承和滑輪軸承的摩擦圓半徑為，設不考慮B的摩擦力，求該裝置的效率，其中Q為載荷力，M為作用在鼓輪軸的驅(qū)動力。QRd1d3d2M順時針o1o2K結(jié)束§11-3瞬時效率計算及自鎖分析示例一、斜面?zhèn)鲃?.滑塊上升2.滑塊下降自鎖正行程反行程二、螺旋和蝸桿傳動1.螺旋傳動(1)方螺紋上升下降(2)三角螺紋2.蝸桿傳動與三角形螺紋相同三、行星輪系傳動原動件為齒輪1，功率傳至行星架H2)原動件為行星架H，功率傳至齒輪1正號機構(gòu)：負號機構(gòu)：四、凸輪機構(gòu)由力平衡和力矩平衡關(guān)系求出反力求出凸輪的作用力矩由效率計算公式自鎖條件例題2:在平面滑塊機構(gòu)中,若已知驅(qū)動力F和有效阻力Q的作用方向和作用點A,B(設此時滑塊不會發(fā)生傾斜)以及滑塊1的運動方向如圖示.運