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1、1,第五章 机械的效率和自锁,51 机械的效率,52 机械的自锁,内容提要,2,本章内容：,1.基本要求,理解机械效率的概念，掌握机械效率的各 种表达形式和计算方法。,理解机械自锁的概念，以及求简单机械自锁 的几何条件。,2.重点难点,机械效率的计算，机械自锁条件的确定。,主目录,3,一、机械运转时的功能关系,51 机械的效率,1.动能方程,机械运转时，所有作用在机械上的力都要做功，由能量守恒定律知：所有外力之功等于动能增量,2.机械的运转（过程）,WdWrWf=E00,输入功大于有效功与损失功之和。,WdWrWf=EE0,a)启动阶段 速度0,动能0E,4,b)稳定运转阶段,在一个循环内有：
2、WdWrWf=EE00,匀速稳定阶段 常数，任意时刻都有：,变速稳定阶段 在m上下 周期波动,(t)=(t+Tp),E=0,Wd=Wr+Wf,WdWrWf=EE00,Wd=WrWf,c)停车阶段 0,WdWrWf=EE00,输入功小于有效功与损失功之和。,输入功总是等于有效功与损失功之和。,5,二、机械的效率(mechanical effeciency),机械在稳定运转阶段恒有:,比值Wr/Wd反映了驱动功的有效利用程度，称为机械效率。,1.Wr/Wd,2.用功率表示：Pr/Pd,分析：总是小于 1，当Wf 增加时将导致下降。,设计机械时，尽量减少摩擦损失，措施有：,Wd=Wr+Wf(5-1)
3、,b)考虑润滑,c)合理选材,1Wf/Wd(5-2),(WdWf)/Wd,(PdPf)/Pd,1Pf/Pd(5-2),a)用滚动代替滑动,6,F0,3.用力的比值表示：,G vG/F vF(a),Pr/Pd,对理想机械，有理想驱动力F0,0Pr/Pd=G vG/F0 vF,代入得:F0 vF/F vFF0/F(c),4.用力矩来表示有：M0/Md(d),1(b),同理：当驱动力F一定时，理想工作阻力G0为：G0 vG/F vF1,得：G vG/G0 vGG/G0,用力矩来表示有：M G/MG0,7,重要结论：,例如：计算螺旋副的效率：,拧紧：,理想机械：M0d2 G tg()/2,M0/M,拧
4、松时，驱动力为G，M为阻力矩，则有：,实际驱动力：G=2M/d2 tg(-v),理想驱动力：G0=2M/d2 tg(),G0/G,以上为计算方法，工程上更多地是用实验法测定，表52列出由实验所得简单传动机构和运动副的机械效率。,tg()/tg(v)（5-7）,tg(-v)/tg()（5-8）,8,9,10,11,12,5.复杂机械的机械效率计算方法,1)串联：特点是前一机器的输出功率是后一机器的输入功率,2)并联 特点是机组的输入功率为各机器输入功率之和，而输出功率为各机器输出功率之和。,总效率不仅与各机器的效率i有关，而且与传递的功率Ni有关。,设各机器中效率最高最低者分别为max和min
5、则有：,min,max 主要取决于传递功率最大的机器的效率,13,3)混联,先分别计算，合成后按串联或并联计算。,并联计算,串联计算,串联计算,14,自锁的定义：,无论驱动力多么大，都不能超过由它所产生的摩擦阻力，也无法使机械运动的现象称为机械的自锁。,0,当=0时，机械处于临界自锁状态；当 0时，其绝对值越大，表明自锁越可靠。,52 机械的自锁,工程意义：设计新机械时，应避免在运动方向出现自锁，而有些机械要利用自锁进行工作(如千斤顶等)。,15,无论F多大，滑块在F的作用下不可能运动,发生自锁。,当驱动力作用在摩擦角内（即）则机械发生自锁。,法向分力：Fn=Fcos,水平分力：Ft=Fsin
6、,正压力：FN21=Fn,最大摩擦力：Ffmax=f FN21,当时,恒有：,分析平面移动副在驱动力F作用的运动情况：,Ft Ffmax,=Fn tg,=Fntg,一、含移动副的机械,16,当回转运动副仅受单力F作用时：,最大摩擦力矩为：Mf=FR,结论：当力F的作用线穿过摩擦圆(a)时，发生自锁。（a为驱动力臂长）,F,M=F a,产生的力矩为：,二、含转动副的机械,17,当机械出现自锁时，无论驱动力多大，都不能运动，从能量的观点来看，就是:,-由此判断是否自锁及出现自锁条件。,说明：0时，机械已不能动，外力根本不做功，已失去一般效率的意义。仅表明机械自锁的程度。且越小表明自锁越可靠。,上式
7、意味着只有当生产阻力反向而变成驱动力之后，才能使机械运动。上式可用于判断是否自锁及出现自锁条件。,即：0,G/G0 0,G0,驱动力做的功永远由其引起的摩擦力所做的功,三、分析（是否）自锁的方法,1.从效率观点判断,2.从生产阻力方面判断,18,根据不同的场合，应用不同的机械自锁判断条件：,驱动力在运动方向上的分力FtF摩擦力。,令生产阻力G0；,令0；,驱动力落在摩擦锥或摩擦圆之内；,19,作者：潘存云教授,例1：求螺旋千斤顶反行程的自锁条件解：根据螺旋千斤顶反行程的机械效率：,0,得自锁条件：tg(-v)0,令 tg(-v)/tg(),v,则 v=8.7,若取：f v=0.15,20,90
8、-,90-+,21,22,23,作者：潘存云教授,应用实例：图示钻夹具在F力夹紧，去掉F后要求不能松开，即反行程具有自锁性。已知e，D、,分析其几何条件。,由此可求出夹具各参数的几何条件为：,在直角ABC中有：,在直角OEA中有：,反行程具有自锁条件为：,s-s1,esin()(Dsin)/2(5-13),s=OE,s1=AC,分析：若总反力FR23穿过摩擦圆-发生自锁,=(Dsin)/2,=esin(),为楔紧角,24,例 图示机构为破碎机原理简图，待破碎的球形料快的重量忽略不计。料块与颚板之间的摩擦系数为f.求料块被夹紧（不会向上滑脱）时颚板夹角 应为多大。,解,25,2,1,3,R12,
9、R32,自锁条件,R12的竖直向上的分力小于R32竖直向下的分力，即,解,26,图示为一颚式破碎机在破碎矿石时要矿石不至被向上挤出，试问角应满足什么条件?经分析你可得出什么结论?,27,28,解：设矿石的重量为Q，矿石与鄂板间的摩擦因数为f，则摩擦角为,矿石有向上被挤出的趋势时，其受力如图所示，由力平衡条件知：,即,当,时，即,，矿石将被挤出，即自锁条件为,29,30,31,人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。,
