1、返回,第五章 機(jī)械的效率及自鎖,5-1 機(jī)械的效率,5-2 機(jī)械的自鎖,因摩擦損失是不可避免的，故必 有 0和 1。,機(jī)械的損失功(Wf)與輸入功(Wd) 的比值，,5-1 機(jī)械的效率,1.機(jī)械效率的概念及意義,（1）機(jī)械效率,機(jī)械的輸出功(Wr)與輸入功(Wd)的比值，,以表示。,機(jī)械損失系數(shù)或損失率，,以 表示。,Wr/Wd,1 ,1Wf/Wd,（2）機(jī)械效率的意義,它是 機(jī)械中的一個(gè)主要性能指標(biāo)。,機(jī)械效率反映了輸入功在機(jī)械中的有效利用的程度。,降耗節(jié)能是國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要任務(wù)之一。,2.機(jī)械效率的確定,（1）機(jī)械效率的計(jì)算確定,1）以功表示的計(jì)算公式,Wr/Wd1Wf/Wd,2）

2、以功率表示的計(jì)算公式,Pr/Pd1Pf/Pd,3）以力或力矩表示的計(jì)算公式,F0/FM0/M,實(shí)際機(jī)械裝置 , = Pr /Pd=GvG /FvF,0,0 = GvG /F0vF =1,機(jī)械的效率(2/10),因其正行程實(shí)際驅(qū)動(dòng)力為FGtan()，理想驅(qū)動(dòng)力為F0Gtan，故,例1 斜面機(jī)構(gòu),已知：正行程 F Gtan(),反行程 FGtan(),現(xiàn)求： 及 ,解,F0/Ftan/ tan(),因其反行程實(shí)際驅(qū)動(dòng)力為GF/tan()，理想驅(qū)動(dòng)力為 G0 F/tan，故,G0/G tan()/ tan,機(jī)械的效率(3/10),對(duì)嗎？,錯(cuò)誤！,例2 螺旋機(jī)構(gòu),已知：擰緊時(shí) M Gd2tan(v)/

3、2,放松時(shí) MGd2tan(v)/2,現(xiàn)求：及 ,解,采用上述類似的方法，可得,擰緊時(shí) M0/M tan/ tan(v),放松時(shí) G0/G tan(v)/ tan,機(jī)械的效率(4/10),（2）機(jī)械效率的實(shí)驗(yàn)測(cè)定,機(jī)械效率的確定除了用計(jì)算法外，更常用實(shí)驗(yàn)法來測(cè)定，,許多機(jī)械尤其是動(dòng)力機(jī)械在制成后，往往都需作效率實(shí)驗(yàn)。,現(xiàn)以蝸桿傳動(dòng)效率實(shí)驗(yàn)測(cè)定為例加以說明。,1）實(shí)驗(yàn)裝置,機(jī)械的效率(5/10),據(jù)此，可通過 計(jì)算確定出整個(gè)機(jī)械的效率。,同時(shí)，根據(jù)彈性梁上的千分表讀數(shù)（即代表Q力），來確定 出制動(dòng)輪上的圓周力FtQG，,從而確定出從動(dòng)軸上的力矩M從，,M從FtR(QG)R,該蝸桿的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的效率

4、公式為, P從/P主,從M從/(主M主),M從/(iM主),式中 i為蝸桿傳動(dòng)的傳動(dòng)比。,對(duì)于正在設(shè)計(jì)和制造的機(jī)械，雖然不能直接用實(shí)驗(yàn)法測(cè)定其 機(jī)械效率，,但是由于各種機(jī)械都不過是由一些常用機(jī)構(gòu)組合而成 的，而這些常用機(jī)構(gòu)的效率又是可通過實(shí)驗(yàn)積累的資料來預(yù)先估 定的（如表5-1 簡單傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)副的效率）。,2）實(shí)驗(yàn)方法,實(shí)驗(yàn)時(shí)，可借助于磅秤測(cè)定出定子平衡桿的壓力F來確定出 主動(dòng)軸上的力矩M主，,即 M主Fl,機(jī)械的效率(6/10),3. 機(jī)組的機(jī)械效率計(jì)算,機(jī)組,由若干個(gè)機(jī)器組成的機(jī)械系統(tǒng)。,當(dāng)已知機(jī)組各臺(tái)機(jī)器的機(jī)械效率時(shí)，則該機(jī)械的總效率可 由計(jì)算求得。,（1）串聯(lián),串聯(lián)機(jī)組功率傳動(dòng)的特

5、點(diǎn)是前一機(jī)器的輸出功率即為后一機(jī) 器的輸入功率。,串聯(lián)機(jī)組的總機(jī)械效率為, 12k,即串聯(lián)機(jī)組總效率等于組成該機(jī)組的各個(gè)機(jī)器效率的連乘積。,機(jī)械的效率(7/10),只要串聯(lián)機(jī)組中任一機(jī)器的效率很低，就會(huì)使整個(gè)機(jī) 組的效率極低；且串聯(lián)機(jī)器數(shù)目越多，機(jī)械效率也越低。,要提高并聯(lián)機(jī)組的效率，應(yīng)著重提高傳動(dòng)功率大的路 線的效率。,結(jié)論,（2）并聯(lián),并聯(lián)機(jī)組的特點(diǎn)是機(jī)組的輸入功 率為各機(jī)器的輸入功率之和，而輸出 功率為各機(jī)器的輸出功率之和。,即并聯(lián)機(jī)組的總效率與各機(jī)器的效率及其傳動(dòng)的功率的大 小有關(guān)，且min max；,機(jī)組的總效率主要取決于傳動(dòng)功率大 的機(jī)器的效率。,結(jié)論,機(jī)械的效率(8/10),（3

6、）混聯(lián),混聯(lián)機(jī)組的機(jī)械效率計(jì)算步驟為,1）先將輸入功至輸出功的路線弄清楚；,2）然后分別計(jì)算出總的輸入功率Pd和總的輸出功率Pr；,3）最后按下式計(jì)算其總機(jī)械效率。, Pr /Pd,機(jī)械的效率(9/10),例 設(shè)已知某機(jī)械傳動(dòng)裝置的機(jī)構(gòu)的效率和輸出功率，求該 機(jī)械傳動(dòng)裝置的機(jī)械效率。,解,機(jī)構(gòu)1、2、3 及4串聯(lián)的部分,5 kW/(0.9820.962)5.649 kW,機(jī)構(gòu)1、2、3 、4及5串聯(lián)的部分,0.2 kW/(0.9820.9420.42)0.561 kW,故該機(jī)械的總效率為, Pr /Pd,(5+0.2) kW/(5.649+0.561) kW,=0.837,=5 kW,=0.2

7、 kW,機(jī)械的效率(10/10),1. 機(jī)械的自鎖,5-2 機(jī)械的自鎖,（1） 自鎖現(xiàn)象,某些機(jī)械，就其結(jié)構(gòu)而言是能夠運(yùn)動(dòng)的，但由于摩擦的存 在，,卻會(huì)出現(xiàn)無論驅(qū)動(dòng)力如何增大，也無法使機(jī)械運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象。,（2）自鎖意義,設(shè)計(jì)機(jī)械時(shí)，為使機(jī)械能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)，必須避免機(jī)械在 所需的運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生自鎖；有些機(jī)械的工作需要具有自鎖的特性，,（3）自鎖條件,機(jī)械發(fā)生自鎖實(shí)質(zhì)上是機(jī)械中的運(yùn)動(dòng)副發(fā)生了自鎖。,如手搖螺旋千斤頂。,F,例 移動(dòng)副,摩擦角為。則,Ft = Fsin = Fntan,Ffmax= Fntan,當(dāng) 時(shí)，有,Ft Ffmax,即當(dāng) 時(shí)，無論驅(qū)動(dòng)力F 如何增大，其有效分力 Ft 總小于 驅(qū)

8、動(dòng)力 F 本身所引起的最大摩擦 力Ffmax，因而總不能推動(dòng)滑塊運(yùn)動(dòng)，即為自鎖現(xiàn)象。,結(jié)論 移動(dòng)副發(fā)生自鎖的條件為：,設(shè)驅(qū)動(dòng)力為F，,傳動(dòng)角為，,FR,機(jī)械的自鎖(2/7),在移動(dòng)副中，如果作用于 滑塊上的驅(qū)動(dòng)力作用在其摩擦角之內(nèi)（即 ），則發(fā)生自鎖。,例 轉(zhuǎn)動(dòng)副,設(shè)驅(qū)動(dòng)力為F，,力臂長為a,當(dāng)F作用在摩 擦圓之內(nèi)時(shí)（即a ），則,M = aF Mf =FR = F ,即F 任意增大（a不變），也不 能使軸頸轉(zhuǎn)動(dòng)，,即發(fā)生了自鎖 現(xiàn)象。,結(jié)論 轉(zhuǎn)動(dòng)副發(fā)生自鎖的條件為：,且作用于摩擦角之內(nèi)，,摩擦圓半徑為，,機(jī)械的自鎖(3/7),即 a 。,作用在軸頸上的驅(qū)動(dòng)力為 單力F，,故其自 鎖條件為v

9、。,2. 機(jī)械自鎖條件的確定,(1) 從運(yùn)動(dòng)副發(fā)生自鎖的條件來確定,機(jī)械的自鎖實(shí)質(zhì)就是其中的運(yùn)動(dòng)副發(fā)生了自鎖。,例1 手搖螺旋千斤頂,當(dāng)v時(shí)，,其螺旋副發(fā)生自鎖，,則此機(jī)械也必將發(fā)生自鎖，,(2) 從生產(chǎn)阻力G0的條件來確定,當(dāng)機(jī)械發(fā)生自鎖時(shí)，無論驅(qū)動(dòng)力 如何增大，機(jī)械不能運(yùn)動(dòng)，這時(shí)能克 服的生產(chǎn)阻力G0。,F,G,機(jī)械的自鎖(4/7),例 手搖螺旋千斤頂,自鎖要求M0，即 tan(v) 0,故此千斤頂自鎖條件為 v 。,G0 意味著只有阻抗力反向變?yōu)轵?qū)動(dòng)力后，才能使機(jī)械運(yùn) 動(dòng)，此時(shí)機(jī)械已發(fā)生自鎖。,M,反行程：,驅(qū)動(dòng)力為G，,機(jī)構(gòu)的自鎖(5/7),（3）從效率 0的條件來確定,當(dāng)機(jī)械發(fā)生自鎖時(shí)，無論驅(qū)動(dòng)力如何增大，其驅(qū)動(dòng)力所作的 功Wd總是不足以克服其引起的最大損失功Wf 。,例 手搖螺旋千斤頂,反行程的效率 G0/G = tan(v) /tan,令0，,則得此自鎖條件為 v 。,（4）從自鎖的概念或定義的角度來確定,當(dāng)生產(chǎn)阻力G 一定時(shí)，驅(qū)動(dòng)力F任意增大，即F。,此時(shí)，機(jī)械將發(fā)生自鎖。,機(jī)構(gòu)的自鎖(6/7),0,當(dāng) 0時(shí)，表示機(jī)械自鎖意義，不再表示機(jī)械效率。,或驅(qū) 動(dòng)力F 的有效分力Ft總是小