机械原理(机械效率和自锁)

3、以力或力矩的形式表示：
FF
图5-1为机械传动装置的示意图。设F为 驱F 、动G力作，用G点为沿生该产力阻作力用，线VF方、向VG的分分别速为度， 其效率为：
Pr GG （a） Pd FF
G
G
为了将上式简化，引入理想机械的概念，即在理想机械中
不存在摩擦，当工作阻力仍为G时，所需的驱动力为理想驱动
力F0 ，显然克服同样工作阻力G时，F0<F，对理想机械来说， 机械的效率为：
0

Pr Pd

GG F0F
1
GG F0F （b）
将（b）代入（a）中
GG F0F
Nr GG Nd FF
（a） （b）


F0 F FF

F0 F
（c）
机械效率等于不计磨擦时，克服生产阻力所需的理想驱 动力F0，与克服同样生产阻力（连同克服磨擦力）时该 机械实际所需的驱动力F之比。
3

P3 P2
Pd
K

PK PK 1
P1 Pd

P2 P1

P3 P2

PK PK 1
1 2 3K
PK Pd

▲总效率为各机器效率的连乘积。即： 1 2 3 K
▲串联机器中任一机器的效率很低，都会使整部机器的效率很低；
▲串联的机器数目越多，效率越低。
1
2
K
P11 P22 PKK
▲并P联1机器的总P2 效率η主P要K 取决于传P1递功P2率 最 大PK的机器的效率。要
提高并联机器的效率，应着重提高传递功率大的传动路线的效率。
G0、M0 — 理想工作阻力、理想工作阻力矩；
G、M — 实际工作阻力、实际工作阻力矩；
当需计算整台机器或整个机组的机械效率时，常用以下三种 方法，其中在实际设计中，更常用到的是实验法和经验法， 即确定机械效率的三种方法分别为： 计算法 实验法 —对于已有的机器，可以用实验法直接测得机械效率。 经验法 —对于正在设计和制造的机器，不能直接用实验法测
Pr—机器的输出功率
※机组的输出功率为各机器输出功率之和；
Pr P1 P2 P3 PK 并联组合机器的总效率
Pd
…
Pr Pri P1 P2 PK
P1
P2
PK
Pd Pdi P1 P2 PK
Pd
Pd
令式中: Pr
Pd
得到机械效率的表达式为：
1
Pf
令： Pf Wf
Pd
Pd Wd
效率恒小于1
— 机械损失系数 1
由于机械摩擦不可避免，故必有： 0, 1
由以上公式可知：为使其具有较高的机械效率，应尽量减小 机械中的损耗，主要是磨擦损耗。这就要求：一方面应尽量 简化机械传动系统，使功率传递通过的运动副数目越少越好。 另一方面，应设法减少运动副中的磨擦，如采用滚动磨擦代 替滑动磨擦，选用适当的润滑剂及润滑装置进行润滑，合理 选用运动副元素的材料等。
M tan( v)
Biblioteka Baidu反行程： ' M '0 tan（ɑ- ￠V）
M'
tan
小结： 用驱动力或驱动力矩表示的效率公式为：
F0 M 0
FM
用工作阻力或工作阻力矩表示的效率公式为：
G M
G0 M0
F0、M0 —理想驱动力、理想驱动力矩；
F、M —实际驱动力、实际驱动力矩；
（1）串联组合机器的效率计算
（2）并联组合机器的效率计算
（3）混联组合机器的效率计算
（1）串联组合机器的效率计算
串联组合机器传递功率的特点： 前一机器的输出功率为后一机器的输入功率。
Pd
1
1
P1
2
2
P2
3
3
P3
…
PK 1
K
K
PK
串联组合机器的总效率 PK
1

P1 Pd
2

P2 P1
第五章 机械的效率和自锁
输入功—在一个机械系统中，驱动力（或驱动力矩）所作的功 称为输入功，用Wd 表示;
输出功—在一个机械系统中，克服工作阻力（或驱动力矩）所 作的功，称为输出功，用Wr 表示;
损失功—在一个机械系统中，克服有害阻力（如摩擦阻力、空） 气阻力等）所作的功，称为损失功，用Wf表示;
机械在稳定运转时期，输入功等于输出功与损耗功之和，即：
定效率，但由于各种机器都是由一些基本机构组合而 成，而这些基本机构的效率通过实验积累的资料却是 可以预先估定的，在已知这些基本机构和运动副的机 械效率后，就可以通过计算确定出整个机器的效率。 同理，对于由多个机器组成的机组，只要知道各台机 器的效率，就可以根据各机组的组合情况用计算的办 法求出该机组的总效率。（见P76表5-1） 三种不同机器组合的效率计算
（2）并联组合机器的效率计算
各机器的输入功率为： P1、P2 、…、PK ，
输出功率为： P1 P1 1 P2 P2 2 PK PK K
并联机组的特点：
※机组的输入功率为各机器输入功率之和；Pd —机器的输入功率
Pd P1 P2 P3 PK
正行程： F G tan( ) F0=Gtanɑ
F0 tanɑ
F tan( )
反行程： F G tan( )
(令磨擦角￠=0）
F0=Gtanɑ (令磨擦角￠=0）（G为驱动力）
' G0 tan（ɑ- ￠）
G
tan
例2：螺旋机构：
正行程： M 0 tanɑ
用力矩表示，则有： M 0 （d）
M
综合（c）、 （d），可得到：
理想驱动力 理想驱动力矩
实际驱动力 = 实际驱动力矩
F0 M0
FM
效率也可用阻力或阻力矩表示为：
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
G
G0
M
M 0
例1：斜面机构：
Wd Wr Wf
一、机械的效率 ：机械的输出功与输入功之比。反映了输
入功在机械中有效利用的程度。
1、以功来表示： Wr 1 Wf
Wd
Wd
2、以功率的形式表示，则有： Pd Pr P f
将上式等号两边同除以输入功率Pd ,得：
Pd Pr Pf
Pr 1 Pf
Pd Pd Pd