機(jī)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(jī)械的效率和自鎖機(jī)械的效率和自鎖51 機(jī)械的效率機(jī)械的效率52 機(jī)械的自鎖機(jī)械的自鎖作者：潘存云教授重力功重力功動(dòng)能增量動(dòng)能增量有害功有害功有效功有效功驅(qū)動(dòng)功驅(qū)動(dòng)功m m t 一、機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的功能關(guān)系一、機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的功能關(guān)系51 機(jī)械的效率機(jī)械的效率1.動(dòng)能方程動(dòng)能方程機(jī)機(jī)械械運(yùn)運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)時(shí)時(shí)，所所有有作作用用在在機(jī)機(jī)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(dòng)能增量2.機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn) 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(dòng)階段啟動(dòng)階段 速度速度0 ,動(dòng)能動(dòng)能0 0 E

2、E啟動(dòng)啟動(dòng)作者：潘存云教授m m t 穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)啟動(dòng)啟動(dòng)b)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)階段穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)階段在一個(gè)循環(huán)內(nèi)有在一個(gè)循環(huán)內(nèi)有 WdWrWf=EE00勻速穩(wěn)定階段勻速穩(wěn)定階段 常數(shù)，任意時(shí)刻都有：常數(shù)，任意時(shí)刻都有：變速穩(wěn)定階段變速穩(wěn)定階段 在在m m上下上下 周期波動(dòng)周期波動(dòng),(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(jī)械穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，其輸入、輸出功滿足機(jī)械穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，其輸入、輸出功滿足一、機(jī)械效率及其表達(dá)形式一、機(jī)械效率及其表達(dá)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(jī)械效率的幾種表達(dá)方式、機(jī)械效率的幾種表達(dá)方式輸入輸出工作機(jī) =Pr/Pd =G vG/F vF若為理想機(jī)械若為理想機(jī)械(不計(jì)摩擦不計(jì)摩擦)0=1 設(shè)輸出功率不變（仍為設(shè)輸出功率不變（仍為G vG,生產(chǎn)阻力不變的情況下給定生產(chǎn)阻力不變的情況下給定理想驅(qū)動(dòng)力）理想驅(qū)動(dòng)力）G vG =F0 vF (克服克服G，需要需要F0 （理想驅(qū)動(dòng)力）（理想驅(qū)動(dòng)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(jī)F0vF FvG GG作者：潘存云教授理想理想機(jī)械機(jī)械對(duì)對(duì)理理想想機(jī)機(jī)械械，當(dāng)當(dāng)工工作作阻阻力力G一定時(shí)，一定時(shí)，有理想驅(qū)動(dòng)力有理想驅(qū)動(dòng)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(dāng)當(dāng)驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力力F一一定定時(shí)時(shí)，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(jī)械機(jī)械FvF FvG GG0FvF FvG GG機(jī)械機(jī)械若為理想機(jī)械若為理想機(jī)械(不計(jì)摩擦不計(jì)摩擦)0=1機(jī)械效率可表示為：機(jī)械效

5、率可表示為：（1 1）在在克服克服同樣生產(chǎn)阻力（力矩）同樣生產(chǎn)阻力（力矩）的情況下，的情況下，理理想驅(qū)動(dòng)力（力矩）與實(shí)際驅(qū)動(dòng)力（力矩）之比值想驅(qū)動(dòng)力（力矩）與實(shí)際驅(qū)動(dòng)力（力矩）之比值（2 2）在在同樣驅(qū)動(dòng)力（力矩）同樣驅(qū)動(dòng)力（力矩）的情況下，機(jī)械所能的情況下，機(jī)械所能克服的克服的實(shí)際生產(chǎn)阻力（力矩）與理想生產(chǎn)阻力（力實(shí)際生產(chǎn)阻力（力矩）與理想生產(chǎn)阻力（力矩）之比值矩）之比值二、機(jī)械效率的計(jì)算二、機(jī)械效率的計(jì)算斜面機(jī)構(gòu)（螺旋）為例斜面機(jī)構(gòu)（螺旋）為例GFFNF FR21 vFGFR21 +F GF R21 -滑塊上升時(shí)：滑塊上升時(shí)：實(shí)際驅(qū)動(dòng)力：實(shí)際驅(qū)動(dòng)力：F=G tan(+)理想驅(qū)動(dòng)力：理想驅(qū)動(dòng)

6、力：F0=G tan =F0/F=tan /tan(+)滑塊下降時(shí)：滑塊下降時(shí)：（G 為為驅(qū)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)力）實(shí)際阻力：實(shí)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(jiǎn)單傳動(dòng)機(jī)械和運(yùn)動(dòng)副的效率簡(jiǎn)單傳動(dòng)機(jī)械和運(yùn)動(dòng)副的效率名名 稱稱傳傳 動(dòng)動(dòng) 形形 式式效率值效率值備備 注注圓柱齒圓柱齒輪傳動(dòng)輪傳動(dòng)67級(jí)精度齒輪傳動(dòng)級(jí)精度齒輪傳動(dòng) 0.980.99 良好跑合、稀油潤(rùn)滑良好跑合、稀油潤(rùn)滑 8級(jí)精度齒輪傳動(dòng)級(jí)精度齒輪傳動(dòng) 0.97 稀油潤(rùn)滑稀油潤(rùn)滑 9級(jí)精度齒輪傳動(dòng)級(jí)精度齒輪傳動(dòng) 0.96 稀油潤(rùn)滑稀油潤(rùn)滑 切制齒、開式齒輪傳動(dòng)切制齒、開式

7、齒輪傳動(dòng) 0.940.96 干油潤(rùn)滑干油潤(rùn)滑 鑄造齒、開式齒輪傳動(dòng)鑄造齒、開式齒輪傳動(dòng) 0.90.93圓錐齒圓錐齒輪傳動(dòng)輪傳動(dòng)67級(jí)精度齒輪傳動(dòng)級(jí)精度齒輪傳動(dòng) 0.970.98 良好跑合、稀油潤(rùn)滑良好跑合、稀油潤(rùn)滑 8級(jí)精度齒輪傳動(dòng)級(jí)精度齒輪傳動(dòng) 0.940.97 稀油潤(rùn)滑稀油潤(rùn)滑 切制齒、開式齒輪傳動(dòng)切制齒、開式齒輪傳動(dòng) 0.920.95 干油潤(rùn)滑干油潤(rùn)滑 鑄造齒、開式齒輪傳動(dòng)鑄造齒、開式齒輪傳動(dòng) 0.880.92蝸桿傳動(dòng)蝸桿傳動(dòng)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(rùn)滑良好潤(rùn)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(xù)表續(xù)表5-2 簡(jiǎn)單傳動(dòng)機(jī)械和運(yùn)動(dòng)副的效率簡(jiǎn)單傳動(dòng)機(jī)械和運(yùn)動(dòng)副的效率名名 稱稱傳傳 動(dòng)動(dòng) 形形 式式效率值效率值備備 注注帶傳動(dòng)帶傳動(dòng)平型帶傳動(dòng)平型帶傳動(dòng) 0.900.98滑動(dòng)軸承滑動(dòng)軸承球軸承球軸承 0.99 稀油潤(rùn)滑稀油潤(rùn)滑 滾子軸承滾子軸承 0.98 稀油潤(rùn)滑稀油潤(rùn)滑 滑動(dòng)螺旋滑動(dòng)螺旋 0.300.80滾動(dòng)螺旋滾動(dòng)螺旋 0.850.95V型帶傳動(dòng)型帶傳動(dòng) 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(dòng)鏈傳動(dòng)平摩擦輪傳動(dòng)平摩擦輪傳動(dòng) 0.850.92摩擦輪摩擦輪傳動(dòng)傳動(dòng)潤(rùn)滑良好潤(rùn)滑良好槽摩擦輪傳動(dòng)槽摩擦輪傳動(dòng) 0.880

9、.900.94 潤(rùn)滑不良潤(rùn)滑不良0.97 潤(rùn)滑正常潤(rùn)滑正常0.99 液體潤(rùn)滑液體潤(rùn)滑滾動(dòng)軸承滾動(dòng)軸承螺旋傳動(dòng)螺旋傳動(dòng)作者：潘存云教授復(fù)雜機(jī)械的機(jī)械效率計(jì)算方法：復(fù)雜機(jī)械的機(jī)械效率計(jì)算方法：1.)1.)串聯(lián)串聯(lián)2.)2.)并聯(lián)并聯(lián)總效率不僅與各機(jī)器的效率i有關(guān)，而且與傳遞的功率Ni有關(guān)。設(shè)各機(jī)器中效率最高最低者分別為設(shè)各機(jī)器中效率最高最低者分別為maxmax和和minmin 則有：則有：NdNkN1N2Nk-112kN1N2NkN1N2Nk12kNdNrminminmaxmax123k并聯(lián) 結(jié)論1）并不僅與各級(jí)分效率有關(guān)，還與總功率如并不僅與各級(jí)分效率有關(guān)，還與總功率如 何分配有關(guān)。何分配有關(guān)。

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(yùn)動(dòng) =Ft=F f 滑塊靜止或勻速運(yùn)動(dòng) Ft Md M f 軸徑加速轉(zhuǎn)動(dòng)a=Md=M f 軸徑塊靜止或勻速轉(zhuǎn)動(dòng)a Md M f 軸徑不能轉(zhuǎn)動(dòng)或減速轉(zhuǎn)動(dòng)致靜止，即自鎖自鎖條件：自鎖條件：a 驅(qū)動(dòng)力（外力的合力）作用于摩擦圓之內(nèi)時(shí)，則發(fā)生自鎖。驅(qū)動(dòng)力（外力的合力）作用于摩擦圓之內(nèi)時(shí)，則發(fā)生自鎖。5-2 機(jī)械的自鎖機(jī)械的自鎖三、自鎖時(shí)的力學(xué)特征三、自鎖時(shí)的力學(xué)特征3、機(jī)械的自鎖、機(jī)械的自鎖1）因機(jī)械自瑣時(shí)，機(jī)械已不能運(yùn)動(dòng)，所以此時(shí)它所能克服的生產(chǎn)阻力G 0，故可由力分析求得的機(jī)械可以克服的生產(chǎn)阻

11、力，通過判斷G 是否小于0來確定機(jī)械是否自瑣。2）機(jī)械自瑣時(shí)，驅(qū)動(dòng)力所做的功Wd總不足以克服損失功Wf，所以，此時(shí)機(jī)械效率 0。h=0 條件自瑣，自鎖條件是機(jī)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(jié)束注意：此時(shí)注意：此時(shí) 已沒有一般機(jī)械效率的意義，它只表明機(jī)械自鎖的情況和程已沒有一般機(jī)械效率的意義，它只表明機(jī)械自鎖的情況和程度。度。5-2 機(jī)械的自鎖機(jī)械的自鎖四、舉例四、舉例1、螺旋千斤頂?shù)淖枣i條件。、螺旋千斤頂?shù)淖枣i條件。FG保證:不論重物重量多大，均不能驅(qū)使螺母轉(zhuǎn)動(dòng)。即在以 G 為驅(qū)動(dòng)力時(shí)，機(jī)構(gòu)具有自鎖性。G為任意值時(shí)所能克服的生產(chǎn)阻力為任意值時(shí)所能克服的生產(chǎn)阻力 F

12、 0(或或 M 0）tg(-v)0 即:v h=tg(-V)/tg 0 v 或：機(jī)械效率或：機(jī)械效率 0結(jié)束5-2 機(jī)械的自鎖機(jī)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(jié)束5-2 機(jī)械的自鎖機(jī)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(jié)束5-2 機(jī)械的自鎖機(jī)械的自鎖四、舉例四、舉例3、凸輪機(jī)構(gòu)推桿：在凸輪推力、凸輪機(jī)構(gòu)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(jié)束5-2 機(jī)械的自鎖機(jī)械的自鎖四、舉例四、舉例3、凸輪機(jī)構(gòu)推桿：在凸輪推力、凸輪機(jī)構(gòu)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(fā)生自鎖：不發(fā)生自鎖：結(jié)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(jī)的自鎖條件求圖示斜面壓榨機(jī)的自鎖條件。力多邊形中，根據(jù)正弦定律得：力多邊形中，根據(jù)正弦定律得：提問：提問：如如F力反向，該機(jī)械發(fā)生自鎖嗎？力反向，該機(jī)械發(fā)生自鎖嗎？FFR32GG=F FR R23 cos(-2)/cos-2)/cosGFFR32v32F FR R13+F FR R23+G=0 大小：大?。?？方向：方向：F FR R32+F FR R12+F=0 大?。捍笮。?？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(jié)本章小結(jié)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(jī)械效率的幾種表達(dá)方式機(jī)械效率可表示為：（1 1）在在克服同樣生產(chǎn)阻力（力矩）的情況下，理想驅(qū)動(dòng)力克服同樣生產(chǎn)阻力（力矩）的情況下，理想驅(qū)動(dòng)力（力矩）與實(shí)際驅(qū)動(dòng)力（力矩）之比值（力矩）與實(shí)際驅(qū)動(dòng)力（力矩）之比值（2 2）在同樣驅(qū)動(dòng)力（力矩）的情況下，機(jī)械所能克服的實(shí)在同樣驅(qū)動(dòng)力（力矩）的情況下，機(jī)械所能克服的實(shí)際生產(chǎn)阻力（力矩）與理想生產(chǎn)阻力（力矩）之比值際生產(chǎn)阻力（力矩）與理想生

16、產(chǎn)阻力（力矩）之比值2、自鎖時(shí)的力學(xué)特征移動(dòng)副移動(dòng)副自鎖條件：自鎖條件：驅(qū)動(dòng)力（外力的合力）作用于摩擦角之內(nèi)時(shí)，則發(fā)生自鎖。驅(qū)動(dòng)力（外力的合力）作用于摩擦角之內(nèi)時(shí)，則發(fā)生自鎖。轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)副自鎖條件：自鎖條件：a 驅(qū)動(dòng)力（外力的合力）作用于摩擦圓之內(nèi)時(shí)，則發(fā)生自鎖。驅(qū)動(dòng)力（外力的合力）作用于摩擦圓之內(nèi)時(shí)，則發(fā)生自鎖。根據(jù)不同的場(chǎng)合，應(yīng)用不同的根據(jù)不同的場(chǎng)合，應(yīng)用不同的機(jī)械自鎖判斷條件機(jī)械自鎖判斷條件：驅(qū)動(dòng)力在運(yùn)動(dòng)方向上的分力驅(qū)動(dòng)力在運(yùn)動(dòng)方向上的分力P Pt tFF摩擦力。摩擦力。令生產(chǎn)阻力令生產(chǎn)阻力Q0Q0令令00驅(qū)動(dòng)力落在摩擦錐或摩擦圓之內(nèi)驅(qū)動(dòng)力落在摩擦錐或摩擦圓之內(nèi)本章重點(diǎn)：本章重點(diǎn)：自鎖的概念，以及求簡(jiǎn)單機(jī)械自鎖的幾何條件。自鎖的概念，以及求簡(jiǎn)單機(jī)械自鎖的幾何條件。機(jī)械效率機(jī)械效率的計(jì)算方法的計(jì)算方法機(jī)構(gòu)中不同運(yùn)動(dòng)副中總反力作用線的確定機(jī)構(gòu)中不同運(yùn)動(dòng)副中總反力作用線的確定不同運(yùn)動(dòng)副中摩擦力與載荷之間的關(guān)系，摩擦不同運(yùn)動(dòng)副中摩擦力與載荷之間的關(guān)系，摩擦 角或摩擦圓的概念角或摩擦圓的概念