《机械的效率和自锁》PPT课件

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1、第五章机械的效率和自锁(EfficiencyandSelf-lockofMachinery)徐州工程学院§5—1机械的效率一、功(work)的概念作用在机械上的力可分为：驱动力、生产阻力和有害阻力。这些力所作的功分别称为驱动功、有效功、损失功。驱动功（输入功）Wd：机械运转时，作用在机械上的驱动力所作的功。有效功（输出功）Wr：克服生产阻力所作的功。损失功Wf：克服有害阻力所作的功。▲机械在稳定运转时，有：Wd=Wr+Wf徐州工程学院二、机械效率的计算方法输出功和输入功的比值，称为机械效率，它反映了输入功在机械中有效利用的程度，用η表示。1、用功的比值表示：η=Wr/Wd=（W

2、d-Wf）/Wd=1-Wf/Wd2、用功率的比值表示：η=Nr/Nd=1-Nf/Nd（Nd、Nr、Nf分别为输入、输出、损失功率）机械的损失功（率）与输入功（率）的比值，称为机械损失系数（损失率），用ξ表示。ξ=Wf/Wd=Nf/Nd=1-η即：徐州工程学院∵在实际机械中，Wf、Nf≠0ξ=Wf/Wd=Nf/Nd=1-η∴ξ>0，η<1且随Wf、Nf↑→ξ↑、η↓∴在设计机械时，为了提高η，应尽量减少摩擦损失。为此，应设法减少运动副中的摩擦，可采取：滚动代替滑动、选用适当的润滑剂、合理选用运动副元素及其材料。3、用力的比值表示：如图5-1所示为一机械传动装置的示意图。设F为驱动

3、力，G为生产阻力，VF、VG分别为F、G的作用点沿力作用线方向的分速度。图5-1徐州工程学院图5-1根据效率计算式，可得：η=Nr/Nd=GVG/(FVF)设想在该机械中不存在摩擦，这样的机械称为理想机械。这时为了克服同样的生产阻力G，其所需的驱动力为F0（称为理想驱动力），显然就不再需要像F那么大了。因为对理想机械来说，其效率应：η0=1。故得：η0=GVG/(F0VF)=1→GVG=F0VF代入上式，得：η=F0VF/FVF=F0/F=理想驱动力/实际驱动力此式说明：机械效率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。徐州工程学院4、用力矩的比值表

4、示：η=M0/M=理想驱动力矩/实际驱动力矩式中：M0、M分别表示克服同样生产阻力所需的理想驱动力矩、实际驱动力矩。▲机械效率的确定，除了用计算方法之外，更常用实验方法来测定。有关机构和运动副的机械效率见P69表5-1。徐州工程学院例题分析：例1、图4-3、4-4所示的斜面机构中，求其正、反行程的机械效率。图4-3图4-4解：正行程（滑块沿斜面上升）时：F=Gtan(α+ψ)实际驱动力为：不考虑摩擦时，理想驱动力为：F0=Gtanα∴η=F0/F=tanα/tan(α+ψ)反行程（滑块沿斜面下降），注意此时载荷G为驱动力：∵F′=Gtan(α-ψ)∴G=F′cot(α-ψ)G0

5、=F′cotα∴η′=G0/G=tan(α-ψ)/tanα徐州工程学院例2、图4-5所示的螺旋机构中，求拧紧螺母和放松螺母时，机械的效率。图4-5解：拧紧螺母（即螺母逆着载荷向上运动）时：实际驱动力矩为：不考虑摩擦时，理想驱动力矩为：∴η=M0/M=tanα/tan(α+ψ)放松螺母（即螺母顺着载荷向下运动）时，注意此时载荷G为驱动力:∵M′=Gd2tan(α-ψ)/2∴G=2M′/d2cot(α-ψ)G0=2M′/d2cotα∴η′=G0/G=tan(α-ψ)/tanαM=Gd2tan(α+ψ)/2M0=Gd2tanα/2徐州工程学院三、机械系统的效率上述机械效率及计算是指一

6、个机构或一台机器的效率。对于由许多机构或机器组成的机械系统的效率，可根据机械系统的联接方式（串联、并联、混联）来计算。1、串联如图5-2所示为k个机器串联组成的机械系统。图5-2设各机器的机械效率分别为η1、η2、…、ηk，该机械系统的输入功率为Pd，输出功率为Pk。功率在传递过程中，前一台机器的输出功率为后一台机器的输入功率。徐州工程学院则该机械系统的机械效率为：η=Pk/Pd=P1/Pd·P2/P1·P3/P2…Pk/Pk-1=η1·η2·η3·…·ηk∴串联机械系统的总效率等于该系统中各台机器效率的连乘积。由此可见，只要串联机械系统中有一台机器的效率很低，就会使整个机械系

7、统的效率极低；且串联机器的数目越多，系统的效率也越低。图5-2徐州工程学院2、并联如图5-3所示为k个机器并联组成的机械系统。设各台机器的输入功率分别为P1、P2、…、Pk，输出功率分别为P1′、P2′、…、Pk′。则：图5-3总输入功率：总输出功率：Pr=P1′+P2′+…+Pk′=P1η1+P2η2+…+PkηkPd=P1+P2+…+Pk徐州工程学院∴总效率：如各台机器输入功率均相等，则η=(η1+η2+…+ηk)/k；如各台机器机械效率均相等，则η=ηi（i=1、2、…、k）。上式表明