機械原理第5章的效率與自鎖工程課件

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1、第五章第五章 機械的效率和自鎖機械的效率和自鎖51 機械的效率機械的效率52 機械的自鎖機械的自鎖作者：潘存云教授重力功重力功動能增量動能增量有害功有害功有效功有效功驅動功驅動功m m t 一、機械運轉時的功能關系一、機械運轉時的功能關系51 機械的效率機械的效率1.動能方程動能方程機機械械運運轉轉時時，所所有有作作用用在在機機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：所有外力之功等于動能增量2.機械的運轉機械的運轉 WdWrWfWG=E00輸入功大于有害功之和。輸入功大于有害功之和。WdWrWfWG=EE0 a)啟動階段啟動階段 速度速度0 ,動能動能0 0 E

2、E啟動啟動作者：潘存云教授m m t 穩定運轉穩定運轉啟動啟動b)穩定運轉階段穩定運轉階段在一個循環內有在一個循環內有 WdWrWf=EE00勻速穩定階段勻速穩定階段 常數，任意時刻都有：常數，任意時刻都有：變速穩定階段變速穩定階段 在在m m上下上下 周期波動周期波動,(t)=(t)=(t+T(t+Tp p)WG=0,E=0E=0 Wd=Wr+WfWdWrWf=EE00 Wd=WrWfc)停車階段停車階段 0 WdWrWfWG=EE0 0；1機械穩定運轉時，其輸入、輸出功滿足機械穩定運轉時，其輸入、輸出功滿足一、機械效率及其表達形式一、機械效率及其表達形式1）功表示法）功表示法 ：=Wr /

3、Wd =1-Wf/Wd 2）功率表示法：功率表示法：=Pr /Pd =1-Pf/Pd 3）力）力(或力矩或力矩)表示法表示法:2 2、機械效率的幾種表達方式、機械效率的幾種表達方式輸入輸出工作機 =Pr/Pd =G vG/F vF若為理想機械若為理想機械(不計摩擦不計摩擦)0=1 設輸出功率不變（仍為設輸出功率不變（仍為G vG,生產阻力不變的情況下給定生產阻力不變的情況下給定理想驅動力）理想驅動力）G vG =F0 vF (克服克服G，需要需要F0 （理想驅動力）（理想驅動力）(F)=G vG/F vF=F0 vF/F vF=F0/F G)=G vG/F vF=G vG/G0 vG=G/G0

4、1輸入輸出工作機F0vF FvG GG作者：潘存云教授理想理想機械機械對對理理想想機機械械，當當工工作作阻阻力力G一定時，一定時，有理想驅動力有理想驅動力F00Pr /Pd=G vG/F0 vF代入得代入得 F0 vF/F vFF0/F用力矩來表示有用力矩來表示有 Md0/Md1同同理理：當當驅驅動動力力F一一定定時時，理想工作阻力為理想工作阻力為G0：G0 vG/F vF1得：得：G vF/G0 vFG/G0用力矩來表示有：用力矩來表示有：M G/MG0理想理想機械機械FvF FvG GG0FvF FvG GG機械機械若為理想機械若為理想機械(不計摩擦不計摩擦)0=1機械效率可表示為：機械效

5、率可表示為：（1 1）在在克服克服同樣生產阻力（力矩）同樣生產阻力（力矩）的情況下，的情況下，理理想驅動力（力矩）與實際驅動力（力矩）之比值想驅動力（力矩）與實際驅動力（力矩）之比值（2 2）在在同樣驅動力（力矩）同樣驅動力（力矩）的情況下，機械所能的情況下，機械所能克服的克服的實際生產阻力（力矩）與理想生產阻力（力實際生產阻力（力矩）與理想生產阻力（力矩）之比值矩）之比值二、機械效率的計算二、機械效率的計算斜面機構（螺旋）為例斜面機構（螺旋）為例GFFNF FR21 vFGFR21 +F GF R21 -滑塊上升時：滑塊上升時：實際驅動力：實際驅動力：F=G tan(+)理想驅動力：理想驅動

6、力：F0=G tan =F0/F=tan /tan(+)滑塊下降時：滑塊下降時：（G 為為驅動力驅動力）實際阻力：實際阻力：F=G tan(-)理想阻力：理想阻力：F0=G tan =F/F0=tan(-)/tan 表表5-2 簡單傳動機械和運動副的效率簡單傳動機械和運動副的效率名名 稱稱傳傳 動動 形形 式式效率值效率值備備 注注圓柱齒圓柱齒輪傳動輪傳動67級精度齒輪傳動級精度齒輪傳動 0.980.99 良好跑合、稀油潤滑良好跑合、稀油潤滑 8級精度齒輪傳動級精度齒輪傳動 0.97 稀油潤滑稀油潤滑 9級精度齒輪傳動級精度齒輪傳動 0.96 稀油潤滑稀油潤滑 切制齒、開式齒輪傳動切制齒、開式

7、齒輪傳動 0.940.96 干油潤滑干油潤滑 鑄造齒、開式齒輪傳動鑄造齒、開式齒輪傳動 0.90.93圓錐齒圓錐齒輪傳動輪傳動67級精度齒輪傳動級精度齒輪傳動 0.970.98 良好跑合、稀油潤滑良好跑合、稀油潤滑 8級精度齒輪傳動級精度齒輪傳動 0.940.97 稀油潤滑稀油潤滑 切制齒、開式齒輪傳動切制齒、開式齒輪傳動 0.920.95 干油潤滑干油潤滑 鑄造齒、開式齒輪傳動鑄造齒、開式齒輪傳動 0.880.92蝸桿傳動蝸桿傳動自鎖蝸桿自鎖蝸桿 0.400.45單頭蝸桿單頭蝸桿 0.700.75雙頭蝸桿雙頭蝸桿 0.750.82 潤滑良好潤滑良好 三頭、四頭蝸桿三頭、四頭蝸桿 0.800.

8、92圓弧面蝸桿圓弧面蝸桿 0.850.95續表續表5-2 簡單傳動機械和運動副的效率簡單傳動機械和運動副的效率名名 稱稱傳傳 動動 形形 式式效率值效率值備備 注注帶傳動帶傳動平型帶傳動平型帶傳動 0.900.98滑動軸承滑動軸承球軸承球軸承 0.99 稀油潤滑稀油潤滑 滾子軸承滾子軸承 0.98 稀油潤滑稀油潤滑 滑動螺旋滑動螺旋 0.300.80滾動螺旋滾動螺旋 0.850.95V型帶傳動型帶傳動 0.940.96套筒滾子鏈套筒滾子鏈 0.96無聲鏈無聲鏈 0.97鏈傳動鏈傳動平摩擦輪傳動平摩擦輪傳動 0.850.92摩擦輪摩擦輪傳動傳動潤滑良好潤滑良好槽摩擦輪傳動槽摩擦輪傳動 0.880

9、.900.94 潤滑不良潤滑不良0.97 潤滑正常潤滑正常0.99 液體潤滑液體潤滑滾動軸承滾動軸承螺旋傳動螺旋傳動作者：潘存云教授復雜機械的機械效率計算方法：復雜機械的機械效率計算方法：1.)1.)串聯串聯2.)2.)并聯并聯總效率不僅與各機器的效率i有關，而且與傳遞的功率Ni有關。設各機器中效率最高最低者分別為設各機器中效率最高最低者分別為maxmax和和minmin 則有：則有：NdNkN1N2Nk-112kN1N2NkN1N2Nk12kNdNrminminmaxmax123k并聯 結論1）并不僅與各級分效率有關，還與總功率如并不僅與各級分效率有關，還與總功率如 何分配有關。何分配有關。

10、2）并介于分效率最小值與最大值之間（并介于分效率最小值與最大值之間（min 并并 Ft F f 滑塊加速運動 =Ft=F f 滑塊靜止或勻速運動 Ft Md M f 軸徑加速轉動a=Md=M f 軸徑塊靜止或勻速轉動a Md M f 軸徑不能轉動或減速轉動致靜止，即自鎖自鎖條件：自鎖條件：a 驅動力（外力的合力）作用于摩擦圓之內時，則發生自鎖。驅動力（外力的合力）作用于摩擦圓之內時，則發生自鎖。5-2 機械的自鎖機械的自鎖三、自鎖時的力學特征三、自鎖時的力學特征3、機械的自鎖、機械的自鎖1）因機械自瑣時，機械已不能運動，所以此時它所能克服的生產阻力G 0，故可由力分析求得的機械可以克服的生產阻

11、力，通過判斷G 是否小于0來確定機械是否自瑣。2）機械自瑣時，驅動力所做的功Wd總不足以克服損失功Wf，所以，此時機械效率 0。h=0 條件自瑣，自鎖條件是機械原靜止，此種自鎖不可靠。h0自鎖可靠，且效率越小自鎖越可靠結束注意：此時注意：此時 已沒有一般機械效率的意義，它只表明機械自鎖的情況和程已沒有一般機械效率的意義，它只表明機械自鎖的情況和程度。度。5-2 機械的自鎖機械的自鎖四、舉例四、舉例1、螺旋千斤頂的自鎖條件。、螺旋千斤頂的自鎖條件。FG保證:不論重物重量多大，均不能驅使螺母轉動。即在以 G 為驅動力時，機構具有自鎖性。G為任意值時所能克服的生產阻力為任意值時所能克服的生產阻力 F

12、 0(或或 M 0）tg(-v)0 即:v h=tg(-V)/tg 0 v 或：機械效率或：機械效率 0結束5-2 機械的自鎖機械的自鎖四、舉例四、舉例2、偏心卡具：在工件反力作用下的自鎖條件、偏心卡具：在工件反力作用下的自鎖條件AB結束5-2 機械的自鎖機械的自鎖四、舉例四、舉例3、偏心卡具：在工件反力作用下的自鎖條件、偏心卡具：在工件反力作用下的自鎖條件ABF F 去除后，卡具不松脫，則必去除后，卡具不松脫，則必須使反力須使反力F FR23R23與摩擦圓與摩擦圓 相割相割FD Oe R23 E.s1sC由幾何條件：由幾何條件：S-S 1 由直角三角形由直角三角形ABC知：知：S1 =AC=

13、R sin 又由直角三角形又由直角三角形OAE知：知：S =OE=e sin(-)自鎖條件：自鎖條件：結束5-2 機械的自鎖機械的自鎖四、舉例四、舉例3、凸輪機構推桿：在凸輪推力、凸輪機構推桿：在凸輪推力F 作用下的避免自鎖條件作用下的避免自鎖條件 l=?l結束5-2 機械的自鎖機械的自鎖四、舉例四、舉例3、凸輪機構推桿：在凸輪推力、凸輪機構推桿：在凸輪推力F 作用下的避免自鎖條件作用下的避免自鎖條件 l=?FN2FN1Ff 2Ff 1FLl水平力平衡：水平力平衡：力矩平衡：力矩平衡：不發生自鎖：不發生自鎖：結束作者：潘存云教授作者：潘存云教授FR13FR2390+9090-+2-+2-909

14、0-(-)-(-)-29090-1324、求圖示斜面壓榨機的自鎖條件求圖示斜面壓榨機的自鎖條件。力多邊形中，根據正弦定律得：力多邊形中，根據正弦定律得：提問：提問：如如F力反向，該機械發生自鎖嗎？力反向，該機械發生自鎖嗎？FFR32GG=F FR R23 cos(-2)/cos-2)/cosGFFR32v32F FR R13+F FR R23+G=0 大小：大?。海糠较颍悍较颍篎 FR R32+F FR R12+F=0 大小：大?。?？方向：方向：F=F FR R32 sin(-2)/cos-2)/cos 令令F0F0得得F=Gtan(-2)-2)tan(-2)-2)0022由由F FR R32

15、-F FR R23 可得可得 FR13FR23FR12FR12-5-3 本章小結本章小結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:1、機械效率的幾種表達方式機械效率可表示為：（1 1）在在克服同樣生產阻力（力矩）的情況下，理想驅動力克服同樣生產阻力（力矩）的情況下，理想驅動力（力矩）與實際驅動力（力矩）之比值（力矩）與實際驅動力（力矩）之比值（2 2）在同樣驅動力（力矩）的情況下，機械所能克服的實在同樣驅動力（力矩）的情況下，機械所能克服的實際生產阻力（力矩）與理想生產阻力（力矩）之比值際生產阻力（力矩）與理想生

16、產阻力（力矩）之比值2、自鎖時的力學特征移動副移動副自鎖條件：自鎖條件：驅動力（外力的合力）作用于摩擦角之內時，則發生自鎖。驅動力（外力的合力）作用于摩擦角之內時，則發生自鎖。轉動副轉動副自鎖條件：自鎖條件：a 驅動力（外力的合力）作用于摩擦圓之內時，則發生自鎖。驅動力（外力的合力）作用于摩擦圓之內時，則發生自鎖。根據不同的場合，應用不同的根據不同的場合，應用不同的機械自鎖判斷條件機械自鎖判斷條件：驅動力在運動方向上的分力驅動力在運動方向上的分力P Pt tFF摩擦力。摩擦力。令生產阻力令生產阻力Q0Q0令令00驅動力落在摩擦錐或摩擦圓之內驅動力落在摩擦錐或摩擦圓之內本章重點：本章重點：自鎖的概念，以及求簡單機械自鎖的幾何條件。自鎖的概念，以及求簡單機械自鎖的幾何條件。機械效率機械效率的計算方法的計算方法機構中不同運動副中總反力作用線的確定機構中不同運動副中總反力作用線的確定不同運動副中摩擦力與載荷之間的關系，摩擦不同運動副中摩擦力與載荷之間的關系，摩擦 角或摩擦圓的概念角或摩擦圓的概念