第5章 机械的效率和自锁课件.ppt

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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=（Wd-W

2、f）/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：∵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为驱动力，G为生产

3、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。4、用力矩的比值表示：η=M0/M=理想驱动力矩

4、/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。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=F′cotα∴η′=G0/G=ta

5、n(α-ψ)/tanα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/2三、机械系统的效率上述机械效率及计算是指一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

6、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。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-

7、22、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∴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：并联机械系统的总效率不仅与各机器的效率有关，而且也与各机器所传递的功率大小有关。由此可见，要提高并联机械系统的效率，应