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1、返回,第五章 机械的效率及自锁,5-1 机械的效率,5-2 机械的自锁,因摩擦损失是不可避免的，故必有 0和 1。,机械的损失功(Wf)与输入功(Wd)的比值，,5-1 机械的效率,1.机械效率的概念及意义,（1）机械效率,机械的输出功(Wr)与输入功(Wd)的比值，,以表示。,机械损失系数或损失率,以 表示。,Wr/Wd,1,1Wf/Wd,（2）机械效率的意义,它是机械中的一个主要性能指标。,机械效率反映了输入功在机械中的有效利用的程度。,降耗节能是国民经济可持续发展的重要任务之一。,2.机械效率的确定,（1）机械效率的计算确定,1）以功表示的计算公式,Wr/Wd1Wf/Wd,2）以功率表示
2、的计算公式,Pr/Pd1Pf/Pd,3）以力或力矩表示的计算公式,F0/FM0/M,实际机械装置,=Pr/Pd=GvG/FvF,0,0=GvG/F0vF=1,机械的效率(2/10),因其正行程实际驱动力为FGtan()，理想驱动力为F0Gtan，故,例5-1 斜面机构,已知：正行程 F Gtan(),反行程 FGtan(),现求：及,解,F0/Ftan/tan(),因其反行程实际驱动力为GF/tan()，理想驱动力为G0 F/tan，故,G0/G tan()/tan,机械的效率(3/10),对吗？,错误！,例5-2 螺旋机构,已知：拧紧时 M Gd2tan(v)/2,放松时 MGd2tan(v
3、)/2,现求：及,解,采用上述类似的方法，可得,拧紧时 M0/M tan/tan(v),放松时 G0/G tan(v)/tan,机械的效率(4/10),（2）机械效率的实验测定,机械效率的确定除了用计算法外，更常用实验法来测定，,许多机械尤其是动力机械在制成后，往往都需做效率实验。,现以蜗杆传动效率实验测定为例加以说明。,1）实验装置,机械的效率(5/10),据此，可通过计算确定出整个机械的效率。,同时，根据弹性梁上的千分表读数（即代表Q力）来确定制动轮上的圆周力FtQG，,从而确定出从动轴上的力矩M从，,M从FtR(QG)R,该蜗杆的传动机构的效率公式为,P从/P主,从M从/(主M主),M从
4、/(iM主),式中 i为蜗杆传动的传动比。,对于正在设计和制造的机械，虽然不能直接用实验法测定其机械效率，,但是由于各种机械都不过是由一些常用机构组合而成的，而这些常用机构的效率又是可通过实验积累的资料来预先估定的（如表5-1 简单传动机构和运动副的效率）。,2）实验方法,实验时，可借助于磅秤测定出定子平衡杆的压力F来确定出主动轴上的力矩M主，,即 M主Fl。,机械的效率(6/10),3.机组的机械效率计算,机组,由若干个机器组成的机械系统。,当已知机组各台机器的机械效率时，则该机械的总效率可由计算求得。,（1）串联,串联机组功率传动的特点是前一机器的输出功率即为后一机器的输入功率。,串联机组
5、的总机械效率为,12k,即串联机组总效率等于组成该机组的各个机器效率的连乘积。,机械的效率(7/10),只要串联机组中任一机器的效率很低，就会使整个机组的效率极低；且串联机器数目越多，机械效率也越低。,要提高并联机组的效率，应着重提高传动功率大的路线的效率。,结论,（2）并联,并联机组的特点是机组的输入功率为各机器的输入功率之和，而输出功率为各机器的输出功率之和。,即并联机组的总效率与各机器的效率及其传动的功率的大小有关，且min max；,机组的总效率主要取决于传动功率大的机器的效率。,结论,机械的效率(8/10),（3）混联,混联机组的机械效率计算步骤为,1）将输入功至输出功的路线弄清楚；
6、,2）分别计算出总的输入功率Pd和总的输出功率Pr；,3）按下式计算其总机械效率。,Pr/Pd,机械的效率(9/10),例5-3 已知某机械传动装置机构的效率和输出功率，求该机械传动装置的机械效率。,解,机构1、2、3 及4串联的部分,5 kW/(0.9820.962)5.649 kW,机构1、2、3、4及5串联的部分,0.2 kW/(0.9820.9420.42)0.561 kW,故该机械的总效率为,Pr/Pd,(5+0.2)kW/(5.649+0.561)kW,=0.837,=5 kW,=0.2 kW,机械的效率(10/10),1.机械的自锁,5-2 机械的自锁,（1）自锁现象,某些机械，
7、就其机械而言是能够运动的，但由于摩擦的存在，,却会出现无论驱动力如何增大，也无法使机械运动的现象。,（2）自锁意义,设计机械时，为使机械能实现预期的运动，必须避免机械在所需的运动方向发生自锁；有些机械的工作需要具有自锁的特性，,（3）自锁条件,机械发生自锁实质上是机械中的运动副发生了自锁。,如手摇螺旋千斤顶。,F,例5-4 移动副,摩擦角为。则,Ft=Fsin=Fntan,Ffmax=Fntan,当 时，有,Ft Ffmax,即当 时，无论驱动力F如何增大，其有效分力 Ft 总小于驱动力 F 本身所引起的最大摩擦力Ffmax，因而总不能推动滑块运动，即为自锁现象。,结论 移动副发生自锁的条件为
8、：在移动副中，如果作用于滑块上的驱动力作用在其摩擦角之内（即），则发生自锁。,设驱动力为F，,传动角为，,FR,机械的自锁(2/7),例5-5 转动副,设驱动力为F，,力臂长为a,当F作用在摩擦圆之内时（即a），则,M=aF Mf=FR=F,即F 任意增大（a不变），也不能使轴颈转动，,即发生了自锁现象。,结论 作用在轴颈上的驱动力为单力F，,且作用于摩擦角之内，即 a。,摩擦圆半径为，,机械的自锁(3/7),故其自锁条件为v。,2.机械自锁条件的确定,(1)从运动副发生自锁的条件来确定,原因 机械的自锁实质就是其中的运动副发生了自锁。,例5-6 手摇螺旋千斤顶,当v时，,其螺旋副发生自锁，,
9、则此机械也必将发生自锁，,(2)从生产阻力G0的条件来确定,当机械发生自锁时，无论驱动力如何增大，机械不能运动，这时能克服的生产阻力G0。,F,G,机械的自锁(4/7),例5-7 手摇螺旋千斤顶,自锁要求M0，即 tan(v)0,故此千斤顶自锁条件为 v。,G0 意味着只有阻抗力反向变为驱动力后，才能使机械运动，此时机械已发生自锁。,M,反行程：,驱动力为G，,机构的自锁(5/7),（3）从效率 0的条件来确定,当机械发生自锁时，无论驱动力如何增大，其驱动力所作的功Wd总是不足以克服其引起的最大损失功Wf，,例5-8 手摇螺旋千斤顶,其反行程的效率为 G0/G=tan(v)/tan,令0，,则得此自锁条件为 v。,（4）从自锁的概念或定义的角度来确定,当生产阻力G 一定时，驱动力F任意增大，即F，或驱动力F的有效分力Ft总是小于等于其本身所能引起的最大摩擦力，,此时，机械将发生自锁。,机构的自锁(6/7),例5-9 手摇螺旋千斤顶,其反行程驱动力与阻抗力矩的关系为,当M一定，G 时，则 tan(v)0,又因机械自锁时，其摩擦力一方应大于或等于驱动力一方，,举例：,机构的自锁(7/7),例5-10 斜面压榨机,例5-11 偏心夹具,例5-12 凸轮机构的推杆,故知其自锁的条件为 v。,即 v,
