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单击此处编辑母版标题样式,特别申明:本电子教案中所有素材的版权归原创作者东莞理工学院钟守炎教授所有。购买方有权复制多份光盘用于本单位的教学。但不得提供给第三方。未经作者同意,也不得在公开出版物中引用其中的素材,违者应承担相应的法律责任。作者:钟守炎 教授,2004,年,2,月,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第五章 机械的效率和自锁,5,1,机械的效率,5,2,机械的自锁,内容提要,1,动能增量,损失功,有效功,驱动功,m,t,一、机械运转时的功能关系,5,1,机械的效率,1.,动能方程,机械运转时,所有作用在机械上的力都要做功,由能量守恒定律知:所有外力之功等于动能增量,2.,机械的运转(过程),W,d,W,r,W,f,=E,00,输入功大于有效功与损失功之和。,W,d,W,r,W,f,=E,E,0,a),启动阶段 速度,0,动能,0E,启动,2,m,t,稳定运转,启动,b),稳定运转阶段,在一个循环内有:,W,d,W,r,W,f,=E,E,0,0,匀速稳定阶段,常数,任意时刻都有:,变速稳定阶段,在,m,上下,周期波动,(t)=,(t+T,p,),E=0,W,d,=,W,r,+W,f,W,d,W,r,W,f,=E,E,0,0,W,d,=,W,r,W,f,c),停车阶段,0,W,d,W,r,W,f,=E,E,0,0,停止,输入功小于有效功与损失功之和。,输入功总是等于有效功与损失功之和。,3,二、机械的效率,(mechanical,effeciency,),机械在稳定运转阶段恒有,:,比值,W,r,/W,d,反映了驱动功的有效利用程度,,称为,机械效率,。,1.,W,r,/W,d,2.,用功率表示:,P,r,/P,d,分析:,总是小于,1,,当,W,f,增加时将导致,下降。,设计机械时,尽量减少摩擦损失,措施有:,W,d,=,W,r,+W,f,(5-1),b),考虑润滑,c),合理选材,1,W,f,/W,d,(5-2),(W,d,W,f,)/W,d,(P,d,P,f,)/P,d,1,P,f,/P,d,(5-2),a,),用滚动代替滑动,4,F,v,F,F,0,v,G,G,机械,3.,用力的比值表示:,G,v,G,/,F,v,F,(a),P,r,/P,d,对理想机械,有理想驱动力,F,0,0,P,r,/P,d,=,G,v,G,/,F,0,v,F,代入得,:,F,0,v,F,/F,v,F,F,0,/F,(c),4.,用力矩来表示有:,M,0,/,M,d,(d),1 (b),同理:当驱动力,F,一定时,理想工作阻力,G,0,为:,G,0,v,G,/F,v,F,1,得:,G,v,G,/G,0,v,G,G/G,0,用力矩来表示有:,M,G,/,M,G0,5,重要结论:,例如:计算螺旋副的效率:,拧紧:,理想机械:,M,0,d,2,G,tg(,)/2,M,0,/M,拧松,时,驱动力为,G,,,M,为阻力矩,则有:,实际驱动力:,G=2M/,d,2,tg(,-,v,),理想驱动力:,G,0,=2M/,d,2,tg(,),G,0,/G,以上为计算方法,工程上更多地是用实验法测定,,,表,5,2,列出由实验所得简单传动机构和运动副的机械效率,。,tg(,)/tg(,v,),(,5-7,),tg(,-,v,)/,tg(,),(,5-8,),6,7,8,表,5-2,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,67,级精度齿轮传动,0.980.99,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,0.940.96,干油润滑,铸造齿、开式齿轮传动,0.90.93,圆锥齿轮传动,67,级精度齿轮传动,0.970.98,良好跑合、稀油润滑,8,级精度齿轮传动,0.940.97,稀油润滑,切制齿、开式齿轮传动,0.920.95,干油润滑,铸造齿、开式齿轮传动,0.880.92,蜗杆传动,自锁蜗杆,0.400.45,单头蜗杆,0.700.75,双头蜗杆,0.750.82,润滑良好,三头、四头蜗杆,0.800.92,圆弧面蜗杆,0.850.95,9,续表,5-2,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,0.900.98,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,0.300.80,滚动螺旋,0.850.95,V,型带传动,0.940.96,套筒滚子链,0.96,无声链,0.97,链传动,平摩擦轮传动,0.850.92,摩擦轮传动,润滑良好,槽摩擦轮传动,0.880.90,0.94,润滑不良,0.97,润滑正常,0.99,液体润滑,滚动轴承,螺旋传动,10,5.,复杂机械的机械效率计算方法,1),串联:,特点是前一机器的输出功率是后一机器的输入功率,2),并联,特点是机组的输入功率为各机器输入功率之和,而输出功率为各机器输出功率之和。,总效率,不仅与各机器的效率,i,有关,而且与传递的功率,N,i,有关。,设各机器中效率最高最低者分别为,max,和,min,则有:,N,d,N,k,N,1,N,2,N,k-1,1,2,k,N,1,N,2,N,k,N,1,N,2,N,k,1,2,k,N,d,N,r,min,max,主要取决于传递功率最大的机器的效率,11,N,d,N,k,N,1,N,2,1,2,N,”,r,N,r,N,d,N,k,N,1,N,2,N,d2,N,”,d2,N,”,d3,N,d3,N,r,N,”,r,1,2,3,3,“,4,4,“,N,1,N,2,N,d2,N,”,d2,N,”,d3,N,d3,N,r,N,”,r,1,2,3,3,“,4,4,“,N,d,N,k,3),混联,先分别计算,合成后按串联或并联计算。,作者:潘存云教授,N,r,并联计算,串联计算,N,”,r,N,r,串联计算,12,自锁的定义:,无论驱动力多么大,都不能超过由它所产生的摩擦阻力,也无法使机械运动的现象称为,机械的自锁,。,0,当,=0,时,机械处于临界自锁状态;,当,G0,驱动力做的功永远,由其引起的摩擦力所做的功,三、分析(是否)自锁的方法,1.,从效率观点判断,2.,从生产阻力方面判断,16,根据不同的场合,应用不同的,机械自锁判断条件,:,驱动力在运动方向上的分力,F,t,F,摩擦力。,令生产阻力,G0,;,令,0,;,驱动力落在摩擦锥或摩擦圆之内;,17,作者:潘存云教授,例,1,:,求螺旋千斤顶反行程的自锁条件,解:,根据螺旋千斤顶反行程的机械效率:,0,得自锁条件:,tg(,-,v,),0,令,tg(,-,v,)/,tg(,),v,则,v,=8.7,若取:,f,v,=0.15,18,90-,90-+,19,20,21,F,R13,F,R23,90,+,90,-+2,-,90,-(-),-2,90,-,1,3,2,例,2,求图示,斜面压榨机,的自锁条件。,力多边形中,根据正弦定律得:,F,F,R32,G,G=,F,R,23,cos(,-2)/cos,G,F,F,R32,v,32,F,R,13,+,F,R,23,+,G=0,大小:,?,方向:,F,R,32,+,F,R,12,+,F=0,大小:,?,方向:,F=,F,R,32,sin(,-2)/cos,令,F0,得:,F=Gtg(,-2),tg(,-2),0,2,由,F,R,32,-,F,R,23,可得:,F,R13,F,R23,F,R12,F,R12,-,以,3,为,对象,以,2,为对象,22,作者:潘存云教授,1,D,A,3,O,2,B,O,D,A,1,2,3,应用实例:图示,钻夹具,在,F,力夹紧,去掉,F,后要求不能松开,即反行程具有自锁性。已知,e,,,D,、,分析其几何条件。,由此可求出夹具各参数的几何条件为:,在直角,ABC,中有:,在直角,OEA,中有:,反行程具有自锁条件为:,s-s,1,e,sin(,),(Dsin,)/2,(5-13),s=OE,s,1,=AC,e,分析:若总反力,F,R23,穿过摩擦圆,-,发生自锁,=(,Dsin,)/2,=,e,sin(,),-,F,F,R23,B,s,s,1,E,E,O,A,C,B,C,为楔紧角,23,例,图示机构为破碎机原理简图,待破碎的球形料快的重量忽略不计。料块与颚板之间的摩擦系数为,f.,求料块被夹紧(不会向上滑脱)时颚板夹角 应为多大。,2,1,3,24,2,1,3,R,12,R,32,自锁条件,R,12,的竖直向上的分力小于,R,32,竖直向下的分力,即,25,图示为一颚式破碎机在破碎矿石时要矿石不至被向上挤出,试问角应满足什么条件,?,经分析你可得出什么结论,?,26,27,解:设矿石的重量为,Q,,矿石与鄂板间的摩擦因数为,f,,则摩擦角为,矿石有向上被挤出的趋势时,其受力如图所示,由力平衡条件知:,即,当,时,即,,矿石将被挤出,即自锁条件为,28,习题:在图示斜块机构中,已知驱动力,P=30 N,,各接触面之间的摩擦角,及斜面与垂直方向的夹角,如图所示。试列出斜块,1,、,2,的力平衡方程式,并用图解法求出所能克服的工作,Q,的大小。,29,规定,:取力比例尺,P,=1 N/mm,。,解:在机构图中画出各全反力如图,斜块,1,的力平衡方程式:,P +R,21,+R,31,=0,斜块,2,的力平衡方程式:,Q +R,12,+R,32,=0,按比例尺,P,=1 N/mm,。分别画出楔快,1,、,2,的力多边形如图,并从图中量得,da,=16.5 mm,,则,Q=,da,P,=16.5 1=16.5 N,30,31,32,33,本章内容:,1.,基本要求,理解,机械效率,的概念,掌握机械效率的各,种表达形式和计算方法,。,理解机械,自锁的概念,以及求简单机械自锁,的几何条件。,2.,重点难点,机械效率的计算,机械,自锁条件的确定,。,主目录,34,
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