《机械设计手册》第三节 效率自锁

一、机械效率及其表达形式1、机械效率Wd=Wr+Wf输入功（动力）输出功（克服生产阻力）损耗功（摩擦等）机械效率：=Wr/Wd=1-Wf/Wd机械损失率：=Wf/Wd+=1损失不可避免Wf→0；1结束§4-3机械的效率和自锁1）功表示法：=Wr/Wd=1-Wf/Wd2）功率表示法：=Nr/Nd=1-Nf/Nd3）力(或力矩)表示法:2、机械效率的几种表达方式输入输出工作机=Nr/Nd=GvG/FvF①设输出功率不变（仍为GvG）GvG=F0vF(克服G，需要F0(F))=GvG/FvF=F0vF/FvF=F0/F②设输入功率不变（仍为FvF）G0vG=FvF(输入F，能克服G0(G))=GvG/FvF=GvG/G0vG=G/G0若为理想机械(不计摩擦)0=1力矩表示法:=M0/M=Mr/Mr0理想生产阻力（力矩）实际生产阻力（力矩）实际驱动力（力矩）理想驱动力（力矩）机械效率可表示为：（1）在克服同样生产阻力（力矩）的情况下，理想驱动力（力矩）与实际驱动力（力矩）之比值（2）在同样驱动力（力矩）的情况下，机械所能克服的实际生产阻力（力矩）与理想生产阻力（力矩）之比值结束二、机械效率的计算斜面机构（螺旋）为例GFFNFFR21vFGFR21+FGFR21-滑块上升时：实际驱动力：F=Gtan(+)理想驱动力：F0=Gtan=F0/F=tan/tan(+)滑块下降时：（G为驱动力）实际阻力：F=Gtan(-)理想阻力：F0=Gtan=F/F0=tan(-)/tan上述方法求出的是机械的瞬时效率，对于非稳定条件下运转的机械应进一步求其循环效率。由于影响机械效率的因素较多，通常以实测为准（机械手册中也有现行一些数据可查）。效率计算法用于指导设计。P116表5-1结束三、机组的效率1、串联机组的效率12k……N1NdNkN2Nk-1结论1）串联机组的总效率等于各级效率的连乘积。2）i1→串联机器越多，机组的效率就越低。3）串联机组的总效率必小于任一局部效率（串min)。4）提高串联机组的效率→减少串联机器的数目和提高min。kkkddkNNNNNNNNNN321123121串结束2、并联机组的效率结论12N……N1NdNkN2N1N2NkNrkkdrdrNNNNNNNNNN11''1'1并iiiNN'maxminkkkNNNNNN112211并1）并不仅与各级分效率有关，还与总功率如何分配有关。2）并介于分效率最小值与最大值之间（min并max）。3）若各级分效率相同，则无论并联级数多少，总效率恒等于其分效率min=1=2=……=k4）为提高并→提高传递功率较大的机器的效率。结束三、机组的效率3、混联机组的效率分清输入、输出路线，分别计算Nr和NddrNN结束四、自锁的概念对于有些机构，由于摩擦的存在，致使无论驱动力如何增大均不能使静止的机构产生运动。这种现象称之为自锁。五、研究自锁的目的2）有些机构靠自锁原理来工作（如：机床卡具、螺纹联接、千斤顶……）。1）使运动机械避免在自锁点附近工作，因此时的效率很低。结束1v2六、自锁时的力学特征FFRFfmaxFn1、移动副驱动力F水平有效分力:Ft=Fsin垂直正压力:Fn=Fcos摩擦力Ff=Fnf=Fntg=FcostgFtFf→滑块加速运动=Ft=Ff→滑块静止或匀速运动FtFf→滑块不能运动或减速运动致静止，即自锁FttantanftFF自锁条件：驱动力（外力的合力）作用于摩擦锥之内时，则发生自锁。结束七、自锁时的力学特征2、转动副FFR21a摩擦力矩Mf=FR·=F·力平衡关系F=FR驱动力矩Md=F·aaMdMf→轴径加速转动a=Md=Mf→轴径块静止或匀速转动aMdMf→轴径不能转动或减速转动致静止，即自锁aMMfd自锁条件：a驱动力（外力的合力）作用于摩擦圆之内时，则发生自锁。结束八、自锁时的力学特征3、机械的自锁1）由力分析求得的机械可以克服的生产阻力G02）机械效率0（效率越小自锁越可靠）结束九、举例1、螺旋千斤顶的自锁条件。FG保证:不论重物重量多大，均不能驱使螺母转动。即在以G为驱动力时，机构具有自锁性。)tan(22v2''GddFM放松螺母力矩：G为任意值时所能克服的生产阻力F0(或M0）tg(-v)0即:v=tg(-)/tg0v或：机械效率0结束2、斜面压榨机：在回弹力G作用下的自锁条件(设：摩擦角均为）2GF4314GF4321FR32v31FR13FR23FR121构件3：G+FR13+FR23=0构件2：G+FR13+FR23=0GFR13FR2390º90º(2)FR32FR12F290º+90º()由正弦定理得：cos/)2sin(32RFFcos/)2cos(23RFG)2tan(GF令：F0自锁条件：2结束3、偏心卡具：在工件反力作用下的自锁条件结束3、偏心卡具：在工件反力作用下的自锁条件ABF去除后，卡具不松脱，则必须使反力FR23与摩擦圆相割FDOeR23E.s1sC由几何条件：S-S由直角三角形ABC知：S1=AC=Rsin又由直角三角形OAE知：S=OE=esin(-)自锁条件：sin)sin(Re结束4、凸轮机构推杆：在凸轮推力F作用下的避免自锁条件l=?l结束4、凸轮机构推杆：在凸轮推力F作用下的避免自锁条件l=?FN2FN1Ff2Ff1FLl21NNFF水平力平衡：LFlFN1力矩平衡：lLfFFfFFFNff22121不发生自锁：lLFFN1fLl2结束