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第5章 机械的效率和自锁5-1机械的效率
2机械的自锁基本要求:·熟练掌握机械效率的概念、各种表达形式·掌握机械效率的计算方法·正确理解自锁的概念、掌握确定自锁条件的方法·了解提高机械效率的途径
第2页：5-1 机械的效率
5-1 机械的效率
- 机械效率η：输出功和输入功的比值。反映了输入功在机械中有效利用的程度。
- 作用在机械上的力
- 驱动力F、生产阻力Q、有害阻力Ff作用力所作的功：输入功Wd、输出功Wr、损耗功Wf力所具有的功率：输入功率Nd、输出功率Nr、损耗功率Nf通常，将驱动力做的功称为输入功(Wd)；
克服生产阻力做的功称为输出功(Wr)；克服有害阻力做的功称为损耗功(Wf)。
第3页：机械的效率：机械效率的表达形式
- 功表示：
- 功率表示：由于实际中，损耗功率不可能为零，故效率始终小于1减小损耗功率（主要减小摩擦损耗），可以提高效率简单传动机构和运动副的效率：表5-1／P69二、机械效率的表达形式
1功或功率形式表达效率
第4页：力或力矩形式表达效率
- 效率表达：FvFGvQMωMMrωr（克服同样的生产阻力）输入输出
2力或力矩形式表达效率对理想机械：不存在摩擦理想驱动力：F0<F理想机械的效率：
第5页：对理想机械：不存在摩擦，驱动力一定理想机
- 效率表达：FvFGvGMωMMrωr(同样的驱动力)输入输出2力或力矩形式表达效率
对理想机械：不存在摩擦，驱动力一定理想机械生产阻力：G0>G理想机械的效率：
第6页：机械的效率：机械系统的机械效率
- 总效率等于各台机器的效率的连乘积
- 总效率与各台机器传递的功率大小无关
- 串联的级数越多，系统的效率越低2kη1η2ηk······PdP1P2Pk-1Pk1三、机械系统的机械效率
串联系统
第7页：并联系统、总效率
- 总效率不仅与各台机器的效率有关，而且与各台机器传递的功率大小有关
- 总效率主要取决于传递功率最大的机器2k······1η1η2ηkPdP1P2PkP’1P’2P’kPd= P1+P+××××××Pk总输入功率Pr= P’1+ P’2+××××××P’k总输出功率效率若各台机器的输入功率相等若各台机器的效率相等
并联系统
第8页：混联系统PdP1P2
混联系统PdP1P2P’2P’3P’4P”2P”3P”4P”5213’4’3”4”5”
第9页：机械的效率：提高机械效率的措施
- 尽量简化机械系统。采用最简单的机构满足工作要求，使传递功率通过的运动副最少
- 选择适当的运动副形式。转动副易保证精度，效率高；移动副不易保证精度，效率低
- 减小构件尺寸。如轴径增大时会使摩擦力矩增大，机械易发生自锁
- 减少运动副中的摩擦。如矩形螺纹效率高于三角螺纹；平面摩擦效率高于槽面摩擦；滚动摩擦效率高于滑动摩擦；表面精度高效率高于表面精度低；选用摩擦系数小的材料；合理润滑等
- 减少动载荷四、提高机械效率的措施
影响效率的主要原因：摩擦损耗。减小摩擦从三个方面考虑：设计、制造、使用维护。设计时提高效率的措施：
第10页：5-2 机械的自锁
5-2 机械的自锁
- 定义
- 实际中，由于摩擦力的存在和驱动力作用方向问题，有时会出现无论驱动力多大，机器均不能运转的现象自锁条件：η≤0η< 1有如下三种情况:1.η> 0Wr> 0有输出功Wr→η2.η= 0Wr=0Wd= Wf输入功全部用以克服摩擦力,机械原来运转只能保持空转，机械原静止仍只能静止不动3.η< 0Wr<0Wd< Wf机械原静止仍静止,原运动也将减速最终停止运动η≤0，是不能使机械启动运转的,这种现象称为机械的自锁
第11页：机械的自锁：移动副的自锁
斜面摩擦的效率和自锁正行程：反行程：驱动力阻力自锁条件：α≤ϕ21Pv12G2P’v121G二、移动副的自锁
第12页：机械的自锁：转动副的自锁
轴径摩擦的自锁摩擦圆ρ= fvrMf= FR21ρ摩擦力矩只有单一力G作用时，驱动力矩Md= Ge当G力作用在摩擦圆之内或与摩擦圆相切时，e≤ρMd= Ge < Mf= FR21ρ而FR21G故，无论驱动力G如何大，轴径无法运转，自锁只有当G力作用在摩擦圆之外时，才不自锁三、转动副的自锁12rFR21eGGG
第13页：机械的自锁：螺旋副的效率和自锁
正行程（拧紧）：反行程（旋松）：自锁条件：α≤ϕv驱动力矩摩擦阻力矩驱动力：1.矩形螺纹和三角螺纹哪一种效率高，宜用于传动？
矩形螺纹和三角螺纹哪一种易自锁，宜用于联接？思考：四、螺旋副的效率和自锁
第14页：例题：确定斜面压榨机的自锁条件。各摩擦面
例题：确定斜面压榨机的自锁条件。各摩擦面的摩擦系数均为f。解：分别以2、3为分离体1P2αGP3Pv21v32ϕFR32ϕFR12FR32α-2ϕ900+ϕ900-(α-ϕ)ϕFR23FR13G900-（α-2ϕ）α-ϕ令P≤0自锁条件：α≤2ϕ900-ϕ
第15页：机械的自锁：自锁的应用
- 机械通常有正反两个行程，它们的机械效率一般并不相等。反行程的效率小于零的机械称自锁机械
- 自锁机械在正行程中效率一般都较低，宜用于传递功率较小的场合
- 自锁机构常用于某些夹具、螺栓联接、起重装置和压榨机等机械上五、自锁的应用
第16页：偏心夹具、在作用力
- 在作用力P作用下，工件2被压紧，产生压紧力，作用力P撤消后，在压紧力作用下，夹具自锁夹具体1工件2偏心圆盘3FR23P
偏心夹具
第17页：斜面压榨机
- 滑块在推力P作用下将物体压紧，并产生压紧力G，P力撤消后，在压紧力G作用下压榨机自锁空击PGα
斜面压榨机
第18页：作业：习题
作业:习题：5-7、5-8Homework
