机械的效率与自锁PPT课件

械效率(P123-P124)。 第4页/共16页
表5-2 简单传动机械和运动副的效率
名称
传动形式
效率值
备注
圆柱齿轮 传动
6~7级精度齿轮传动
8级精度齿轮传动 9级精度齿轮传动 切制齿、开式齿轮传动 铸造齿、开式齿轮传动
0.98~0.99 0.97 0.96
0.94~0.96 0.9~0.93
良好跑合、稀油润滑
拧松时，驱动力为G，M’为阻力矩，则有：
湖南建材高专专用 作者： 潘存云教授
实际驱动力：
G=2M’/d2 tg(α-φv )
理想驱动力： ∴
G0=2M’/d2 tg(α) η’＝G0/G ＝tg(α-φv ) / tg(α )
以上为计算方法，工程上更多地是用实验法测定η ，
表5－2列出由实验所得简单传动机构和运动副的机
稀油润滑 稀油润滑 干油润滑
6~7级精度齿轮传动
圆锥齿轮 8级精度齿轮传动 传动 切制齿、开式齿轮传动
铸造齿、开式齿轮传动
0.97~0.98 0.94~0.97 0.92~0.95 0.88~0.92
良好跑合、稀油润滑 稀油润滑 干油润滑
蜗杆传动
湖南建材高专专用 作者： 潘存云教授
自锁蜗杆 单头蜗杆
润滑不良 润滑正常 液体润滑
稀油润滑 稀油润滑
复杂机械的机械效率计算方法：
1.)串联：
Nd
N1
1
N2 2
Nk-1
Nk
k
Nk Nd
N1 Nd
N2 N3 Nk N1 N2 Nk1
1 2 k
N1
Nd N2
Nk
2.)并联
1
2
k
k
Nd Ni ＝N1 N2 Nk 1
N’1
N作’者2 ：潘存云教授N’k Nr
备注
平型带传动 V型带传动
0.90~0.98 0.94~0.96
套筒滚子链 无声链
0.96 0.97
润滑良好
平摩擦轮传动 槽摩擦轮传动
0.85~0.92 0.88~0.90
0.94 0.97 0.99
球轴承 滚子轴承
0.99 0.98
滑动螺旋 滚动螺旋
0.30~0.80 0.85~0.95
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b)稳定运转阶段 ①变速稳定阶段 ω在ωm上下
ω
ω 作者：潘存云教授
m
周期波动, ω(t)=ω(t+Tp)
t
WG=0, △E=0 在一个循环内有：
启动 稳定运转 停止
Wd―Wr―Wf= E－E0＝0 → Wd= Wr+Wf
②匀速稳定阶段 ω＝常数，任意时刻都有：
Wd―Wr―Wf=E－E0＝0 → Wd=Wr＋Wf 输入功总是等于有用功与损失功之和。
k
Nr
N
' i
N1'
N
' 2
N
' k
N11
N 22
N kk
1
N r ＝ N11 N 22 N kk 总效率η不仅与各机器的效率ηi
Nd
N1 N2 Nk
有关，而且与传递的功率Ni有关。
设各机器中效率最高最低者分别为ηmax和ηmin 则有：
湖南建材高专专用 作者： 潘存云教授
90°-α+2φ FR13
90°-φ
令F≤0得： tg(α-2φ)≤0
α-2φ FR23
α≤2φ
G 作者：潘存云教授
FR12
α-φ
FR32
提问：如F力反向，该机械发生自锁吗？ 90°+φ
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F 90°-(α-φ)
根据不同的场合，应用不同的机械自锁判断条件： ▲驱动力落在摩擦锥或摩擦圆之内；
φ
1
esin(δ－φ)－(Dsinφ)/2≤ρ
B
湖南建材高专专用
作者： 潘存云教授
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当机械出现自锁时，无论驱动力多大，都不能 运动，从能量的观点来看，就是:
驱动力做的功永远≤由其引起的摩擦力所做的功
即： η≤0 --由此判断是否自锁及出现自锁条件。
说明： η≤0时，机械已不能动，外力根本不做功，η已
最大摩擦力 ：Fmax = f N21 = Fntgφ
当β≤φ 时, 恒有： Ft ≤ Fmax
FR21 Ft 摩擦锥
P Pn
φβ 1
v21
F 作者：2潘1存云教授
2 N21
无论F多大，滑块在P的作用下不可能运动 G
→发生自锁。
当驱动力的作用线落在摩擦锥内时，则机械发生自锁。
工程意义：设计新机械时，应避免 在运动方向出现自锁，而有些机械 湖南建材高专专用 要利用自锁进行工作(如千斤顶等)。
用功率表示：η＝Nr / Nd ＝(Nd－Nf) /Nd ＝1－Nf /Nd
分析：η总是小于 1，当Wf 增加时将导致η下降。 设计机械时，尽量减少摩擦损失，措施有：
a)用滚动代替滑动
b)考虑润滑
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c)合理选材
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用力的比值表示：
η＝Nr / Nd
＝G vG /F vF
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感谢观看！
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G
对理想机械，有理想驱动力F0 vG
η0＝Nr / Nd = G vG /F0 vF ＝1
F0
vF 机械 作者：潘存云教授
代入得: η＝F0 vF / F vF＝F0 / F 用力矩来表示有：η＝Md0 / Md 同理：当驱动力P一定时，理想工作阻力Q0为：
G0 vG / F vF＝1
得： η＝G vF /G0 vF＝G / G0
失去一般效率的意义。仅表明机械自锁的程度。且η
越小表明自锁越可靠。
η＝G0 / G ≤0 ＝> G≤0 上式意味着只有当生产阻力反向而称为驱动力之 后，才能使机械运动。上式可用于判断是否自锁及出 现自锁条件。
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举例1： 求螺旋千斤顶反行程的机械效率。
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c)停车阶段 ω→0 Wd―Wr―Wf±WG= E－E0<0
输入功小于有用功与损失功之和。 第1页/共16页
二、机械的效率
机械在稳定运转阶段恒有: Wd= Wr+Wf η＝Wr / Wd ＝(Wd－Wf) /Wd ＝1－Wf /Wd
比值Wr / Wd反映了驱动功的有效利用程度， 称为机械效率。
用力矩来表示有：η＝M / M 湖南建材高专专用
作者： 潘存云教授
G G0
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重要结论：
＝实 理际 想驱 驱动 动力 力
＝理想驱动力矩 实际驱动力矩
＝实际工作阻力 理想工作阻力
＝实际工作阻力矩 理想工作阻力矩
计算螺旋副的效率：
拧紧： M
d2 2
Gtg(
v )
理想机械： M0＝d2 G tg(α ) / 2 η＝M0 / M ＝tg(α)/tg(α＋φv )
令 η’＝tg(α-φv ) / tg(α) ≤0
得自锁条件：
tg(α-φv ) ≤0 →α≤φv
若取： f =0.15 φv =8.7°
作者：潘存云教授
湖南建材高专专用 作者： 潘存云教授
作者：潘存云教授
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例2 求图示斜面压榨机的机械效率。
FR13 + FR23 + G = 0
FR32 + FR12 + F = 0
ηmin<η<ηmax
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3.)混联
先分别计算，合成后按串联或并联计算。
3‘
4‘
N’r
Nd
N1
N2 N’d2
N’d3
1
2
N 作者：潘存云教授k
3“
4“
N”d2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
N”d3
N”r
湖南建材高专专用 作者： 潘存云教授
Nd
N1
N2
3‘ N’d2
N’d3 4N‘ ’r
N’r串联计算
1 2 作者：潘存云教授
大小： ？ ？ √
大小： √ ？ ？
方向： √ √ √
方向： √ √ √
G
力多边形中，根据正弦定律得： F = FR32 sin(α-2φ)/cosφ G = FR23 cos(α-2φ)/cosφ
1
作者F：R潘1α3存云-教φ3授
FR23
v32 αFR12
2 FR32
F
由FR32＝-FR23可得： F= Gtg(α-2φ)
双头蜗杆 三头、四头蜗杆 圆弧面蜗杆
0.40~0.45 0.70~0.75
0.75~0.82 0.80~0.92 0.85~0.95
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润滑良好
名称 带传动
链传动 摩擦轮传 动
滑动轴承
滚动轴承
螺旋传动
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续表5-2 简单传动机械和运动副的效率
传动形式
效率值
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二、含转动副的机械
当回转运动副仅受单力F作用时： 产生的力矩为： M=F ·a
最大摩擦力矩为： Mf =FRρ ＝Fρ 当力F的作用线穿过摩擦圆(a<ρ)时，发生自锁。
aF
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1 FR
2
作者：潘存云教授
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应用实例：图示钻夹具在F力夹紧，去掉F后要求不能 松开，即反行程具有自锁性。分析其几何条件。
分析：若总反力FR23穿过摩擦圆--发生自锁
由此可求出夹具各参数的几何条件为：
s-s1≤ρ
在直角△ABC中有：
s1 =AC =(Dsinφ) /2
在直角△OEA中有：
s =OE=esin(δ－φ)
反行程具有自锁条件为：
s s1
E
F
Oδ 3
e作F者CR：2潘3存φAB云A教DD授 3 B
2
O
E
δ-φ
A C
Nk
3“ N”d2
N”d3 4N“ ”r
N”r
Nd
N1
N2
1
2
Nr N’r
Nk
作者：潘存云教授
N”r
并联计算 串联计算
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§5－2 机械的自锁
一、含移动副的机械 分析平面移动副在驱动力 P作用的运动情况：
水平分力： Ft=Fsinβ= Fn tgβ
法向分力： Fn=Fcosβ
正压力：
N21=Fn
▲令η≤0；
▲令生产阻力Q≤0； ▲驱动力在运动方向上的分力Pt≤F摩擦力。
本章重点：
▲不同运动副中摩擦力与载荷之间的关系，摩擦 角或摩擦圆的概念；
▲机构中不同运动副中总反力作用线的确定；
▲机械效率η的计算方法；
▲自锁的概念，以及求简单机械自锁的几何条件。
湖南建材高专专用 作者： 潘存云教授
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