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1、本章教学内容,机械的效率 机械的自锁,第五章 机械的效率和自锁,本章教学目的,能确定简单机械的机械效率和机构自锁的条件,本讲重点：机械的效率的概念及机械的自锁和自锁的条件,第五章 机械的效率和自锁,本章教学内容,5-1 机械的效率5-2 机械的自锁,5-1 机械的效率,或,一、各种功及其相互关系,驱动功Wd（输入功）：作用在机械上的驱动力所作的功。有益功Wr（输出功）：克服生产阻力所作的功。损耗功 Wf：克服有害阻力所作的功,WdWr Wf,二、机械效率h,机械效率是输出功和输入功的比值，它可以反映输入功在机械中有效利用的程度。,将式 WdWr Wf 两边都除以 t,Nd、Nr、Nf 分别为输
2、入功率、输出功率和损耗功率。,二、机械效率（续）,NdNr Nf,或：,三、提高机械效率的方法,1、尽量简化机械传动系统，使传递通过的运动副数目越少越好；,2、减少运动副中的摩擦。,理想驱动力P0：理想机械中，克服同样的生产阻力Q，所 需的驱动力。,四、机械效率的计算,1.一般公式:,理想机械：不存在摩擦的机械。,理想机械的效率 h0等于1，即：,机械效率的统一形式：,四、机械效率的计算（续）,理想生产阻力Q 0：理想机械中，同样的驱动力P所能克服生产阻力。,不考虑摩擦（=0）：,四、机械效率的计算（续）,2.螺旋机构的效率计算实例,1）当螺母逆着载荷Q向上运动时：,考虑摩擦：,不考虑摩擦时：
3、,2）当螺母在载荷 Q 的作用下向下运动时：载荷Q为驱动力,考虑摩擦时：,该机组的机械效率为：,串联机组的总效率等于组成该机组的各个机器的效率的连乘积。,四、机械效率的计算（续）,3.机组效率的计算,1）串联,串联的级数越多，系统的总效率越低。,总输出功率为:,总效率为：,四、机械效率的计算（续）,2）并联,总输入功率为：,Nd=N1+N2+Nk,Nr=N1+N2+N k=N1 h1+N2 h2+Nk hk,N1=N2=Nk时,h1=h2=hk时,则机组的总效率为:,四、机械效率的计算（续）,设机组串联部分的效率为h，并联部分的效率为h,3）混联,例1:,解:,如图所示为一输送辊道的传动简图。
4、设已知一对圆柱齿轮传动的效率为0.95；一对圆锥齿轮传动的效率为0.92(均已包括轴承效率)。求该传动装置的总效率。,此传动装置为一混联系统,圆柱齿轮1、2、3、4为串联,圆锥齿轮5-6、7-8、9-10、11-12为并联。,此传动装置的总效率,5-2 机械的自锁,一、机械的自锁,由于摩擦力的存在，无论驱动如何增大也无法使机械运动的现象。,二、自锁现象的意义,1）设计机械时，为了使机械实现预期的运动，必须避免机械在所需的运动方向发生自锁；,2）一些机械的工作需要其具有自锁特性。,垂直分力Pn：所能引的最大摩擦力,三、发生自锁的条件,1.滑块实例,滑块1与平台2 组成移动副。P为作用于滑块1上驱
5、动力，b 为力P与滑块1和平台2接触面的法线nn之间的夹角，为摩擦角。,力P分解为水平分力Pt和垂直分力Pn，有效分力Pt：推动滑块1 运动的分力。,当 bj 时，,-自锁现象,滑块1不会发生运动,三、发生自锁的条件（续）,2.转动副实例,力P为作用在轴颈上的单一外载荷。,当力 P 的作用线在摩擦圆之内（ar）时力 P 对轴颈中心的力矩,力P本身所能引起的最大摩擦力矩 Mf=Rr=Pr,ar,M Mf,不论力P 如何增大，也不能驱使轴颈转动。,M=Pa,-自锁现象,三、发生自锁的条件（续）,3.一般条件,机械发生自锁时，无论驱动力多么大，都不能超过由它所产生的摩擦阻力。,h,当h=0时，机械处
6、于临界自锁状态；当h0时，其绝对值越大，表明自锁越可靠。,驱动力所作的功，总是小于或等于由它所产生的摩擦阻力所作的功。,该千斤顶在物体重力的驱动下运动时的机械效率为：,此即该千斤顶在物体重力作用下不致于自行反转的自锁条件。,三、发生自锁的条件（续）,4.实例,1）螺旋千斤顶,三、发生自锁的条件（续）,2）斜面压榨机,该机构在当力P 撤去后，在的作用下应该具有自锁性。,求出当为驱动力时，该机构的机械效率。（设各接触面的摩擦系数相同。）,根据各接触面间的相对运动及已知的摩擦角j，将两滑块所受的总反力作出。,三、发生自锁的条件（续）,取滑块2为分离体，列出平衡方程式：P+R12+R32=0,作出力多
7、边形，并由正弦定律求得：,取滑块3为分离体，列出平衡方程 Q+R13+R23=0,可作出力多边形并由正弦定律求得：,R32=-R23,三、发生自锁的条件（续）,假想该机构中不存在摩擦,理想驱动力：,该机构的效率：,此即该斜面压榨机反行程自锁的条件。,三、发生自锁的条件（续）,3）偏心夹具的自锁条件,应满足的条件：,由几何关系得：,（1）,将s、s1的值带入(1)式可得偏心夹具的自锁条件为：,三、发生自锁的条件（续）,5.结论,1）所谓机械具有自锁性，是说当它所受的驱动力作用于其某处或按某方向作用时是自锁的，而在另外的情况下却是能够运动的。,2）判定机构是否会自锁和在什么条件下发生自锁，可根据具体情况，视方便运用分析驱动力是否作用于摩擦角之内、或驱动力所能克服的阻抗力等于小于零的方法来解决。,
