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能增量動能增量有害功有害功有效功有效功驅(qū)動功驅(qū)動功m m t 一、機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)時的功能關(guān)系一、機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)時的功能關(guān)系51 機(jī)械的效率機(jī)械的效率1.動能方程動能方程機(jī)機(jī)械械運(yùn)運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)時時，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)啟動階段啟動階段 速度速度0 ,動能動能0 0 E

2、E啟動啟動作者：潘存云教授m m t 穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)啟動啟動b)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)階段穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)階段在一個循環(huán)內(nèi)有在一個循環(huán)內(nèi)有 WdWrWf=EE00勻速穩(wěn)定階段勻速穩(wěn)定階段 常數(shù)，任意時刻都有：常數(shù)，任意時刻都有：變速穩(wěn)定階段變速穩(wěn)定階段 在在m m上下上下 周期波動周期波動,(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，其輸入、輸出功滿足機(jī)械穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時，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(不計摩擦不計摩擦)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)動力）理想驅(qū)動力）G vG =F0 vF (克服克服G，需要需要F0 （理想驅(qū)動力）（理想驅(qū)動力）(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)械對對理理想想機(jī)機(jī)械械，當(dāng)當(dāng)工工作作阻阻力力G一定時，一定時，有理想驅(qū)動力有理想驅(qū)動力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)動動力力F一一定定時時，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(不計摩擦不計摩擦)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)動力（力矩）與實際驅(qū)動力（力矩）之比值想驅(qū)動力（力矩）與實際驅(qū)動力（力矩）之比值（2 2）在在同樣驅(qū)動力（力矩）同樣驅(qū)動力（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際生產(chǎn)阻力（力矩）與理想生產(chǎn)阻力（力實際生產(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)械效率的計算二、機(jī)械效率的計算斜面機(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：滑塊上升時：實際驅(qū)動力：實際驅(qū)動力：F=G tan(+)理想驅(qū)動力：理想驅(qū)動

6、力：F0=G tan =F0/F=tan /tan(+)滑塊下降時：滑塊下降時：（G 為為驅(qū)動力驅(qū)動力）實際阻力：實際阻力：F=G tan(-)理想阻力：理想阻力：F0=G tan =F/F0=tan(-)/tan 表表5-2 簡單傳動機(jī)械和運(yùn)動副的效率簡單傳動機(jī)械和運(yùn)動副的效率名名 稱稱傳傳 動動 形形 式式效率值效率值備備 注注圓柱齒圓柱齒輪傳動輪傳動67級精度齒輪傳動級精度齒輪傳動 0.980.99 良好跑合、稀油潤滑良好跑合、稀油潤滑 8級精度齒輪傳動級精度齒輪傳動 0.97 稀油潤滑稀油潤滑 9級精度齒輪傳動級精度齒輪傳動 0.96 稀油潤滑稀油潤滑 切制齒、開式齒輪傳動切制齒、開式

7、齒輪傳動 0.940.96 干油潤滑干油潤滑 鑄造齒、開式齒輪傳動鑄造齒、開式齒輪傳動 0.90.93圓錐齒圓錐齒輪傳動輪傳動67級精度齒輪傳動級精度齒輪傳動 0.970.98 良好跑合、稀油潤滑良好跑合、稀油潤滑 8級精度齒輪傳動級精度齒輪傳動 0.940.97 稀油潤滑稀油潤滑 切制齒、開式齒輪傳動切制齒、開式齒輪傳動 0.920.95 干油潤滑干油潤滑 鑄造齒、開式齒輪傳動鑄造齒、開式齒輪傳動 0.880.92蝸桿傳動蝸桿傳動自鎖蝸桿自鎖蝸桿 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 潤滑良好潤滑良好 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 簡單傳動機(jī)械和運(yùn)動副的效率簡單傳動機(jī)械和運(yùn)動副的效率名名 稱稱傳傳 動動 形形 式式效率值效率值備備 注注帶傳動帶傳動平型帶傳動平型帶傳動 0.900.98滑動軸承滑動軸承球軸承球軸承 0.99 稀油潤滑稀油潤滑 滾子軸承滾子軸承 0.98 稀油潤滑稀油潤滑 滑動螺旋滑動螺旋 0.300.80滾動螺旋滾動螺旋 0.850.95V型帶傳動型帶傳動 0.940.96套筒滾子鏈套筒滾子鏈 0.96無聲鏈無聲鏈 0.97鏈傳動鏈傳動平摩擦輪傳動平摩擦輪傳動 0.850.92摩擦輪摩擦輪傳動傳動潤滑良好潤滑良好槽摩擦輪傳動槽摩擦輪傳動 0.880

9、.900.94 潤滑不良潤滑不良0.97 潤滑正常潤滑正常0.99 液體潤滑液體潤滑滾動軸承滾動軸承螺旋傳動螺旋傳動作者：潘存云教授復(fù)雜機(jī)械的機(jī)械效率計算方法：復(fù)雜機(jī)械的機(jī)械效率計算方法：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）并不僅與各級分效率有關(guān)，還與總功率如并不僅與各級分效率有關(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 =Ft=F f 滑塊靜止或勻速運(yùn)動 Ft Md M f 軸徑加速轉(zhuǎn)動a=Md=M f 軸徑塊靜止或勻速轉(zhuǎn)動a Md M f 軸徑不能轉(zhuǎn)動或減速轉(zhuǎn)動致靜止，即自鎖自鎖條件：自鎖條件：a 驅(qū)動力（外力的合力）作用于摩擦圓之內(nèi)時，則發(fā)生自鎖。驅(qū)動力（外力的合力）作用于摩擦圓之內(nèi)時，則發(fā)生自鎖。5-2 機(jī)械的自鎖機(jī)械的自鎖三、自鎖時的力學(xué)特征三、自鎖時的力學(xué)特征3、機(jī)械的自鎖、機(jī)械的自鎖1）因機(jī)械自瑣時，機(jī)械已不能運(yùn)動，所以此時它所能克服的生產(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，驅(qū)動力所做的功Wd總不足以克服損失功Wf，所以，此時機(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：此時注意：此時 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。即在以 G 為驅(qū)動力時，機(jī)構(gòu)具有自鎖性。G為任意值時所能克服的生產(chǎn)阻力為任意值時所能克服的生產(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?。捍笮。?？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)動力克服同樣生產(chǎn)阻力（力矩）的情況下，理想驅(qū)動力（力矩）與實際驅(qū)動力（力矩）之比值（力矩）與實際驅(qū)動力（力矩）之比值（2 2）在同樣驅(qū)動力（力矩）的情況下，機(jī)械所能克服的實在同樣驅(qū)動力（力矩）的情況下，機(jī)械所能克服的實際生產(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、自鎖時的力學(xué)特征移動副移動副自鎖條件：自鎖條件：驅(qū)動力（外力的合力）作用于摩擦角之內(nèi)時，則發(fā)生自鎖。驅(qū)動力（外力的合力）作用于摩擦角之內(nèi)時，則發(fā)生自鎖。轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動副自鎖條件：自鎖條件：a 驅(qū)動力（外力的合力）作用于摩擦圓之內(nèi)時，則發(fā)生自鎖。驅(qū)動力（外力的合力）作用于摩擦圓之內(nèi)時，則發(fā)生自鎖。根據(jù)不同的場合，應(yīng)用不同的根據(jù)不同的場合，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)動力在運(yùn)動方向上的分力驅(qū)動力在運(yùn)動方向上的分力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)動力落在摩擦錐或摩擦圓之內(nèi)驅(qū)動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，以及求簡單機(jī)械自鎖的幾何條件。自鎖的概念，以及求簡單機(jī)械自鎖的幾何條件。機(jī)械效率機(jī)械效率的計算方法的計算方法機(jī)構(gòu)中不同運(yùn)動副中總反力作用線的確定機(jī)構(gòu)中不同運(yùn)動副中總反力作用線的確定不同運(yùn)動副中摩擦力與載荷之間的關(guān)系，摩擦不同運(yùn)動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