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第五章 机械的效率及自锁

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. 返回. §5-1 机械的效率. 1. 机械效率的概念及意义. 驱动功（输入功 ）：作用在机械上驱动力所做的功， W d. 有效功（输出功 ) ：机械克服生产阻力所做的功， W r. 损失功：机械克服有害阻力所做的功， W f. 功： W d =W r +W f 功率： P d =P r +P f. 机械效率  ：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。用 表示。. 机械效率是机械中的一个主要性能指标。. v G. F.

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第五章 机械的效率及自锁

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  1. 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 返回

  2. §5-1机械的效率 1.机械效率的概念及意义 驱动功（输入功 ）：作用在机械上驱动力所做的功，Wd 有效功（输出功)：机械克服生产阻力所做的功，Wr 损失功：机械克服有害阻力所做的功，Wf 功：Wd=Wr+Wf 功率：Pd=Pr+Pf 机械效率 ：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。用表示。 机械效率是机械中的一个主要性能指标。

  3. vG F 理论机械装置 η0 理想驱动力矩 vF 理想驱动力 ＝ 即 η ＝ 实际驱动力矩 实际驱动力 2.机械效率的确定 0 实际机械装置 η （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=GvG /FvF η＝Pr/Pd＝1－Pf/Pd η0 = GvG /F0vF =1 （3）以力或力矩表示的计算公式 η＝F0/F＝M0/M

  4. η ＝F0 /F＝tanα/ tan(α－φ) ′ ′ 例斜面机构 已知：正行程 F ＝ Gtan(α＋φ) 反行程 F′＝Gtan(α－φ) 现求：η 及η ′ 解 因其正行程实际驱动力为F＝Gtan(α＋φ)，理想驱动力为F0＝Gtanα，故 对吗？ η＝F0/F＝tanα/ tan(α＋φ) 错误！ 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

  5. 例 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

  6. 例：求各运动副总反力和驱动力矩 3 2 B 1 O A 构件1: 构件2: C

  7. 求瞬时机械效率 3 2 B 1 O A D

  8. §5-2机械的自锁 1. 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， 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

  9. F FR φ Fn Ft Ffmax 1）移动副自锁条件 设驱动力为F， 传动角为β， 摩擦角为φ。则 Ft = Fsinβ = Fntanβ Ffmax= 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。

  10. F a ρ FR=F 2）转动副自锁条件 力臂长为a, 设驱动力为F， 摩擦圆半径为ρ， 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。 例偏心夹具

  11. (2) 从生产阻力G≤0的条件来确定 当机械发生自锁时，无论驱动力 如何增大，机械不能运动，这时能克 服的生产阻力G≤0。 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。

  12. G G 重物4 ′ 阻抗力矩为M， 则 螺母5 M′ ′ 托盘3 M ＝ Gd2tan(α－φv)/2 支座1 螺旋副 螺杆2 F 手把6 例 手摇螺旋千斤顶 驱动力为G， 反行程： 自锁要求M′≤0，即 tan(α－φv) ≤0 故此千斤顶自锁条件为α ≤φv 。

  13. 故 η＝1－Wf /Wd ≤0 （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，

  14. 例斜面机构 （1）正行程 不自锁 η＝F0/F＝tanα/ tan(α＋φ) （2）反行程 η′＝G0/G＝ tan(α－φ)/ tanα η′ ≤0 α ≤φ 自锁

  15. 例斜面压榨机

  16. 4 1 3 2 例:斜面压榨机正、反行程机械效率 （1）正行程 构件2： 构件3：

  17. （2）反行程

  18. 即 Ft ≤ Ffmax （4）从自锁的概念或定义的角度来确定 当生产阻力G 一定时，驱动力F任意增大，即F→∞，或驱动 力F的有效分力Ft总是小于等于其本身所能引起的最大摩擦力， 此时，机械将发生自锁。 例 凸轮机构的推杆

  19. 题5-8 3

  20. 思考题 • 转动副自锁条件是，移动副自锁条件是 。 • 机械效率用力或力矩比值表示形式是 。 • 3. 用机械效率表示机械自锁的条件是 。

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