单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,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,关于机械系统中，,输入功,、,输出功,、,损失功,的解释：,输入功,在一个机械系统中，驱动力（或驱动力矩）所作的功,称为输入功，用,W,d,表示;,输出功,在一个机械系统中，克服工作阻力（或驱动力矩）所,作的功，称为输出功，用,W,r,表示;,损失功,在一个机械系统中，克服有害阻力（如摩擦阻力、空）,气阻力等）所作的功，称为损失功，用,W,f,表示;,机械在稳定运转时期，,输入功,等于,输出功,与,损耗功,之和，即：,第五章机械的效率和自锁5-1 机械的效率关于机械系统中，,1,以功率的形式表示，则有：,将上式等号两边同除以输入功率,N,d,得：,令式中:,得到机械效率的表达式为：,令：,机械损失系数,由于机械摩擦不可避免，故必有：,效率恒小于一,以功率的形式表示，则有：将上式等号两边同除以输入功率Nd,2,图5-1,为机械传动装置的示意图,设,F,为驱动力，,G,为生产阻力，,V,F,、,V,G,分别为,F,、,G,作用点沿该,力作用线方向的分速度，其效率,为：,为了将上式简化，引入,理想机械,的概念，即在理想机械中,不存在摩擦，当工作阻力为,G,时，所需的驱动力为理想驱动力,F,0,由于理想机械不存在摩擦，显然理想驱动力,F,0,小于实际驱动,力,F,，此时机械的效率为：,（a）,（b）,图5-1为机械传动装置的示意图为了将上式简化，引入理想机械的,3,将（b）代入（a）中,（a）,（b）,如用力矩表示，则有：,（c）,（d）,综合（c）、（d），可得到：,理想驱动力,实际驱动力,=,理想驱动力矩,实际驱动力矩,效率也可用阻力或租力矩表示为：,理想工作阻力,实际工作阻力,=,实际工作阻力矩,理想工作阻力矩,将（b）代入（a）中（a）（b）如用力矩表示，则有：（c）（,4,小结：,用驱动力或驱动力矩表示的效率公式为：,用工作阻力或工作阻力矩表示的效率公式为：,理想驱动力、理想驱动力矩；,实际驱动力、实际驱动力矩；,理想工作阻力、理想工作阻力矩；,实际工作阻力、实际工作阻力矩；,小结：用驱动力或驱动力矩表示的效率公式为：用工作阻力或工作阻,5,以上为机械效率的计算法，但在实际设计中，更常用到的是,实验法和经验法，即确定机械效率的三种方法分别为：,计算法,经验法,实验法,适用于创新机器产品、无经验可循的效率确定；,适用于传统机械产品设计。,三种不同机器组合的效率计算,（1）串联组合机器的效率计算,（2）并联组合机器的效率计算,（3）混联组合机器的效率计算,以上为机械效率的计算法，但在实际设计中，更常用到的是计算法经,6,（1）串联组合机器的效率计算,1,2,K,总效率,为各机器效率的连乘积。即：,串联组合机器传递功率的特点：,前一机器的输出功率为后一机器的输入功率。,串联机器中任一机器的效率很低，都会使整部机器的效率很低；,串联的机器数目越多，效率越低。,串联组合机器的总效率,3,（1）串联组合机器的效率计算12K总效率为各机器效率的连,7,（2）并联组合机器的效率计算,各机器的输入功率为：,P,1,、P,2,P,K,，,并联机组的特点,：,机组的输入功率为各机器输入功率之和；,机组的输出功率为各机器输出功率之和；,并联组合机器的总效率,机器的输出功率,机器的输入功率,输出功率为：,（2）并联组合机器的效率计算各机器的输入功率为：P1、P,8,（3）混联组合机器的效率计算,2,1,混联组合机器的总效率,串联机构的效率,并联机构的效率,（3）混联组合机器的效率计算21混联组合机器的总效率串,9,Q,1,2,2,3,4,5,例1,在图示的电动卷扬机中，已知其每一对齿轮的效率,12,、,2,以及鼓轮的效率,4,均为,0.95,，滑轮的效率,5,为,0.96,，载荷,Q=50000N,。其上升的速度,V=12m/min,求电机的功率？,解：,该机构为串联机构,串联机构的总效率各级效率的连乘积，故机构总效率：,求机构的工作功率,载荷上升的速度：,机构的工作功率为：,3.,电机的功率为：,Q122345例1 在图示的电动卷扬机中，已知其每一对齿轮,10,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,例2,减速箱如图所示，已知每一对圆柱齿轮和圆锥齿轮的效率分别为,0.95,和,0.92,求其总效率,。,解：,1.分析传动路线。,减速箱分两路输出：,电机,齿轮1、2,3、4,5、6,7、8,电机,齿轮1、2,、10,11、12,13、14,2.每一路的总效率分别为：,3.整个机构的总效率为：,1234567891011121314例2 减速箱如图所示，,11,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,1234567891011121314,12,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,例3,在图示的滚柱传动机构中，已知其局部效率,1-2,0.95,，,3-4,=,5-6,=,7-8,=,9-10,=0.93,求该机构的效率,。,解：,1.,分析机构,该机构为混联机构,串联部分：圆柱齿轮,1、2,并联部分：锥齿轮,3、4,；,5、6,；,7、8,；,9、10,。,2.,分别计算效率,（1）串联部分：,（2）并联部分：,12345678910例3 在图示的滚柱传动机构中，已知其局,13,3.,总效率,3.总效率,14,例5-1,在图5-4所示的机械传动中，设各传动机构的效率分别为,并已知输出的功率分别为,求该机械传动装置的机械效率。,2,1,图5-4,解：,由于,1、2、3、4,为串联，故：,而机构,1、2、3、4、5,也为串联，故：,机构的总效率为：,/,/,例5-1 在图5-4所示的机械传动中，设各传动机构的效率分别,15,5-2 机械的自锁,自锁现象,无论物体上作用的驱动力有多大，在摩擦力的作用下，物体都不会沿着驱动力的方向运动，这种现象称作自锁。,发生自锁的条件,1.平面移动副的自锁条件,将,F,分解为两个分力,F,t,使物体具有向右水平滑动趋势,接触面给滑块的法向反力：,接触面给滑块的摩擦阻力：,全反力,F,R,与法线,n-n,的夹角为,，,且有：,驱动力的作用角，也称传动角,5-2 机械的自锁自锁现象无论物体上作用的驱动力有多大，在,16,当极限摩擦力,F,fmax,大于或等于水平,驱动力,F,t,时，滑块静止不动。即：,由于：,得出：,由上述推导可知，平面移动副的自锁条件为：,或：,结论,：当,，无论驱动力,F,如何增大，水平驱动力,F,t,总是小于驱动力,F,引起的极限摩擦力,F,fmax,，因而不能使滑块,运动,这就是自锁现象。,当极限摩擦力Ffmax大于或等于水平由于：得出：由上,17,自锁条件：,驱动力,F,作用在摩擦角,之内。,在,F,作用下，滑块匀速滑动（或处于临界状态）；,在,F,作用下（,F,必须足够大），滑块将加速滑动；,小结：,（1）,移动副自锁条件：,（2）,在下列三种情况下：,如果原来在运动，将减速直至静止不动,如果原来是静止的，则将仍然保持静止状态,自锁状态,（）,下滑块的不能动，,前者为几何条件所致，后者为力不够大所致。,非自锁状态下,（）,下滑块的不能动,易混淆的概念点：,自锁条件：驱动力F 作用在摩擦角之内。在 F 作用下，,18,2,2.平面转动副的自锁条件,当作用在轴颈,1,上的力,F,的作用线,在摩擦圆之内时，形成自锁条件：,无论,F,怎样增大，都不能驱使轴颈,转动，此即转动副的自锁现象。,小结:,轴颈在,F,力作用下，匀角速度顺时针转动；,轴颈在,F,力作用下（,F,足够大），顺时针加速转动。,如果原来在转动，将减速直至静止不动,如果原来是静止的，则将仍然保持静止状态,易混淆的概念点：,前者为几何条件所致，后者为力不够大所致。,1,F,F,F,自锁状态,（）,下轴颈的不能转动,非自锁状态下,（）,下轴颈的不能转动,22.平面转动副的自锁条件当作用在轴颈 1 上的力F的作用,19,还可从下列角度描述自锁现象：,（1）从效率的角度描述自锁现象,自锁也可以认为是摩擦力过大，克服摩擦消耗的功率大于,输入功率，即,N,f,N,d,由效率公式：,可知,当自锁发生时，,即：用效率描述自锁的结论为：,（2）从工作阻力的角度描述自锁现象,如果希望物体在驱动力下移动（或转动）只有将阻力,Q,反方向,作用在物体上，否则，无论驱动力多大，物体都不会运动。,即：用工作阻力描述自锁的结论为：,还可从下列角度描述自锁现象：（1）从效率的角度描述自锁现象自,20,本章要点提示：,1.效率的一般表达式,（1）,用驱动力（或驱动力矩）表示,理想驱动力,实际驱动力,=,理想驱动力矩,实际驱动力矩,（2）,用阻力（或阻力矩）表示,理想工作阻力,实际工作阻力,=,实际工作阻力矩,理想工作阻力矩,本章要点提示：1.效率的一般表达式（1）用驱动力（或驱动力,21,2.三种不同机器组合的效率计算,（1）串联组合机器的效率计算,（2）并联组合机器的效率计算,（3）混联组合机器的效率计算,2.三种不同机器组合的效率计算（1）串联组合机器的效率计算,22,3.自锁,（1）移动副的自锁条件,（2）转动副的自锁条件,（3）用效率描述自锁,（4）从工作阻力描述自锁,本章作业：5-2，5-5 5-8，5-10。,3.自锁（1）移动副的自锁条件（2）转动副的自锁条件（3）,23,例,图示滑块在驱动力,P,作用下沿斜面上滑（此为正行程），,当驱动力由,P,减小至,P,时，滑块会在自重的作用下又沿斜面,下滑的趋势。问：,1.,正行程时，滑块是否会自锁？,2.,反行程时滑块的自锁条件？,2,1,解：,1.,（1）,分析受力如图示,（2）,列力平衡方程式,（3）,作力封闭多边形,（4）,列出驱动力,P,和阻力,Q,的关系式,因为,Q,不会小于等于零，故正行程不会自锁,例 图示滑块在驱动力 P 作用下沿斜面上滑（此为正行程），,24,2.,求反行程时滑块的自锁条件,2,1,当原驱动力由,P,减小至,P,时，滑块将在其重力,Q,的作用下有沿斜面下滑的趋势（注意，此时,P,为阻力，,Q,为驱动力）,（1）,分析受力如图示,（2）,列力平衡方程式,（3）,作力封闭多边形,（4）,列出驱动力,Q,和阻力,P,的关系式,2.求反行程时滑块的自锁条件21当原驱动力由 P 减小至,25,（5）,求反行程自锁条件,i,按阻力求自锁条件,令：,ii,按效率求自锁条件,理想工作阻力,实际工作阻力,实际工作阻力:,理想工作阻力,（5）求反行程自锁条件i 按阻力求自锁条件令：ii 按效,26,该类问题解题技巧,该题难点：,力多边形角度确定,正行程,Q,与,P,的表达式,反行程,Q,与,P,的表达式,（1）,正、反行程表达式中，,的符号不同；,（2）,正、反行程表达式中，,Q、P,（,P,）的意义不同,结论：,在求反行程自锁条件时，只需求出正行程,Q与,P,的表,达式，反行程式在此基础将,反号；将,P,换成,P,，,并将驱动力、阻力角色互换。,本章作业：5-2，5-5 5-8，5-10。,该类问题解题技巧该题难点：力多边形角度确定正行程Q 与P 的,27,2,1,例1.,图示滑块在驱动力,P,作用下沿斜面上滑（此为正行程），,当驱动力由,P,减小至,P,时，滑块会在自重的作用下有沿斜面,下滑的趋势。,问：,1.,正行程时，滑块是否会自锁？,2.,反行程时滑块的自锁条件？,解：,1.,（1）,分析受力如图示,（2）,列力平衡方程式,（3）,作力封闭多边形,（4）,列出驱动力,P,和阻力,Q,的关系式,21例1.图示滑块在驱动力 P 作用下沿斜面上滑（此为正,28,（5）,求反行程自锁条件,由正行程驱动力,P,与阻力,Q,的表达式,可得反行程驱动力,Q,与阻力,P,的表达式：,实际阻力,理想阻力,令：,故正行程自锁条件为：,故反行程自锁条件为：,令：,问：该题自锁条件怎样用阻力表示?,（5）求反行程自锁条