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1、第五章机械的效率和自锁1本讲稿第一页，共三十四页动能增量动能增量损失功损失功有效功有效功驱动功驱动功m m t 一、机械运转时的功能关系一、机械运转时的功能关系51 机械的效率机械的效率1.动能方程动能方程机机械械运运转转时时，所所有有作作用用在在机机械械上上的的力力都都要要做做功功，由由能能量量守守恒恒定定律律知知：所所有有外外力力之之功功等等于于动动能增量能增量2.机械的运转（过程）机械的运转（过程）WdWrWf=E00输入功大于有效功与损失功之和。输入功大于有效功与损失功之和。WdWrWf=EE0 a)启动阶段启动阶段 速度速度0,动能动能0E0E启动启动本讲稿第二页，共三十四页m m
2、t 稳定运转稳定运转启动启动b)稳定运转阶段稳定运转阶段在一个循环内有：在一个循环内有：WdWrWf=EE00匀速稳定阶段匀速稳定阶段 常数，任意时刻都有：常数，任意时刻都有：变速稳定阶段变速稳定阶段 在在m m上下上下 周期波动周期波动,(t)=(t+T,(t)=(t+Tp p)E=0E=0 Wd=Wr+WfWdWrWf=EE00 Wd=WrWfc)停车阶段停车阶段 0 WdWrWf=EE00停止停止输入功小于有效功与损失功之和。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。输入功总是等于有效功与损失功之和。本讲稿第三页，共三十四页二、机械的效率二、机械的效率(mechan
3、ical effeciency)机械在稳定运转阶段恒有机械在稳定运转阶段恒有:比值比值Wr/Wd反映了驱动功的有效利用程度，反映了驱动功的有效利用程度，称为称为机械效率机械效率。1.Wr/Wd 2.用功率表示：用功率表示：Pr/Pd分析：分析：总是小于总是小于 1，当，当Wf 增加时将导致增加时将导致下降。下降。设计机械时，尽量减少摩擦损失，措施有：设计机械时，尽量减少摩擦损失，措施有：Wd=Wr+Wf (5-1)b)b)考虑润滑考虑润滑c)c)合理选材合理选材 1Wf/Wd (5-2)(WdWf)/Wd(PdPf)/Pd1Pf/Pd (5-2)a a)用滚动代替滑动用滚动代替滑动本讲稿第四页
4、，共三十四页FvF FF0vG GG机械机械3.用力的比值表示：用力的比值表示：G vG/F vF (a)Pr/Pd对理想机械，有理想驱动力对理想机械，有理想驱动力F F0 00Pr /Pd=G vG/F0 vF代入得代入得:F F0 vF F/F v/F vF F F F0 0/F (c)4.用力矩来表示有：用力矩来表示有：M0/Md (d)1 (b)同理：当驱动力同理：当驱动力F一定时，理想工作阻力一定时，理想工作阻力G0为：为：G0 vG/F vF1得：得：G vG/G0 vGG/G0用力矩来表示有：用力矩来表示有：M G/MG0 本讲稿第五页，共三十四页重要结论：重要结论：例如：计算螺
5、旋副的效率：例如：计算螺旋副的效率：拧紧：拧紧：理想机械：理想机械：M0d2 G tg()/2 M0/M拧松拧松时，驱动力为时，驱动力为G，M为阻力矩，则有：为阻力矩，则有：实际驱动力：实际驱动力：G=2M/d2 tg(-v)理想驱动力：理想驱动力：G0=2M/d2 tg()G0/G以以上上为为计计算算方方法法，工工程程上上更更多多地地是是用用实实验验法法测测定定 ，表表5 52 2列列出出由由实实验验所所得得简简单单传传动动机机构构和和运运动动副副的的机机械械效效率率 。tg()/tg(v v)（5-7）tg(-v)/tg()（5-8）本讲稿第六页，共三十四页本讲稿第七页，共三十四页本讲稿第
6、八页，共三十四页表表5-2 简单传动机械和运动副的效率简单传动机械和运动副的效率名名 称称传传 动动 形形 式式效率值效率值备备 注注圆柱齿圆柱齿轮传动轮传动67级精度齿轮传动级精度齿轮传动 0.980.99 良好跑合、稀油润滑良好跑合、稀油润滑 8级精度齿轮传动级精度齿轮传动 0.97 稀油润滑稀油润滑 9级精度齿轮传动级精度齿轮传动 0.96 稀油润滑稀油润滑 切制齿、开式齿轮传动切制齿、开式齿轮传动 0.940.96 干油润滑干油润滑 铸造齿、开式齿轮传动铸造齿、开式齿轮传动 0.90.93圆锥齿圆锥齿轮传动轮传动67级精度齿轮传动级精度齿轮传动 0.970.98 良好跑合、稀油润滑良好
7、跑合、稀油润滑 8级精度齿轮传动级精度齿轮传动 0.940.97 稀油润滑稀油润滑 切制齿、开式齿轮传动切制齿、开式齿轮传动 0.920.95 干油润滑干油润滑 铸造齿、开式齿轮传动铸造齿、开式齿轮传动 0.880.92蜗杆传动蜗杆传动自锁蜗杆自锁蜗杆 0.400.45单头蜗杆单头蜗杆 0.700.75双头蜗杆双头蜗杆 0.750.82 润滑良好润滑良好 三头、四头蜗杆三头、四头蜗杆 0.800.92圆弧面蜗杆圆弧面蜗杆 0.850.95本讲稿第九页，共三十四页续表续表5-2 简单传动机械和运动副的效率简单传动机械和运动副的效率名名 称称传传 动动 形形 式式效率值效率值备备 注注带传动带传动
8、平型带传动平型带传动 0.900.98滑动轴承滑动轴承球轴承球轴承 0.99 稀油润滑稀油润滑 滚子轴承滚子轴承 0.98 稀油润滑稀油润滑 滑动螺旋滑动螺旋 0.300.80滚动螺旋滚动螺旋 0.850.95V型带传动型带传动 0.940.96套筒滚子链套筒滚子链 0.96无声链无声链 0.97链传动链传动平摩擦轮传动平摩擦轮传动 0.850.92摩擦轮摩擦轮传动传动润滑良好润滑良好槽摩擦轮传动槽摩擦轮传动 0.880.900.94 润滑不良润滑不良0.97 润滑正常润滑正常0.99 液体润滑液体润滑滚动轴承滚动轴承螺旋传动螺旋传动本讲稿第十页，共三十四页5.5.复杂机械的机械效率计算方法复
9、杂机械的机械效率计算方法1)1)串串联联：特特点点是是前前一一机机器器的的输输出出功率是后一机器的输入功率功率是后一机器的输入功率2)2)并并联联 特特点点是是机机组组的的输输入入功功率率为为各各机机器器输输入功率之和，而输出功率为各机器输出功率之和。入功率之和，而输出功率为各机器输出功率之和。总总总总效效效效率率率率不不不不仅仅仅仅与与与与各各各各机机机机器器器器的的的的效效效效率率率率i i有有有有关关关关，而而而而且且且且与与与与传传传传递递递递的的的的功率功率功率功率N N N Ni i有关。有关。有关。有关。设各机器中效率最高最低者分别为设各机器中效率最高最低者分别为maxmax和和
10、minmin 则有：则有：NdNkN1N2Nk-112kN1N2NkN1N2Nk12kNdNrminminmax max 主要取决于传递功率最大的机器的效率主要取决于传递功率最大的机器的效率 本讲稿第十一页，共三十四页NdNkN1N212N”rNrNdNkN1N2Nd2 N”d2N”d3Nd3NrN”r1233“44“N1N2Nd2 N”d2N”d3Nd3NrN”r1233“44“NdNk3)3)混联混联先分别计算，合成后按串联或并联计算。先分别计算，合成后按串联或并联计算。作者：潘存云教授Nr并联计算并联计算串联计算串联计算N”rNr串联计算串联计算本讲稿第十二页，共三十四页自锁的定义：自锁
11、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，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也无法使机械运动的现象称为机械的自锁机械的自锁。0 当当=0时，机械处于临界自锁状态；时，机械处于临界自锁状态；当当 G0驱动力做的功永远驱动力做的功永远由其引起的摩擦力所做的功由其引起的摩擦力所做的功三、分析（是否）自锁的方法三、分析（是否）自锁的方法1.从效率观点判断从效率观点判断2.从生产阻力方面判断从生产阻力方面判断本讲稿第十六页，共三十四页根据不同的场合，应用不同的根据不同的场合，应用不同的机械自锁判断条件机械自锁判断条件：驱动力在运动方向上的分力驱动
12、力在运动方向上的分力F Ft tFF摩擦力。摩擦力。令生产阻力令生产阻力G0G0；令令00；驱动力落在摩擦锥或摩擦圆之内；驱动力落在摩擦锥或摩擦圆之内；本讲稿第十七页，共三十四页作者：潘存云教授例例1 1：求螺旋千斤顶反行程的自锁条件求螺旋千斤顶反行程的自锁条件解：解：根据螺旋千斤顶反行程的机械效率：根据螺旋千斤顶反行程的机械效率：00得自锁条件：得自锁条件：tg(-v v)0 0令令 tg(-v v)/tg()v v则则 v v=8.7=8.7若取：若取：f v=0.15=0.15本讲稿第十八页，共三十四页90-90-+本讲稿第十九页，共三十四页本讲稿第二十页，共三十四页本讲稿第二十一页，共
13、三十四页FR13FR2390+9090-+2-+2-9090-(-)-(-)-29090-132例例2 求图示斜面压榨机的自锁条件。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：力多边形中，根据正弦定律得：FFR32GG=F FR R23 cos(-2)/cos-2)/cosGFFR32v32F FR R13+F FR R23+G=0 大小：大小：？方向：方向：F FR R32+F FR R12+F=0 大小：大小：？方向：方向：F=F FR R32 sin(-2)/cos-2)/cos 令令F0F0得：得：F=Gtg(-2)-2)tg(-2)-2)0022由由F FR R32-F
14、FR R23可得：可得：FR13FR23FR12FR12-以3为对象以2为对象本讲稿第二十二页，共三十四页作者：潘存云教授1DA3O2BODA123应应用用实实例例：图图示示钻钻夹夹具具在在F力力夹夹紧紧，去去掉掉F后后要要求求不不能能松松开开，即反行程具有自锁性。已知即反行程具有自锁性。已知e，D、,分析其几何条件。分析其几何条件。由此可求出夹具各参数的几何条件为：由此可求出夹具各参数的几何条件为：在直角在直角ABC中有：中有：在直角在直角OEA中有：中有：反行程具有自锁条件为：反行程具有自锁条件为：s-s1 esin()(Dsin)/2 (5-13)s=OEs1=AC e分析：若总反力分析
15、：若总反力FR23穿过摩擦圆穿过摩擦圆-发生自锁发生自锁=(Dsin)/2 =esin()-FFR23Bss1EEOACBC为楔紧角为楔紧角本讲稿第二十三页，共三十四页例 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。2 21 13 3本讲稿第二十四页，共三十四页2 21 13 3R12R32自锁条件自锁条件R12的竖直向上的分力小于R32竖直向下的分力，即本讲稿第二十五页，共三十四页图示为一颚式破碎机在破碎矿石时要矿石不至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被向上挤
16、出，试问角应满足什么条件?经分析你经分析你可得出什么结论可得出什么结论?本讲稿第二十六页，共三十四页本讲稿第二十七页，共三十四页解：设矿石的重量为解：设矿石的重量为Q，矿石与鄂板间的摩擦因数为，矿石与鄂板间的摩擦因数为f，则摩擦角为则摩擦角为 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：平衡条件知：即即 当当时，即时，即，矿石将被挤出，即自锁条件为，矿石将被挤出，即自锁条件为本讲稿第二十八页，共三十四页习题：在图示斜块机构中，已知驱动力 P=30 N，各接触面之间的摩擦角及斜面与垂直方向的夹角如图所示。试列出斜块 1、2 的力平衡方程
17、式，并用图解法求出所能克服的工作 Q 的大小。本讲稿第二十九页，共三十四页 规定：取力比例尺P=1 N/mm。解：在机构图中画出各全反力如图斜块 1 的力平衡方程式：P +R21 +R31 =0 斜块2的力平衡方程式：Q +R12 +R32 =0 按比例尺P=1 N/mm。分别画出楔快 1、2 的力多边形如图并从图中量得 da =16.5 mm，则 Q=da P =16.5 1=16.5 N 本讲稿第三十页，共三十四页本讲稿第三十一页，共三十四页本讲稿第三十二页，共三十四页本讲稿第三十三页，共三十四页本章内容：本章内容：1.基本要求基本要求理解理解机械效率机械效率的概念，掌握机械效率的各的概念，掌握机械效率的各 种表达形式和计算方法种表达形式和计算方法。理解机械理解机械自锁的概念，以及求简单机械自锁自锁的概念，以及求简单机械自锁 的几何条件。的几何条件。2.重点难点重点难点机械效率的计算，机械机械效率的计算，机械自锁条件的确定自锁条件的确定。主目录本讲稿第三十四页，共三十四页