第五章 机械的效率及自锁 §5-1机构的效率 §5-2机械的自锁 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
第五章 机械的效率及自锁 §5-1 机构的效率 §5-2 机械的自锁 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
§5-1机构的效率 1.机械效率的概念及意义 (1)机械效率机械的输出功W)与输入功W)的比值， 以η表示。 机械损失系数或损失率，机械的损失功(W)与输入功(W) 的比值，以ξ表示。 =WWA=1-WWa=1-§ (2)机械效率的意义 机械效率反映了输入功在机械中的有效利用的程度，它是 机械中的一个主要性能指标，因摩擦损失是不可避免的，故必 有5>0和n<1。 降耗节能是国民经济可持续发展的重要任务之一。 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
因摩擦损失是不可避免的，故必 有ξ >0和η <1。 机械的损失功(Wf )与输入功(Wd ) 的比值， §5-1 机构的效率 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。 机械损失系数或损失率， 以ξ 表示。 η＝Wr /Wd ＝1－W ＝1－ ξ f /Wd （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， 降耗节能是国民经济可持续发展的重要任务之一。 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
机构的数率(210) 2.机械效率的确定 F (1)机械效率的计算确定 )以功表示的计算公式 理论机械装置 7% n=W/Wa=1-W/Wa G一 2)以功率表示的计算公式 -VG η=P/P=GvG/FvE n=P/Pd=1-PPd no=GVG/Fovg=1 3)以力或力矩表示的计算公式 η=FJF=MWM 即 理想驱动力 理想驱动力矩 = 实际驱动力 实际驱动力矩 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
2. 机械效率的确定 （1）机械效率的计算确定 1）以功表示的计算公式 η＝Wr /Wd＝1－Wf /Wd 2）以功率表示的计算公式 η＝Pr /Pd＝1－Pf /Pd 3）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 0 η = Pr /Pd=GvG /FvF 0 η0 = GvG /F0vF =1 vG vF F 机构的效率(2/10) PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
机构的数率(3/10) 例1斜面机构 已知 正行程 F=Gtan(a+) 反行程 F =Gtan(a+) 现求 η及n' 解因其正行程实际驱动力为F=Gtan(a+p),理想驱动力为 F。=Gtana,故 n=F/F=tana/tan(a+p) n'=F/F=tana/tan(a-p) 对吗？ 因其反行程实际驱动力为G=F'an(a一p),理想驱动力为 G。=F'/tana,故 n'=G/G=tan(a-)/tana PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
因其正行程实际驱动力为F＝Gtan(α＋φ)，理想驱动力为 F0 ＝Gtanα，故 例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) 对吗？ 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 机构的效率(3/10) PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
机构的数率(4/10) 例2螺旋机构 已知 拧紧时 M=Gd,tan(a+)/2 放松时 M'=Gd,tan(a-p)/2 现求 n及n' 解采用上述类似的方法，可得 拧紧时)=M/M=tana/tan(a+pv) 放松时n'"=G/G=tan(a一p,)/tana PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
例2 螺旋机构 已知 拧紧时 M ＝ Gd2 tan(α＋φv )/2 放松时 M′ ＝Gd2 tan(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 机构的效率(4/10) PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
机构的效卓(5/10) (2)机械效率的实验测定 机械效率的确定除了用计算法外，更常用实验法来测定， 许多机械尤其是动力机械在制成后，往往都需作效率实验。 现以蜗杆传动效率实验测定为例加以说明。 1)实验装置 定子平衡杆 蜗轮 电机定子 制动轮 电机转子 磅秤 × 喘 联轴器 2R 蜗杆 千分表 皮带 砝码 弹性梁 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
（2）机械效率的实验测定 机械效率的确定除了用计算法外，更常用实验法来测定， 许多机械尤其是动力机械在制成后，往往都需作效率实验。 现以蜗杆传动效率实验测定为例加以说明。 1）实验装置 G F 2R Q 定子平衡杆 电机转子 电机定子 磅秤 千分表 弹性梁 砝码 皮带 蜗杆 制动轮 蜗轮 联轴器 机构的效率(5/10) PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
机构的数率(6/10) 2)实验方法 实验时，可借助于磅秤测定出定子平衡杆的压力F来确定出 主动轴上的力矩M生，即M生=FI 同时，根据弹性梁上的千分表读数（即代表Q力），来确定 出制动轮上的圆周力F,=Q一G,从而确定出从动轴上的力矩M从， M从=FR=(Q-G)R 该蜗杆的传动机构的效率公式为 )=P/P主=OuM/(D生M主)=M从/(iM生) 式中为蜗杆传动的传动比。 对于正在设计和制造的机械，虽然不能直接用实验法测定其 机械效率，但是由于各种机械都不过是由一些常用机构组合而成 的，而这些常用机构的效率又是可通过实验积累的资料来预先估 定的（如表5-1简单传动机构和运动副的效率）。据此，可通过 计算确定出整个机械的效率。 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
同时，根据弹性梁上的千分表读数（即代表Q力），来确定 出制动轮上的圆周力Ft ＝Q－G， 从而确定出从动轴上的力矩M从， M从＝FtR＝(Q－G)R 该蜗杆的传动机构的效率公式为 η ＝P从/P主 ＝ω从M从/(ω主M主) ＝M从/(iM主) 式中 i为蜗杆传动的传动比。 对于正在设计和制造的机械，虽然不能直接用实验法测定其 机械效率，但是由于各种机械都不过是由一些常用机构组合而成 的，而这些常用机构的效率又是可通过实验积累的资料来预先估 定的（如表5-1 简单传动机构和运动副的效率）。 据此，可通过 计算确定出整个机械的效率。 2）实验方法 实验时，可借助于磅秤测定出定子平衡杆的压力F来确定出 主动轴上的力矩M主， 即 M主＝Fl 机构的效率(6/10) PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
机构的数率(7/10) 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。 当已知机组各合机器的机械效率时，则该机械的总效率可 由计算求得。 (1)串联 PP. 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 =102.k 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。 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
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机械效率时，则该机械的总效率可 由计算求得。 （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 Pr Pd η ＝ P1 P2 Pd P1 . Pk Pk-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。 η11 η22 ηkk Pd P1 P2 Pk-1 PPkr=Pr 机构的效率(7/10) PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
机构的数率(8/10) 结论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。 (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 P 功率为各机器的输出功率之和。 Pu P m+p2nt.+Pne ∑Pa P+P2+.+P 即并联机组的总效率与各机器的效率及其锁传动的功率的大 小有关，且)n<)<)ma;机组的总效率主要取决于传动功率大 的机器的效率。 结论 要提高并联机组的效率，应着重提高传动功率大的路 线的效率。 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
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。 要提高并联机组的效率，应着重提高传动功率大的路 线的效率。 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 ∑Pdi P1η1+P2η2+.+Pkηk P1+P2+.+Pk ＝ 即并联机组的总效率与各机器的效率及其锁传动的功率的大 小有关，且ηmin< η < ηmax； 机组的总效率主要取决于传动功率大 的机器的效率。 结论 η11 η22 ηkk P1η1 P2η2 P2η2 P1 P2 Pk Pd 机构的效率(8/10) PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
机构的效卓(9/10) (3)混联 混联机组的机械效率计算步骤为 1)现将输入功至输出功的路线弄清楚； 2)然后分别计算出总的输入功率∑P和总的输出功率∑P； 3)最后按下式计算其总机械效率。 n=P/P PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
（3）混联 混联机组的机械效率计算步骤为 1）现将输入功至输出功的路线弄清楚； 2）然后分别计算出总的输入功率∑Pd和总的输出功率∑Pr； 3）最后按下式计算其总机械效率。 η ＝ ∑Pr /∑Pd 机构的效率(9/10) PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com