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1、第五章 机械的效率和自锁本讲稿第一页，共十五页第五章第五章 机械的效率和机械的效率和自锁自锁基本要求：基本要求：建立正确、全面的机械效率的概念；建立正确、全面的机械效率的概念；掌握简单机械的效率和自锁条件的求解方法。掌握简单机械的效率和自锁条件的求解方法。重重 点：点：机械的效率；自锁现象及自锁条件。机械的效率；自锁现象及自锁条件。难难 点点:机械效率的概念及机械的自锁和自锁条件。机械效率的概念及机械的自锁和自锁条件。本讲稿第二页，共十五页5-15-1机械的效率机械的效率一、机械中的功：一、机械中的功：驱动功驱动功(输入功输入功)Wd 作用在机械上的驱动力所作的功作用在机械上的驱动力所作的功有
2、效功有效功(输出功）输出功）Wr 克服生产阻力所作的功克服生产阻力所作的功损耗功损耗功Wf 克服有害阻力所作的功。克服有害阻力所作的功。WdWr Wf机械机械稳定稳定运转时运转时,在一个循环中有：在一个循环中有：二、机械的效率：二、机械的效率：1.1.机械效率机械效率 ：输出功和输入功的比值。输出功和输入功的比值。功的损失功的损失率率本讲稿第三页，共十五页用功率表示时：用功率表示时：2.2.机械效率的表达形式机械效率的表达形式 若机械中不存在摩擦（理想机械），克服同样的若机械中不存在摩擦（理想机械），克服同样的G所需的驱动所需的驱动力为力为F0（理想驱动力），显然（理想驱动力），显然 ，理想机
3、械效率为，理想机械效率为1。（a）本讲稿第四页，共十五页同理，机械效率也可以用力矩之比的形式来表达，即：同理，机械效率也可以用力矩之比的形式来表达，即：（d）综合式（综合式（c）与式（）与式（d）可得：）可得：（5-4）（c）代入（代入（a）得：）得：（b）即：即：本讲稿第五页，共十五页应用式（应用式（5-4）来计算机构的效率十分简便。）来计算机构的效率十分简便。如图如图4-3的斜面机构，其的斜面机构，其正行程正行程的机械效率为：的机械效率为：斜面机构斜面机构反行程反行程的机械效率（的机械效率（G为驱动力）为：为驱动力）为：又如图又如图4-5的螺旋机构，其的螺旋机构，其拧紧拧紧和和放松放松的机
4、械效率分别为：的机械效率分别为：（5-5）（5-6）（5-7）（5-8）本讲稿第六页，共十五页对对于于计计算算单单个个机机构构的的效效率率，通通常常用用力力或或力力矩矩形形式式的的计计算算公公式式计计算算较较为为方便。方便。对对于于由由常常用用机机构构和和运运动动副副组组成成的的机机械械系系统统，因因常常用用机机构构的的效效率率通通过过实实验验积积累累的的资资料料可可以以预预先先估估定定，其其系系统统的的总总的的机机械械效效率率则则可可计算求出。计算求出。三、机组的效率：三、机组的效率：1 1、串联机组、串联机组设设机机组组的的输输入入功功率率为为Nd,各各机机器器的的效效率率为为1、2k，N
5、k为为机机组组的输出功率。于是机组的机械效率为的输出功率。于是机组的机械效率为12kNdN1N2Nk-1Nk12k本讲稿第七页，共十五页即即串串联联机机组组的的总总效效率率等等于于组组成成该该机机组组的的各各个个机机器器的的效效率率的的连连乘乘积。积。2 2、并联机组、并联机组12kNdN1N2NkN k12kN 2N 1总输出功率为总输出功率为 Nr=N1+N2+Nk=N11+N22+Nkk 总输入功率为总输入功率为 Nd=N1+N2+N k 注意！注意！min1，2，k本讲稿第八页，共十五页所以总效率为所以总效率为 设设为分流系数为分流系数注意！注意！min j Wd,则则0,这这时，如果
6、机械原来在运动，则将减速直至静止不动；如果机械时，如果机械原来在运动，则将减速直至静止不动；如果机械原来是静止的，则仍静止不动，即发生自锁。综上所述，机械原来是静止的，则仍静止不动，即发生自锁。综上所述，机械或机构的自锁条件为：或机构的自锁条件为：2.从机械效率的角度讨论自锁条件从机械效率的角度讨论自锁条件 机械自锁时，机械不能运动，所以它能克服的生产阻力应机械自锁时，机械不能运动，所以它能克服的生产阻力应小于等于零。即：小于等于零。即：3.从运动的角度讨论自锁条件从运动的角度讨论自锁条件生产阻力生产阻力0 或或 生产阻力矩生产阻力矩0本讲稿第十二页，共十五页例例 1:如图所示螺旋千斤顶如图所
7、示螺旋千斤顶 当机构反行程自锁时，当机构反行程自锁时，0，得，得：即该螺旋千斤顶的自锁条件为：即该螺旋千斤顶的自锁条件为：v 举例确定机械的自锁条件：举例确定机械的自锁条件：本讲稿第十三页，共十五页例例2 2：斜面压榨机斜面压榨机 求在求在G 作作 用下的自锁条件。用下的自锁条件。作力多边形，于是由正弦定律得：作力多边形，于是由正弦定律得：F=FR32sin（2）/cos G=FR23cos（2）/cos 又因又因 R32=R23 令：令：F（阻抗力）（阻抗力）0 即：即：tg（2）0 于是机构的自锁条件为于是机构的自锁条件为 2 解：解：1）作出各移动副的总反力）作出各移动副的总反力 2）分
8、别取滑块）分别取滑块2、3为分离体为分离体G FFR23FR32FR13FR12FR13G FFR12FR23FR32所以：所以：F=G tg（2）本讲稿第十四页，共十五页通过以上分析，判断机构是否自锁可采用以下方法：通过以上分析，判断机构是否自锁可采用以下方法：1 1、分析驱动力是否作用于摩擦角（或摩擦圆）之内；、分析驱动力是否作用于摩擦角（或摩擦圆）之内；2 2、机械效率是否等于或小于零；、机械效率是否等于或小于零；3 3、阻抗力是否等于或小于零；、阻抗力是否等于或小于零；4 4、驱动力是否等于或小于最大摩擦力。、驱动力是否等于或小于最大摩擦力。要要做做到到正正确确确确定定机机械械的的自自锁锁条条件件，一一是是要要清清楚楚机机械械自自锁锁的的概概念念；二二是是要要清清楚楚机机械械是是正正行行程程自自锁锁，还还是是反反行行程程自自锁锁；三三是是要要根根据据机机械械的的具体情况，选用简便的机械自锁条件确定的方法。具体情况，选用简便的机械自锁条件确定的方法。自自锁锁问问题题小小结结本讲稿第十五页，共十五页