第五章自锁

1第5章机械的效率和自锁基本要求1、掌握机械效率的基本概念及计算；2、对简单机械的自锁条件能进行求解计算。2主要内容1、建立正确、全面的机械效率的概念；2、简单机械的机械效率和自锁条件的求解方法。重点难点1、机械效率的计算；2、机械的自锁现象及自锁条件的确定；3、某些机械的自锁条件的确定（难点）。教学手段多媒体课堂教学3§5-1机械的效率机械运转时，作用在机械上的功有：驱动功（输入功）—Wd有效功（输出功）—Wr损失功—Wf机械稳定运转时：Wd=Wr＋Wf41.机械效率的概念及意义机械的损失功(Wf)与输入功(Wd)的比值，（1）机械效率(mechanicalefficiency)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(rateofloss)η＝Wr/Wd＝1－ξ＝1－Wf/Wd以ξ表示。5（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ξ0和η1。降耗节能是国民经济可持续发展的重要任务之一。62.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/Wd2）以功率表示的计算公式η＝Pr/Pd＝1－Pf/Pd73）以力或力矩表示的计算公式实际机械装置的效率：8若该机械中不存在摩擦，即不考虑摩擦的影响，这样的机械称为理想机械（idealmachinery）。F0—理想驱动力（idealdrivingforce）显然F0＜F,此时机械的效率为：9即GvG=F0vF则可得到：η＝F0vF/FvF=F0/F即为用表示的机械效率计算公式。说明机械效率等于不计摩擦时克服生产阻力所需的理想驱动力F0与克服同样生产阻力（连同克服摩擦力）时实际所需要的驱动力F之比。同样机械效率也可以用力矩的形式来表达：η＝M0/M10综上所述，用力或力矩表示机械效率的计算公式可如下表示：利用如上所示的效率计算公式来计算机构的效率十分简便，如斜面机构和螺旋机构。11斜面机构：正行程：不计摩擦，即摩擦角为零，其理想驱动力为：则其效率为：12反行程：此时G为驱动力G＝F′/tan(α－φ)不计摩擦，理想驱动力为：G0＝F′/tanα则其效率为：η′＝G0/G＝tan(α－φ)/tanα13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)/tanα143.机械效率的实验测定151617184.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。1k2η1η2ηkPdPrP1P2P1P2Pk-1Pk-1Pk=Pr19串联机组的总机械效率为PrPdη＝P1P2PdP1…PkPk-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。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。20（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∑PdiP1η1+P2η2+…+PkηkP1+P2+…+Pk＝12kη1η2ηkP1η1P2η2P2η2P1P2PkPd21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。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，如用ηmax、ηmin分别表示各机器中效率最高者和效率最低者，则ηminηηmax；因此并联机组的总效率主要取决于传动功率大的机器的效率。结论22（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；3）最后按下式计算其总机械效率。η＝∑Pr/∑Pd2）然后分别计算出总的输入功率∑Pd和总的输出功率∑Pr；23例:设已知某机械传动装置的机构的效率和输出功率，求该机械传动装置的机械效率。PPPPPPP＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇1243534dPPP＇＇＇PPPPPPP1ηηηηηηη＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇234534dPPP＇＇＇=5kW0.980.980.960.960.940.940.42=0.2kW24解机构1、2、3′及4′串联的部分Pd＝Pr/(η1η2η3η4)′′′′＝5kW/(0.982×0.962)＝5.649kW机构1、2、3、4及5串联的部分＝0.2kW/(0.982×0.942×0.42)＝0.561kW故该机械的总效率为η＝∑Pr/∑Pd＝(5+0.2)kW/(5.649+0.561)kW=0.837Pd＝Pr/(η1η2η3η4η5)25§5-2机械的自锁一、机构自锁的概念、意义及条件（1）自锁（selflocking）某些机构，就其机构而言是能够运动的，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，称为机械的自锁现象或自锁。26（2）自锁意义1）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；2）有些机械的工作需要具有自锁的特性。如手摇螺旋千斤顶，火炮炮弹入膛后的闭锁装置。（3）自锁条件机械发生自锁实质上时机械中的运动副发生的自锁。271）移动副设驱动力为F，传动角为β，摩擦角φ，分析如下：28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。292）转动副设作用在轴颈上的外载荷（驱动力）为单一力F，其力臂长为a,而摩擦圆半径为ρ。其自锁条件分析如下：30二、机械自锁条件的确定1、方法可以从以下几个方面来判断机械的自锁状态，并据以确定机械的自锁条件。313233342、举例（1）斜面压榨机斜面压榨机的工作原理35分析斜面压榨机的自锁条件（设已知各接触面的摩擦系数为f）：36（1）在反行程中，根据各接触面间的相对运动及摩擦角，分析各构件的受力：37383940（2）偏心夹具工作原理分析该夹具的自锁条件：设已知偏心夹具的几何尺寸、偏心盘轴颈摩擦圆半径及摩擦角。4142（3）凸轮机构的推杆4344注意：机械的自锁只是在一定的受力条件下和受力方向下发生的，而在另外的情况下却是可动的。如螺旋千斤顶在力矩M'反向以及在斜面压榨机中F'反向的作用下就不自锁，着就是机械自锁的方向性。