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1、第五章第五章 机械的效率和自锁机械的效率和自锁51 机械的效率机械的效率52 机械的自锁机械的自锁2021/9/231作者：潘存云教授重力功重力功动能增量动能增量有害功有害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律知：定律知：所有外力之功等于动能增量2.机械的运转机械的运转 WdWrWfWG=E00输入功大于有害功之和。输入功大于有害功之和。WdWrWfWG=EE0 a)启动阶段启动阶段 速度速度0,动
2、能动能0E0E启动启动2021/9/232作者：潘存云教授m m 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)WG=0,E=0E=0 Wd=Wr+WfWdWrWf=EE00 Wd=WrWfc)停车阶段停车阶段 0 WdWrWfWG=EE00停止停止输入功小于有用功与损失功之和。输入功小于有用功与损失功之和。输入功总是等于有用功与损失功之和。输入功总是等于有用功与
3、损失功之和。2021/9/233二、机械的效率二、机械的效率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。Wr/Wd用功率表示用功率表示：Nr/Nd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+Wfb)b)考虑润滑考虑润滑c)c)合理选材合理选材 1Wf/Wd(WdWf)/Wd(NdNf)/Nd1Nf/Nd a a)用滚动代替滑动用滚动代替滑动2021/9/234F0vF
4、FvG GG作者：潘存云教授理想理想机械机械用力的比值表示：用力的比值表示：G vG/F vFNr/Nd对对理理想想机机械械，当当工工作作阻阻力力G一定时，一定时，有理想驱动力有理想驱动力F F0 00Nr /Nd=G vG/F0 vF代入得代入得:F0 vF/F vFF0/F用力矩来表示有：用力矩来表示有：Md0/Md1同同理理：当当驱驱动动力力F一一定定时时，理想工作阻力为理想工作阻力为G0：G0 vG/F vF1得：得：G vF/G0 vFG/G0用力矩来表示有：用力矩来表示有：M G/MG0理想理想机械机械FvF FvG GG0FvF FvG GG机械机械2021/9/235重要结论：
5、重要结论：计算螺旋副的效率：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拧松时，驱动力为拧松时，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械效率机械效率(P123-P124)(P123-P124)。tg()/tg(v v)tg(-v)/tg()2021/9/236表表
6、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、稀油润滑良好跑合、稀油润滑 8级
7、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 0.850.952021/9/237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 注注带传动带传动平型带传动平型带传动 0
8、.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2021/9/238作者：潘存云教授摩擦锥摩擦锥v2121无论无论F多大，滑块在多大
9、，滑块在P的作用下不可能运动的作用下不可能运动发生自锁。发生自锁。当当驱驱动动力力的的作作用用线线落落在在摩摩擦擦锥锥内内时时，则则机机械械发发生自锁。生自锁。法向分力：法向分力：Fn=Fcos 52 机械的自锁机械的自锁水平分力：水平分力：Ft=Fsin正压力：正压力：N21=Fn 最大摩擦力最大摩擦力 ：F Fmaxmax=f N21当当时时,恒有：恒有：工工程程意意义义：设设计计新新机机械械时时，应应避避免免在在运运动动方方向向出出现现自自锁锁，而而有有些些机机械械要要利利用用自自锁锁进进行行工工作作(如如千斤顶等千斤顶等)。分析平面移动副在驱动力P作用的运动情况：N21Ft F Fma
10、xmax=Fn tg=FntgF21FR21PFtPnG一、含移动副的机械一、含移动副的机械 2021/9/239作者：潘存云教授当回转运动副仅受单力当回转运动副仅受单力F作用时：作用时：最大摩擦力矩为：最大摩擦力矩为：Mf=FR当力当力F的作用线穿过摩擦圆的作用线穿过摩擦圆(a 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2021/9/2311作者：潘存云教授举例举例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。00得自锁条件：得自锁条件：tg(-v v)0 0令令 tg(-v v)/tg()v vv v=8.7=8.7若取：若取
11、：f =0.15=0.15作者：潘存云教授2021/9/2312作者：潘存云教授作者：潘存云教授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 令阻力令
12、阻力F0F0得：得：F=Gtg(-2)-2)tg(-2)-2)0022由由F FR R32F FR R23可得：可得：FR13FR23FR12FR12-2021/9/2313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力在运动方向上的分力P Pt tFF摩擦力。摩擦力。令生产阻力令生产阻力Q0Q0；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；本章重点：本章重点：自锁的概念，以及求简单机械自锁的几何条件。自锁的概念，以及求简单机械自锁的几何条件。机械效率机械效率的计算方法；的计算方法；机构中不同运动副中总反力作用线的确定；机构中不同运动副中总反力作用线的确定；不同运动副中摩擦力与载荷之间的关系，摩擦不同运动副中摩擦力与载荷之间的关系，摩擦 角或摩擦圆的概念；角或摩擦圆的概念；2021/9/2314