机械原理课件

返回第五章机械的效率及自锁§5-1机械的效率§5-2机械的自锁因摩擦损失是不可避免的，故必有η1。§5-1机械的效率1.机械效率的概念及意义（1）机械效率机械的输出功(Wr)与输入功(Wd)的比值，以η表示。（2）机械效率的意义它是机械中的一个主要性能指标。机械效率反映了输入功在机械中的有效利用的程度。输入功：作用在机械上驱动力所做的功。Wd输出功：机械克服生产阻力所做的功。Wr损耗功：机械克服有害阻力所做的功。Wf功：Wd=Wr+Wf功率：Pd=Pr+Pfη＝Wr/Wd2.机械效率的确定机械效率的计算方法1）以功表示的计算公式η＝Wr/Wd＝1－Wf/Wd2）以功率表示的计算公式η＝Pr/Pd＝1－Pf/Pd3）以力或力矩表示的计算公式η＝F0/F＝M0/M即η＝理想驱动力实际驱动力理想驱动力矩实际驱动力矩＝G实际机械装置η理论机械装置η0η=Pr/Pd=GvG/FvF0η0=GvG/F0vF=1vGvFF机械的效率(2/10)正行程实际驱动力为F＝Gtan(α＋φ)，例5-1斜面机构已知：正行程F＝Gtan(α＋φ)反行程F′＝Gtan(α－φ)现求：η及η′解η＝F0/F＝tanα/tan(α＋φ)η＝F0/F＝tanα/tan(α－φ)′′因其反行程实际驱动力为G＝F′/tan(α－φ)，理想驱动力为G0＝F′/tanα，故η′＝G0/G＝tan(α－φ)/tanα机械的效率(3/10)对吗？错误！反行程理想驱动力为F0＝Gtanα，故例5-2螺旋机构已知：拧紧时M＝Gd2tan(α＋φv)/2放松时M′＝Gd2tan(α－φv)/2现求：η及η′解采用上述类似的方法，可得拧紧时η＝M0/M＝tanα/tan(α＋φv)放松时η′＝G0/G＝tan(α－φv)/tanα机械的效率(4/10)3.机组的机械效率计算机组由若干个机器组成的机械系统。当已知机组各台机器的效率时，机械的总效率可计算求得。（1）串联串联机组功率传动的特点是前一机器的输出功率即为后一机器的输入功率。串联机组的总机械效率为PrPdη＝P1P2PdP1…PkPk-1＝＝η1η2…ηk即串联机组总效率等于组成该机组的各个机器效率的连乘积。1k2η1η2ηkPdPrP1P2Pk-1Pk=Pr机械的效率(7/10)只要串联机组中任一机器的效率很低，就会使整个机组的效率极低；且串联机器数目越多，机械效率也越低。结论（2）并联并联机组的特点是机组的输入功率为各机器的输入功率之和，而输出功率为各机器的输出功率之和。η＝∑Pri∑PdiP1η1+P2η2+…+PkηkP1+P2+…+Pk＝结论12kη1η2ηkP1η1P2η2PkηkP1P2PkPd机械的效率(8/10)并联机组的总效率主要取决于传动功率大的机器的效率。（3）混联分别计算出总的输入功率∑Pd和总的输出功率∑Pr，按下式计算其总机械效率。η＝∑Pr/∑Pd常用机构和运动副的效率1.机械的自锁§5-2机械的自锁（1）自锁现象某些机械，就其机械而言是能够运动的，但由于摩擦的存在，却会出现无论驱动力如何增大，也无法使机械运动的现象。（2）自锁意义设计机械时，为使机械能实现预期的运动，必须避免机械在所需的运动方向发生自锁；有些机械的工作需要具有自锁的特性，（3）自锁条件机械发生自锁实质上是机械中的运动副发生了自锁。如手摇螺旋千斤顶。2.机械自锁条件的确定(1)从运动副发生自锁的条件来确定原因机械的自锁实质就是其中的运动副发生了自锁。F①移动副摩擦角为φ。则Ft=Fsinβ=FntanβFfmax=Fntanφ当β≤φ时，有Ft≤Ffmax即当β≤φ时，无论驱动力F如何增大，其有效分力Ft总小于驱动力F本身所引起的最大摩擦力Ffmax，因而总不能推动滑块运动，即为自锁现象。结论移动副发生自锁的条件为：在移动副中，如果作用于滑块上的驱动力作用在其摩擦角之内（即β≤φ），则发生自锁。设驱动力为F，传动角为β，nnβφFtFnFRFfmax机械的自锁(2/7)②转动副设驱动力为F，力臂长为a,当F作用在摩擦圆之内时（即a≤ρ），则M=aF≤Mf=FRρ=Fρ即F任意增大（a不变），也不能使轴颈转动，即发生了自锁现象。结论作用在轴颈上的驱动力为单力F，且作用于摩擦角之内，即a≤ρ。摩擦圆半径为ρ，1212FaρFR=F机械的自锁(3/7)例5-6斜面机构自锁要求F′≤0，即tan(α－φ)≤0故此自锁条件为α≤φ。G≤0意味着只有阻抗力反向变为驱动力后，才能使机械运动，此时机械已发生自锁。反行程：驱动力为G，阻抗力矩为F，′机构的自锁(5/7)F＝Gtan(α－φ)′则(2)从生产阻力G≤0的条件来确定（3）从效率η≤0的条件来确定当机械发生自锁时，无论驱动力如何增大，其驱动力所作的功Wd总是不足以克服其引起的最大损失功Wf，η＝1－Wf/Wd≤0故例5-8手摇螺旋千斤顶其反行程的效率为η′＝G0/G=tan(α－φv)/tanα令η′≤0，则得此自锁条件为α≤φv。机构的自锁(6/7)举例：例5-10斜面压榨机例5-11偏心夹具例5-12凸轮机构的推杆例：图示机构中1构件为原动件，转动方向已知，G为阻抗力，摩擦角和摩擦圆半径均已知，试判定作用于1构件上的平衡力矩的大小和方向。解：（1）分析构件2的受力R12注意:1)总反力的方向2)三力要汇交于一点R32G+R12+R12=0R32R12G画出力的矢量封闭图,可以求解出总反力R12。（2）分析构件1的受力注意:1)作用力与反作用力的关系。2)要满足力的平衡条件R21R31hM=R21h逆时针向3)要满足力的平衡条件若同上例条件，判定该机构的效率。解：应用公式η=M0/M计算效率M0是理想状态下的驱动力矩，可以在不计摩擦力的情况下求解R120R320R320R120GR210R310h0M0=R210h0逆时针向η=M0/M作业4-19、5-8a)第4、第5章总结•重点内容：•运动副中的摩擦及总反力的确定•考虑摩擦时机构的受力分析•机械效率的计算•机械自锁条件的确定•难点内容：•运动副中总反力方向的确定•机械自锁条件的确定思考题：1。移动副的自锁条件是—————————，转动副的自锁条件是—————————，螺旋副的自锁条件是—————————。2。机械中V带比平带应用广泛，从摩擦角度来看，其主要原因是——————。3。在由若干机器串联构成的机组中，若这些机器的单机效率均不相同，其中最高效率和最低效率分别为max和min，则机组的总效率必有如下关系：。4。在机械中阻力与其作用点速度方向。A).相同;B).一定相反;C).成锐角;D).相反或成钝角。5。考虑摩擦的转动副，不论轴颈在加速、等速、减速不同状态下运转，其总反力的作用线切于摩擦圆。A)都不可能；B)不全是；C)一定都是