第五章机械的效率和自锁

易读文库第五章机械的效率和自锁§5-1机械的效率正常运转时：输入功=输出功+损失功即：frd（5—1）一．机械效率的一般表达形式机械在一个运动循环内，输出功和输入功的比值称为机械效率，反映了输入功在机械中有效利用的程度，通常以表示：dfdfdfrrdr1（5—2）式（5—1）、（5—2）除以做功的时间，则得frdNNNdfdrNNNN1（5—2’）式中Nd、Nr和Nf分别为输入功率、输出功率和损耗功率。因wf（或Nf）0，由上式可知1，且wf（或Nf）越大，越低。为了使机械具有较高的机械效率，应尽量减少机械中的损耗功，而机械中的损耗主要是摩擦损耗，因此在设计机械时应尽量简化机械传动系统，减少运动副的数目和设法减少运动副中的摩擦机械损失系数（损失率）ξdfdfNNWW//（5—3）二．机械效率以力或力矩的形式表达机械效率还可以用力或力矩的比值形式来表达。图5-1所示为一机械传动示意图，设F为实际驱动力，G为相应的实际生产阻力；vF和vG分别为F和G的作用点沿该力作用线方向的速度，根据式（5—2’）可得FGdrFvGvNN（a）如设该机械系统不存在摩擦力（称为理想机械），因而Nf=0，其效率η0必等于1。对于理想机械，为了克服同样生产阻力G所需的驱动力称为理想驱动力F0，它必定小于实际驱动力F。由理想机械的定义可得10FGvFGv易读文库FGvFGv0（b）将式（b）代入式（a）得FFFvvFFvGvFFFG00（c）此式说明，机械效率也等于在克服同样生产阻力G的情况下，理想驱动力F0与实际驱动力F的比值。同理，如设M和M0各为实际的和理想的驱动力矩，可得：MM0（d）所以：实际驱动力矩理想驱动力矩实际驱动力理想驱动力（5—4）举例：①斜面机构正行程：tan0GF)tan(GF)tan(/tan/0FF反行程：（此时G为驱动力）tancFG0)tan(cFGtan)tan()tan(ctancGG0②螺旋机构同理：拧紧时：)tan(/tan/0vMM拧松时：tan/)tan(v机械效率的确定计算方法实验方法常用机构的机械效率见表5-1易读文库三、机器机组效率的确定①串联（只要其中任一个环节的效率很低，整个机组的效率就很低）如图5-2所示kkkddrPPPPPPPPPP321123121②并联输入总功率：kdPPPPP321输出总功率：krPPPPP321kkkdiriPPPPPPPP212211此式表明：并联机组的总效率不仅与各机器的效率有关，还与各机器传递功率的大小有关。③混联计算方法：先弄清输入功至输出功的路线分别计算各支路效率按串联、并联混合计算总效率§5-2机械自锁1．机械自锁的概念：2．研究自锁的意义：①为使机械实现预期运动，应避免自锁易读文库②有些机械利用自锁3．利用自锁的例子：手摇螺旋千斤顶机床工作台升降、进给机构4．自锁条件：①移动副------作用力作用在摩擦角内，即：F----驱动力，Ft---有效分力tansinntFFF摩擦力：tanmaxnfFF当，总有maxftFF即：当，不管F如何增大，Ft总小于Ffmax②转动副-----驱动力F作用在摩擦圆之内，即：aF---外载荷，当F作用线在摩擦圆之内（即aρ），因F对轴颈中心的力矩FaMa始终小于它本身所产生的最大摩擦力矩FFMRf，则产生自锁现象。rfv③无论驱动力多大，生产阻力小于零。如斜面下滑，F’=Gtg(α-φ)此时，G为驱动力，F’为生产阻力可知应：④从机械效率角度考虑，0举例：1）、螺旋千斤顶----顶起重物时，在重物作用下，应具自锁性。∵重物作用下的阻抗力矩2/)tan(2vGdM令：0M（此时G为驱动力），则：0)tan(v∴v（也可从效率角度推得）2）、斜面压榨机----如图5-8易读文库在楔块2上施加外力F将物体4压紧，去掉F后，在压紧力G作用下楔块2不会自动松退，确定其自锁条件。为确定此压榨机在力G作用下的自锁条件，可先求出G为驱动力时，该机械的阻抗力F。（设各摩擦面摩擦系数均为f）作出总反力F23，取2、3为分离体，列出力平衡方程：03212RRFFF02313RRFFG作力多边形，利用正玄定律，得：cos/)2sin(32RFFcos/)2cos(23RFG则：)2tan(GF令：0F0)2tan(2-------自锁条件3）、偏心夹具-----如图5-9当用力F压下手柄，工件夹紧。撤去力F，夹具不自动松开，故要求夹具具有自锁性。已知A为偏心盘几何中心。D----偏心盘外径，e----偏心距，ρ---摩擦圆半径，求自锁条件。解：先确定总反力FR23的方位，分别过点O，A作FR23的平行线。如夹具反行程自锁，总反力FR23应穿过摩擦圆，则满足如下条件：1SS由直角三角形ΔABC和ΔOAE得：易读文库2/sin1DACS，)sin(eOES则：2/)sin()sin(De上式即为偏心夹具的自锁条件。4）、凸轮机构推杆----如图5-10在力F作用下，凸轮机构推杆上下运动，摩擦系数f，为避免发生自锁，试问导轨长度l应满足什么条件。（不计推杆自重）如图，在力F推动下，推杆将发生倾斜。根据力在水平方向投影和为零：21NNFF所有力对A点取矩得：LFlFN1要推杆不发生自锁，必需满足如下条件：lLFfFfFFFNff/22121即：fLl2注意：机械的自锁只是在一定的受力条件和受力方向下发生，而在另外的情况却是可动的。这就是机械自锁的方向性。（如斜面压榨机构）。