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1、第12章 机械的效率和自锁,121 机械的效率122 提高机械效率的途径123 摩擦在机械中的应用 124 机械的自锁,机械在稳定运转阶段恒有:,比值Wr/Wd机械效率。反映了驱动功的有效利用程度,用功率表示：Pr/Pd,分析：总是小于 1，当Wf 增加时将导致下降。,1Wf/Wd,(WdWf)/Wd,(PdPf)/Pd,1Pf/Pd,一、机械效率的表达形式,121 机械的效率,Wd=Wr+Wf,Wr/Wd,1）效率以功或者功率形式来表达,设计机械时，尽量减少摩擦损失,减少摩擦损耗的措施有：,b)考虑润滑,c)合理选材,a)用滚动代替滑动,2）以力或者力矩形式来表达,用力的比值表示：,G vG
2、/F vF,Pr/Pd,对理想机械，当工作阻力G一定时，有理想驱动力F0,0G vG/F0 vF,1,代入得 F0 vF/F vF,F0/F,用力矩来表示则有:,M0/M,潘存云教授研制,同理：当驱动力F一定时，理想工作阻力为G0：G0 vG/F vF1,得：G vF/G0 vF,用力矩来表示有：M G/MG0,G/G0,重要结论：,举例1：试计算斜面机构的效率。,a)滑块沿斜面等速上行,得：F=Gtan(+),理想机械：F0G tan(),机械效率：,b)滑块沿斜面等速下滑,得：G=F/tan(-),理想机械：G 0F/tan(),机械效率：,潘存云教授研制,螺纹拧松等同于滑块沿斜面下降，故
3、有：,举例2：试计算螺旋副的效率。,螺纹拧紧等同于滑块沿斜面上升，故有：,理想机械：M0d2 G tan()/2,M0/M,tan()/tan(),实际驱动力：G=2M/d2 tan(-),理想驱动力：G0=2M/d2 tan(),G0/G,tan(-)/tan(),非矩形螺纹，只要将公式中的替换成v 即可。,以上为计算方法，工程上更多地是用实验法测定，表121列出由实验所得简单传动机构和运动副的机械效率(P236),二、机械系统的机械效率,1)串联,2)并联,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 则有：,min,max,3)
4、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,122 提高机械效率的途径,（1）简化系统运动副数目 摩擦损耗。,（3）不要过多增大轴颈尺寸。因为增加轴颈时会使该轴颈的摩擦力矩增加，机械容易发生自锁。,（4）设法减少运动副中的摩擦损耗：a)用滚动代替滑动;b)考虑润滑；c)合理选材。,(5)改善机械的平衡，从而减少机械中因惯性力所引起的动压力，可以提高机械的效率。,（2）尽量少用移动副。移动副不易保证配和精度，效率相对较低而且容易发生自锁或楔紧。,（1）摩擦带传动机构,123 摩擦在机械中的应用,潘存云教授研制,组成：由主动轮1、从动轮2和张紧在两轮上的环形带3所组成
5、。,工作原理：安装时带被张紧在带轮上，产生的初拉力使得带与带轮之间产生压力。主动轮转动时，依靠摩擦力托动从动轮一起同向回转。,动画,动画,（2）摩擦离合器,组成：由固定圆盘1、活动圆盘2、滑环组成。,工作原理：移动滑环，可实现两圆盘的结合与分离，靠 摩擦力带动从动轴转动。,结构：由瓦块、制动轮等零件组成。,工作原理：通电松开，断电后靠弹簧拉力实现制动。借助于瓦块与制动轮之间的摩擦力来实现制动。断电制动是为了保证设备安全。,a）块式制动器,潘存云教授研制,（3）摩擦制动器,特点：结构简单、紧凑。,b)带式制动器,工作原理在外力的作用下，闸带收紧抱住制动轮实现制动。,潘存云教授研制,卷扬机制动器,
6、利用摩擦力将两个零件刚性动态连接在一起。,（4）摩擦连接,钻夹具,潘存云教授研制,潘存云教授研制,夹钳式握持器,无论F多大，滑块不可能运动,重要结论：当驱动力的作用线落在摩擦锥内时，则机械发生自锁。,法向分力：Fn=Fcos,124 机械的自锁,水平分力：Ft=Fsin,正压力：N21=Fn,最大摩擦力：Fmax=f N21,当时,恒有：,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)。,分析平面移动副在驱动力P作用的运动情况,Ft Fmax,=Fn tan,=Fntan,一、移动副的自锁,发生自锁!,当回转运动副仅受单力F作用时：,最大摩擦力矩为
7、：Mf=FR,重要结论：对于含转动副的机械，当力F的作用线穿过摩擦圆时，则会发生自锁。,F,M=F a,产生的力矩为：,二、转动副的自锁,若a，则：M Mf,发生自锁!,当机械出现自锁时，无论驱动力多大，都不能运动，亦即所能克服的生产阻力为：,判断机械是否自锁及出现自锁条件。,特别说明：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。,上式意味着只有当生产阻力反向而称为驱动力之后，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,G0,驱动力做的功永远由其引起的摩擦力所做的功,三、其他判别机械自锁的方法,从能量的观点来看，机械
8、自锁时，一定有:,判断机械是否自锁及出现自锁条件。,WdWf,=Wd/Wr，=Wd/Wr,机械有正行程和反行程，它们的机械效率一般并不相等。,机械设计要求：正行程：0,自锁机械,自锁机械的应用：反行程自锁可以防止机械自发倒转或松脱。这种特性对于机床夹具、螺栓连接、楔连接、起重装置和压榨机等机械而言是必须的。,潘存云教授研制,自锁机械的应用：,自锁螺栓不易松开,钻夹具,潘存云教授研制,自锁蜗杆防止倒转,螺旋千斤顶需自锁以防跌落,举例2 求图示斜面压榨机的自锁条件。,力多边形中，根据正弦定律得：,G=FR23 cos(-2)/cos,大小：？方向：,大小：？方向：,F=FR32 sin(-2)/c
9、os,令F0得,F=Gtan(-2),tan(-2)0,2,作者：潘存云教授,举例3 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。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,s=OE,s1=AC,分析：若总反力FR23穿过摩擦圆发生自锁,=(Dsin)/2,=esin(),举例4 求螺旋千斤顶反行程的自锁条件。,0,得自锁条件：tan(-v)0,令 tan(-v)/tan(),v,v 8.7,若取：f 0.15,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PtF摩擦力。,令生产阻力Q0,令0,驱动力落在摩擦锥或摩擦圆之内,四、自锁在其他方面的应用,杂技演员爬杆为了防止下滑，需要满足自锁条件：l2fL,潘存云教授研制,潘存云教授研制,本章重点,机械效率的计算方法；自锁的概念及涵义；移动副的自锁条件；回转副的自锁条件；机械发生自锁时几何条件的多种判别方法。,
