西安理工大学：《机械原理》第五章 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; √李握简单机械的效率和自锁条件的求解六法。 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

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 机械中的功: >驱动功(输入功)W—作用在机械上的驱动力所作的功 有效功(輪出功)W—克服生产阻力所作的功 损耗功W克服有害阻力所作的功。 机械稳定运转时,在一个循环中有:[W=W+W 机械的效率: 1.机械效率η:輪出功和輪入功的比值。反映了輪入功在 机械中有效利用的程度。 输出功(率)输入功(率)损耗功(率) n输入功(率 输入功(率) y 损失 或:+v=1 系数

§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。 机械稳定运转时, 在一个循环中有： Wd＝Wr ＋Wf 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 输入功（率） 输入功（率）损耗功（率） 输入功（率） 输出功（率） 损失 或： + = 1 系数

2.机械效率的表达形式 >功率表达形式: 当N2=cons时(恒功率输入): 实际输出功率 理想输出功率[]1 当No= const时(恒功率输出): 理想输入功率_[N] =实际输入功率N 1 >力(矩)表达形式 当F= const时: 实际输出力(矩) η=理想输出力(矩) 当F= const时 理想输出力(矩)[_[M] 实际输出力(矩)F1=M ≤1

2. 机械效率的表达形式 ➢功率表达形式：   = =  1 O O N N 理想输出功率 实际输出功率  当 N const i = 时（恒功率输入）：   = =  1 i i N N 实际输入功率 理想输入功率  当 N const O = 时（恒功率输 出）： ➢力（矩）表达形式：     = = =  1 O O O O M M F F 理想输出力（矩） 实际输出力（矩）  当 F const i = 时： 当 F const O = 时：     = = =  1 i i i i M M F F 实际输出力（矩） 理想输出力（矩） 

例如斜面机构,其机械效率可如下求出。 F 1)正行程根据力的平衡条件 F N21 R21 F+FR2+G=0→F=G·tg(a+q)Fa F=G·g(a+φ) []=G·go F 2 g F1tg(a+)线 R2 12)反行程F+F21+G=0→F=G(g(a-q) N21 G·g(a-φ) R21 F F=G tga 2 G g(-9 ga

例如斜面机构,其机械效率可如下求出。 根据力的平衡条件 0  F = G  tg( +) F + FR21 + G =    1）正行程 V12 1 2 F FN21 Ff21  FR21   G F FR21 + G      =  =  +    F G tg F G tg i i ( )   (  )   + = = tg tg F F i i 0 F + FR21 + G =    2）反行程  F = G  tg( −) V12 1 2 F' FN21 Ff21  FR21   G F' FR21 - G       =   =  −    F G tg F G tg o o ( )   ( )     tg tg F F O O − =   =

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。 、机组的效率: 1、串联机组 2 k 设机组的输入功率为N,各机器的效率为、2…k,N 为机组的输出功率。于是机组的机械效率为

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。 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 1 2 k Nd N1 N2 Nk-1 Nk η1 η2 ηk

2 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。 灌意下mim(1,2… 2、并联机组 总输入功率为 ∑Nd=N1+N2+…+NVk 1(1)2(2 nk(k 总输出功率为 ∑N=N1+N2+…N=N11+N22+……+N1

k d k k d k N N N N N N N N       1 2 1 1 1 2 =    = = − 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。 2、并联机组 1 2 k Nd N1 N2 Nk N k η1 η2 ηk N N 2  总输出功率为 1 ΣNr = N1 ´+N2 ´+……+ Nk ´ = N1 η1+ N2 η2+……+Nk ηk 总输入功率为 ΣNd = N1+N2+……+N k 注意！ η< min{η1，η2， ηk }

所以总效率为 丛N,N1h1+N22+……+Nkmk N1+N2+…+Nk 设5=x为分流系数 →们=51m1+22m2+………+5kmk 灌意/min}mx{;} 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 兼有并联和混联的机组。M(2 们三ENd 串并 (兴OAy

所以总效率为 k k k d r N N N N N N N N + + + + + + = =   1 2 1 1 2 2      = 1 1 + 2 2 ++ k k 设 d j j N N   = 为分流系数 注意！ min {ηj } <η< max {ηj } 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  串  并    = =  d r N N 兼有并联和混联的机组

例: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095;一对圆锥齿轮传动的效率为092 (均已包括轴承效率)。求该传动装置的总效率。 解:此传动装置为一混联系统 张 ◆圆柱齿轮1、2、3、4为串联 T=m1n273≈0.95 乖张非乖 圆锥齿轮5-6、78、9-10 11-12为并联。 P77 n=n4 56 0.92 此传动装置的总效率 =mm”=m 12113456 0952·0.92=0.83

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。 ' '' 0.95 0.92 0.83 2  =   = 1 23 45 6 =  = 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 ''= 56 = 0.922 '= 1234 = 0.95

§5-2机械的自锁 机械的自锁 由于摩擦力的存在,无论驱动如何增大也无油使机械运动 的现象。 自锁现象的意义 3P 1)设计机械时,为了使机 对心 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

§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

发生自锁的条件 1运动副的自锁: 1)移动副: F R F=Fsin B=F',tgB 12 Fimax =Fn tgo=Fntgo fmax 当阝g时,可知 F=130=四月≤Ff 自锁 topp max 此时:wWf 们 0

1.运动副的自锁： 三、发生自锁的条件 V12 Ffmax FN FR  F F n Ft β Ffmax=FN tgφ=Fn tgφ 当β≤φ时， 可知 Ft = F sin = Fn tg max max f f t n t g F t g F F = F t g =     自锁 此时：  = 1−  0 d f d f W W W W ；  1） 移动副：