1、第五章 机械的效率和自锁,51 机械的效率,52 机械的自锁,作者：潘存云教授,一、机械运转时的功能关系,51 机械的效率,1.动能方程,机械运转时，所有作用在机械上的力都要做功，由能量守恒定律知：所有外力之功等于动能增量,2.机械的运转,WdWrWfWG=E00,输入功大于有害功之和。,WdWrWfWG=EE0,a)启动阶段 速度0,动能0 E,作者：潘存云教授,b)稳定运转阶段,在一个循环内有 WdWrWf=EE00,匀速稳定阶段 常数，任意时刻都有：,变速稳定阶段 在m上下 周期波动,(t)=(t+Tp),WG=0,E=0,Wd=Wr+Wf,WdWrWf=EE00,Wd=WrWf,c)停
2、车阶段 0,WdWrWfWG=EE00,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。,5-1 机械的效率,一、机械效率及其表达形式,1、机械效率,Wd=Wr+Wf,机械效率：=Wr/Wd=1-Wf/Wd,机械损失率：=Wf/Wd,+=1 损失不可避免 Wf 0；1,机械稳定运转时，其输入、输出功满足,一、机械效率及其表达形式,1）功表示法：=Wr/Wd=1-Wf/Wd 2）功率表示法：=Pr/Pd=1-Pf/Pd 3）力(或力矩)表示法:,2、机械效率的几种表达方式,=Pr/Pd=G vG/F vF,若为理想机械(不计摩擦)0=1,设输出功率不变（仍为G vG,生产阻力不
3、变的情况下给定理想驱动力）G vG=F0 vF(克服G，需要F0（理想驱动力）(F)=G vG/F vF=F0 vF/F vF=F0/F1,设输入功率不变（仍为F vF，即驱动力不变的情况下给定理想生产阻力）G0 vG=F vF(输入 F，能克服G0（理想生产阻力）(G)=G vG/F vF=G vG/G0 vG=G/G01,对理想机械，当工作阻力G一定时，有理想驱动力F0,0Pr/Pd=G vG/F0 vF,代入得 F0 vF/F vFF0/F,用力矩来表示有 Md0/Md,1,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 vFG/G0,用力矩来表示
4、有：M G/MG0,若为理想机械(不计摩擦)0=1,机械效率可表示为：（1）在克服同样生产阻力（力矩）的情况下，理想驱动力（力矩）与实际驱动力（力矩）之比值（2）在同样驱动力（力矩）的情况下，机械所能克服的实际生产阻力（力矩）与理想生产阻力（力矩）之比值,二、机械效率的计算,斜面机构（螺旋）为例,滑块上升时：实际驱动力：F=G tan(+)理想驱动力：F0=G tan=F0/F=tan/tan(+),滑块下降时：（G 为驱动力）实际阻力：F=G tan(-)理想阻力：F0=G tan=F/F0=tan(-)/tan,作者：潘存云教授,复杂机械的机械效率计算方法：,1.)串联,2.)并联,总效率
5、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,并联 结论,1）并不仅与各级分效率有关，还与总功率如 何分配有关。2）并介于分效率最小值与最大值之间（min 并 max）。3）若各级分效率相同，则无论并联级数多少，总效率恒等于其分效率 min=1=2=k4）为提高并 提高传递功率较大的机器的效率。,作者：潘存云教授,3.)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,5-2 机械的自锁,一、自锁的概念,对于有些机构，由于摩擦的存在，致使无论驱动力如何增大均不能使静止的机构产生运动。这种现象称
6、之为自锁。,二、研究自锁的目的,2）有些机构靠自锁原理来工作（如：机床卡具、螺纹联接、千斤顶）。,1）使运动机械避免在自锁点附近工作，因此时的效率很低。,结束,5-2 机械的自锁,三、自锁时的力学特征,1、移动副,摩擦力 F f=Fn f=Fn tg=F cos tg,Ft F f 滑块加速运动=Ft=F f 滑块静止或匀速运动 Ft F f 滑块不能运动或减速运动至静止，即自锁,自锁条件：驱动力（外力的合力）作用于摩擦角之内时，则发生自锁。,作者：潘存云教授,5-2 机械的自锁,三、自锁时的力学特征,2、转动副,摩擦力矩 Mf=FR=F,力平衡关系 F=FR,驱动力矩 Md=F a,a Md
7、 M f 轴径加速转动a=Md=M f 轴径块静止或匀速转动a Md M f 轴径不能转动或减速转动致静止，即自锁,自锁条件：a 驱动力（外力的合力）作用于摩擦圆之内时，则发生自锁。,5-2 机械的自锁,三、自锁时的力学特征,3、机械的自锁,1）因机械自琐时，机械已不能运动，所以此时它所能克服的生产阻力G 0，故可由力分析求得的机械可以克服的生产阻力，通过判断G 是否小于0来确定机械是否自琐。,2）机械自琐时，驱动力所做的功Wd总不足以克服损失功Wf，所以，此时机械效率 0。=0 条件自琐，自锁条件是机械原静止，此种自锁不可靠。0自锁可靠，且效率越小自锁越可靠,结束,注意：此时已没有一般机械效率的意义，它只表明机械自锁的情况和程度。,5-2 机械的自锁,四、举例,1、螺旋千斤顶的自锁条件。,保证:不论重物重量多大，均不能驱使螺母转动。即在以 G 为驱动力时，机构具有自锁性。,G为任意值时所能克服的生产阻力 F 0(或 M 0）,tg(-v)0 即:v,=tg(-V)/tg 0 v,或：机械效率 0,结束,5-2 机械的自锁,四、举例,2、偏心卡具：在工件反力作用下的自锁条件,