5--《机械原理》机械的效率和自锁

第五章机械的效率和自锁基本要求：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。重点：机械的效率；自锁现象及自锁条件。难点:机械效率的概念及机械的自锁和自锁条件。§5-1机械的效率一、机械中的功：驱动功(输入功)Wd——作用在机械上的驱动力所作的功有效功(输出功）Wr——克服生产阻力所作的功损耗功Wf——克服有害阻力所作的功。Wd＝Wr＋Wf机械稳定运转时,在一个循环中有：二、机械的效率：输出功和输入功的比值。反映了输入功在机械中有效利用的程度。1.机械效率η：1输出功（率）输入功（率）损耗功（率）输入功（率）输入功（率）损失系数1或：2.机械效率的表达形式功率表达形式：1OONN理想输出功率实际输出功率当iNconst常量时（恒功率输入）：1iiNN实际输入功率理想输入功率当constNO时（恒功率输出）：力（矩）表达形式：1OOOOMMFF理想输出力（矩）实际输出力（矩）当constFi时：当constFO时：1iiiiFMFM理想输入力（矩）实际输入力（矩）例如斜面机构,其机械效率可如下求出。根据力的平衡条件)(tgGF021GFFR1）正行程V1212FFN21Ff21FR21GFFR21+GtgGFtgGFii)(tgtgFFii021GFFR()FGtg2）反行程V1212F'FN21Ff21FR21GF'FR21-G()GFtgGFtgGtgGtg对于计算单个机构的效率，通常用力或力矩形式的计算公式计算较为方便。对于由常用机构和运动副组成的机械系统，因常用机构的效率通过实验积累的资料可以预先估定，其系统的总的机械效率则可计算求出。表5-1简单传动机械和运动副的效率名称传动形式效率值备注圆柱齿轮传动6~7级精度齿轮传动0.98~0.99良好跑合、稀油润滑8级精度齿轮传动0.97稀油润滑9级精度齿轮传动0.96稀油润滑切制齿、开式齿轮传动0.94~0.96干油润滑铸造齿、开式齿轮传动0.9~0.93圆锥齿轮传动6~7级精度齿轮传动0.97~0.98良好跑合、稀油润滑8级精度齿轮传动0.94~0.97稀油润滑切制齿、开式齿轮传动0.92~0.95干油润滑铸造齿、开式齿轮传动0.88~0.92蜗杆传动自锁蜗杆0.40~0.45单头蜗杆0.70~0.75双头蜗杆0.75~0.82润滑良好三头、四头蜗杆0.80~0.92圆弧面蜗杆0.85~0.95续表5-1简单传动机械和运动副的效率名称传动形式效率值备注带传动平型带传动0.90~0.98滑动轴承球轴承0.99稀油润滑滚子轴承0.98稀油润滑滑动螺旋0.30~0.80滚动螺旋0.85~0.95V型带传动0.94~0.96套筒滚子链0.96无声链0.97链传动平摩擦轮传动0.85~0.92摩擦轮传动润滑良好槽摩擦轮传动0.88~0.900.94润滑不良0.97润滑正常0.99液体润滑滚动轴承螺旋传动三、机组的效率：1、串联机组设机组的输入功率为Nd,各机器的效率为η1、η2…ηk，Nk为机组的输出功率。于是机组的机械效率为12kNdN1N2Nk-1Nkη1η2ηkkkdkdkNNNNNNNN211121即串联机组的总效率等于组成该机组的各个机器的效率的连乘积。注意！ηmin{η1，η2，ηk}2、并联机组12kNdN1N2NkNkη1η2ηkN2N1总输出功率为ΣNr=N1´+N2´+……+Nk´=N1η1+N2η2+……+Nkηk总输入功率为ΣNd=N1+N2+……+Nk所以总效率为kkkdrNNNNNNNN212211并联机组的总效率不仅与各机器的效率有关，而且也与各机器所传递的功率有关。3、混联机组并串drNN兼有并联和混联的机组。设各机器中效率最高最低者分别为ηmax和ηmin则有：ηminηηmax例:解:如图所示为一输送辊道的传动简图。设已知一对圆柱齿轮传动的效率为0.95；一对圆锥齿轮传动的效率为0.92(均已包括轴承效率)。求该传动装置的总效率。83.092.095.0'''2563412此传动装置为一混联系统圆柱齿轮1、2、3、4为串联圆锥齿轮5-6、7-8、9-10、11-12为并联。此传动装置的总效率5/65/67/87/89/109/1011/1211/125/67/89/1011/12''0.92NNNNNNNN2341295.0'§5-2机械的自锁一、机械的自锁由于摩擦力的存在，无论驱动如何增大也无法使机械运动的现象。二、自锁现象的意义1）设计机械时，为了使机械实现预期的运动，必须避免机械在所需的运动方向发生自锁；2）一些机械的工作需要其具有自锁特性。1.运动副的自锁：三、发生自锁的条件V12FfmaxFNFRFFnFtβFfmax=FNtgφ=Fntgφ当β≤φ时，可知tgFFFntsinmaxmaxffntFtgtgFtgFF自锁此时：01dffd；1）移动副：Md=Fa同样，亦产生了自锁。fdMMa时，当2）转动副：FR=FMf=FR=F01dffd此时：而如前述，轴承对轴颈的摩擦力矩为21rOFR21FN21Ff21aF2.机械自锁的一般条件条件：机械发生自锁时，无论驱动力多么大，都不能超过由它所产生的摩擦阻力。当=0时，机械处于临界自锁状态；当0时，其绝对值越大，表明自锁越可靠。dfdfddr1驱动力所作的功，总是小于或等于由它所产生的摩擦阻力所作的功。0例1:如图所示螺旋千斤顶当机构反行程自锁时，η≤0，得0)('tgtgv0)(vtg即该螺旋千斤顶的自锁条件为α≤φvV1212F'FN21Ff21FR21GF'FR21-G例2：如图所示，为一斜面压榨机，，求在Q作用下的自锁条件。2）分别取滑块2、3为分离体列出力平衡方程式解：1）作出各移动副的总反力。力多边形中，根据正弦定律得：提问：如P力反向，该机械发生自锁吗？Q=R23cos(α-2φ)/cosφR13+R23+Q=0大小：？？√方向：√√√R32+R12+P=0大小：√？？方向：√√√P=R32sin(α-2φ)/cosφ令P≤0得：P=Qtg(α-2φ)tg(α-2φ)≤0α≤2φ由R32＝R23可得：Pα132R32R13QR12QR13R23PR12R3290°+φ90°-α+2φα-φ90°-(α-φ)α-2φ90°-φv32R23例3、偏心卡具：在工件反力作用下的自锁条件ABF去除后，卡具不松脱，则必须使反力FR23与摩擦圆相割FDOeR23E.s1sC由几何条件：S–S1由直角三角形ABC知：S1=AC=Rsin又由直角三角形OAE知：S=OE=esin(-)自锁条件：sin)sin(Re例4、凸轮机构推杆：在凸轮推力F作用下的避免自锁条件l=?FLl21NNFF水平力平衡：LFlFN1力矩平衡：lLfFFfFFFNff22121不发生自锁：lLFFN1fLl2FN2FN1Ff2Ff1通过以上分析，判断机构是否自锁可采用以下方法：1、分析驱动力是否作用于摩擦角（或摩擦圆）之内；2、机械效率是否等于或小于零；3、阻抗力是否等于或小于零；4、驱动力是否等于或小于最大摩擦力。要做到正确确定机械的自锁条件，一是要清楚机械自锁的概念；二是要清楚机械是正行程自锁，还是反行程自锁；三是要根据机械的具体情况，选用简便的机械自锁条件确定的方法。自锁问题小结作业5-6、5-7、5-8