机械的效率和自锁(有答案)
西工大教材-机械原理各章习题及答案
电动机所需的功率为
p = ρ • v /η = 5500 ×1.2 ×10−3 / 0.822 = 8.029(KW )
5-8 在图示斜面机构中，设已知摩擦面间的摩擦系数 f=0.2。求在 G 力作用下（反行程），此斜面 机构的临界自锁条件和在此条件下正行程（在 F 力作用下）的效率。 解 1）反行程的自锁条件 在外行程（图 a），根据滑块的平衡条件：
解 1 ） 取 比 例 尺 μ 1 ＝ 1mm/mm 绘 制 机 构 运 动 简 图 （ 图 b ）
(a)
2 ）计算该机构的自由度
n=7
pι=9
ph=2（算齿轮副，因为凸轮与齿轮为一体） p’=
F’= F=3n-2pe-ph
=3x7-2x8-2 =1
G7
D 64 C
EF
3
9
B
2
8
A
ω1
b)
2-6 试计算如图所示各机构的自由度。图 a、d 为齿轮一连杆组合机构；图 b 为凸轮一连杆组合 机构（图中在 D 处为铰连在一起的两个滑块）；图 c 为一精压机机构。并问在图 d 所示机构中， 齿轮 3 与 5 和齿条 7 与齿轮 5 的啮合高副所提供的约束数目是否相同？为什么？
C3 重合点继续求解。
解 1）速度分析（图 b）取重合点 B2 与 B3，有
方向 大小 ？
v vv vB3 = vB2 + vB3B2 ⊥ BD ⊥ AB // CD ω1lAB ?
D
C
3 d3
ω3
4
ω3 90°
2
B（B1、B2、B3）
ω1
A1 ϕ = 90°
第5章机械的效率和自锁
P1 1
P’1
P2
Pk
2
k
P’2
P’k
Pr
总效率η不仅与各机器的效率ηi有关，而且与传递的功率 Pi有关。
设各机器中效率最高最低者分别为ηmax和ηmin 则有：
ηmin<η <ηmax
3.)混联 先分别计算，合成后按串联或并联计算。
P1 1
P2 P’d23‘ P’d3 4‘P’r 2
Pd
P”d23“ P”d3 P4“kP”r
无论F多大，滑块在F的作用下不可能运动
FR Ft F Fn
φβ 1
Ff
2
当驱动力的作用线落在摩擦角（锥）内时，则机械发生 自锁。
5.4.2转动副的自锁
a
对仅受单力F作用的回转运动副产 生的力矩为： Md=F·a
最大摩擦力矩为： Mf =FRρ
1F FR
2
当力F的作用线穿过摩擦圆(a<ρ)时，发生自锁。
Ff 21
简单平面移动副
2 FN21 G
Ff 21 fFN21 fG
v FN21
12
F 1
G
●槽面接触： fv= f / sinθ
G=(FN21 /2)sinθ+(FN21 /2)sinθ FN21 = G / sinθ Ff21= f FN21
= G (f / sinθ) =G fv
fv─当量摩擦系数。
第5章 机械的效率和自锁
本章教学内容
5.1运动副中摩擦力的确定 5.2考虑摩擦时机构的受力分析 5.3机构的效率 5.4机构的自锁
5.1 运动副中的摩擦力的确定
5.1.1移动副中摩擦力的确定
●水平面接触：
Ff 21 fFN21
孙桓《机械原理》【教材精讲+考研真题解析】(第五章机械的效率与自锁)【圣才出品】
第5章机械的效率与自锁[视频讲解]5.1本章要点详解本章要点■机械效率的定义及其计算方法■提高机械效率的措施■机械的自锁现象及其应用■机械的自锁条件及其确定重难点导学一、机械的效率1．机械效率的概念及意义（1）概念①机械效率机械的输出功与输入功之比称为机械效率，它反映了输入功在机械中的有效利用程度，以 表示。
②损失率机械的损失功（W f）与输入功（W d）的比值称为机械损失系数或损失率，以ξ表示。
（2）意义①机械效率反映了输入功在机械中的有效利用的程度。
②机械效率是机械中的一个主要性能指标。
③因摩擦损失是不可避免的，故必有ξ＞0和η＜1。
2．机械效率的确定（1）机械效率的计算确定①以功表示的计算公式式中W r表示有效功、W f表示损失功、W d表示总功。
②以功率表示的计算公式式中P r表示有效功率、P f表示损失功率、P d表示总功率。
③以力或力矩表示的计算公式η＝F0／F＝M0／M式中M0和M分别表示为了克服同样生产阻力所需的理想驱动力矩和实际驱动力矩，所以其计算公式也可表示为（2）机械效率的实验测定机械效率的确定除了用计算法外，更常用实验法来测定，许多机械尤其是动力机械在制成后，往往都需作效率实验。
3．机组的机械效率计算已知机构的效率可计算确定整个机构的效率。
常用机构的效率见如表5-1-1所示。
表5-1-1简单传动机构和运动副的效率（1）机组的定义由若干个机器组成的机械系统称为机组。
当已知机组各台机器的机械效率时，则该机械的总效率可由计算求得。
（2）机组的分类①串联机组如图5-1-1所示，由k个机器串联组成的机组，设各机器的效率分别为1η、2η、…、η，则串联机组的效率为k图5-1-1串联机组由此可见，只要串联机组中任一机器的效率很低，就会使整个机组的效率极低；且串联机器的数目越多，机器的效率也越低。
因此，提高串联机组机械效率的方法有：a．减少串联机构的数目；η。
b．提高机组中最小的机械效率min②并联机组如图5-1-2所示，由k个机构并联组成的机组，设各机构的效率分别为1η、2η、……kη，则并联机组的效率为图5-1-2并联机组由此可见，并联机组的特点有：a．机组的输入功率为各机器的输入功率之和，而其输出功率为各机器的输出功率之和。
机械原理机械的效率和自锁
P2 3 P3 4 P4 5 Pr
混联组合机器的总效率
Pr
Pd
η′—串联机构的效率
η″—并联机构的效率
例1 在图示的电动卷扬机中，已知其每一对齿轮的效率η12、 η2′３ 以及鼓轮的效率η4均为0.95，滑轮的效率η5为0.96，载荷 Q = 50000N。其上升的速度V=12m/min , 求电机的功率？
（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
Pd Pr /1 2 34 5 0.2 /(0.982 0.942 0.42) 0.561KW
机构的总效率为：
Pr Pd
Pr Pd
PPdr
5 0.2 0.837 5.649 0.561
§5-2 机械的自锁
2. 每一路的总效率分别为：
2
1
18 12 34 56 78
0.953 0.92 0.79
114 12 910 1112 1314
0.953 0.92 0.79
6
5
11 12
84
3 13
7
9 10
14
3.
整个机构的总效率为：
1 2 0.98, 3 4 0.96, 3 4 0.94, 5 0.42;
并已知输出的功率分别为 Pr 5KW, Pr 0.2KW.
求该机械传动装置的机械效率。
机械的效率和自锁
F = G tan(α − 2ϕ )
结束
§2 机械的自锁
四、举例
3、偏心卡具：在工件反力作用下的自锁条件 、偏心卡具：
结束
§2 机械的自锁
四、举例
3、偏心卡具：在工件反力作用下的自锁条件 、偏心卡具： 去除后，卡具不松脱， F 去除后，卡具不松脱，则必 须使反力FR23与摩擦圆 ρ 相割 由几何条件： 由几何条件： S-S ≤ ρ 由直角三角形ABC知： 知 由直角三角形 S1 = AC = R sinϕ ϕ 又由直角三角形OAE知： 知 又由直角三角形 S = OE = e sin(δ - ϕ ) 自锁条件： 自锁条件： O δ s1
自锁条件： 自锁条件： a [ ρ 驱动力（外力的合力）作用于摩擦圆之内时，则发生自锁。 驱动力（外力的合力）作用于摩擦圆之内时，则发生自锁。
结束
§2 机械的自锁
三、自锁时的力学特征
3、机械的自锁 、
1）由力分析求得的机械可以克服的生产阻力 G ≤ 0 ） 2）机械效率 η ≤ 0（效率越小自锁越可靠） ） （效率越小自锁越可靠）
§1 机械的效率
一、机械效率及其表达形式
1、机械效率 η Wd = Wr + Wf
输入功 （动力）
输出功 （克服生产阻力）
损耗功 （摩擦等）
机械效率： 机械效率：
η = Wr / Wd = 1 - Wf / Wd
机械损失率： 机械损失率： ξ = Wf / Wd
η + ξ = 1 损失不可避免 Wf → ξ > 0； η < 1 ；
s
.E
C R23 A ϕ B
e
F
D
ρ
e sin(δ − φ ) − R sin ϕ ≤ ρ
机械原理各章问答答案
机械原理各章问答答案机械原理问答题1.什么是机构、机器和机械？答：机构：在运动链中，其中一个件为固定件（机架），一个或几个构件为原动件，其余构件具有确定的相对运动的运动链称为机构。
机器：能代替或减轻人类的体力劳动或转化机械能的机构。
机械：机器和机构的总称。
2.机器有什么特征？答：⑴经过人们精心设计的实物组合体。
⑵各部分之间具有确定的相对运动。
⑶能代替或减轻人的体力劳动，转换机械能。
3.机构有什么特征？答：⑴经过人们精心设计的实物组合体。
⑵各部分之间具有确定的相对运动。
4.什么是构件和零件？答：构件：是运动的单元，它可以是一个零件也可以是几个零件的刚性组合。
零件：是制造的单元，加工制造不可再分的个体。
1.什么是平面机构？答：组成机构的所有构件都在同一平面或相互平行的平面上运动。
2.什么是运动副？平面运动副分几类，各类都有哪些运动副？其约束等于几个？答：运动副：两个构件直接接触而又能产生一定相对运动的联接叫运动副。
平面运动副分两类：（1）平面低副（面接触）包括：转动副、移动副，其约束为 2。
（2）平面高副（点、线接触）包括：滚子、凸轮、齿轮副等，约束为 1。
3.什么是运动链，分几种？答：若干个构件用运动副联接组成的系统。
分开式链和闭式链。
4.什么是机架、原动件和从动件？答：机架：支承活动构件运动的固定构件。
原动件：运动规律给定的构件。
从动件：随原动件运动，并且具有确定运动的构件。
5.机构确定运动的条件是什么？什么是机构自由度？答：条件：原动件的数目等于机构的自由度数。
机构自由度：机构具有确定运动所需要的独立运动参数。
6 .平面机构自由度的计算式是怎样表达的？其中符号代表什么？答：F ＝3n- 2P L-P H其中：n----活动构件的数目，P L----低副的数目，p H----高副的数目。
7.在应用平面机构自由度计算公式时应注意些什么？答：应注意复合铰链、局部自由度、虚约束。
8.什么是复合铰链、局部自由度和虚约束，在计算机构自由度时应如何处理？答：复合铰链：多个构件在同一轴线上组成转动副，计算时，转动副数目为m-1个局部自由度：与整个机构运动无关的自由度，计算时将滚子与其组成转动副的构件假想的焊在一起，预先排除局都自由度。
机械原理(机械效率和自锁)
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：
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
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
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。
机械原理5机械效率与自锁
一、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。
以上为效率计算方法，工程上更多地是用实验法
测定η ，表5－1列出由实验所得简单传动机构和运
动副的机械效率(P69-P70)。
表5-1 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
6~7级精度齿轮传动
拧紧时：
M
d2 2
Gtg(
v )
理想机械： M0＝（d2 G tgα） / 2 η＝M0 / M ＝tgα/tg(α＋φv )
拧松时，驱动力为G，M’为阻力矩，则有：
实际驱动力：
G=2M’/d2 tg(α-φv )
理想驱动力： ∴
G0=2M’/d2 tgα η’＝G0/G ＝tg(α-φv ) / tgα
良好跑合、稀油润滑 稀油润滑 干油润滑
0.40~0.45 0.70~0.75
0.75~0.82 0.80~0.92 0.85~0.95
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
续表5-1 简单传动机械和运动副的效率
传动形式
效率值
备注
机械原理题库含答案
机械原理--- 1第2章机构的结构分析一、正误判断题：在括号内正确的画“√”,错误的画“×”1.在平面机构中一个高副引入二个约束;×2.任何具有确定运动的机构都是由机架加原动件再加自由度为零的杆组组成的; √3.运动链要成为机构,必须使运动链中原动件数目大于或等于自由度;×4.平面机构高副低代的条件是代替机构与原机构的自由度、瞬时速度和瞬时加速度必需完全相同;√5.当机构自由度F＞0,且等于原动件数时,该机构具有确定运动;√6.若两个构件之间组成了两个导路平行的移动副,在计算自由度时应算作两个移动副;×7.在平面机构中一个高副有两个自由度,引入一个约束;√8.在杆组并接时,可将同一杆组上的各个外接运动副连接在同一构件上;×9.任何机构都是由机架加原动件再加自由度为零的基本杆组组成;因此基本杆组是自由度为零的运动链;√10.平面低副具有2个自由度,1个约束;×二、填空题1.机器中每一个制造单元体称为零件 ;2.机器是在外力作用下运转的,当外力作功表现为盈功时,机器处在增速阶段,当外力作功表现为亏功时,机器处在减速阶段;3.局部自由度虽不影响机构的运动,却减小了高副元素的磨损 ,所以机构中常出现局部自由度;4.机器中每一个独立的运动单元体称为构件 ;5.两构件通过面接触而构成的运动副称为低副；通过点、线接触而构成的运动副称为高副;6.平面运动副的最大约束数为 2 ,最小约束数为 1 ;7.两构件之间以线接触所组成的平面运动副,称为高副,它产生 2 个约束;三、选择题1.机构中的构件是由一个或多个零件所组成,这些零件间 B 产生任何相对运动;A.可以B.不能C.变速转动或变速移动2.基本杆组的自由度应为 C ;A.－1B. +1C. 03.有两个平面机构的自由度都等于1, 现用一个带有两铰链的运动构件将它们串成一个平面机构,则其自由度等于 B ;A. 0B. 1C. 24.一种相同的机构 A 组成不同的机器;A.可以B.不能C.与构件尺寸有关5.平面运动副提供约束为 C ;A．1 B．2 C．1或26.计算机构自由度时,若计入虚约束,则机构自由度就会 C ;A．不变 B．增多 C．减少7.由4个构件组成的复合铰链,共有 B 个转动副;A．2 B．3 C．48.有两个平面机构的自由度都等1,现用一个带有两铰链的运动构件将它们串成一个平面机构,则其自由度等于 B ;A 0B 1C 2第3章平面机构的运动分析一、判断题正确打√,错误打×1．速度瞬心是指两个构件相对运动时相对速度为零的点; √2. 利用瞬心既可以对机构作速度分析,也可对其作加速度分析; ×二、选择题1. 平面六杆机构有共有 C 个瞬心;A．6 B．12 C．15三、填空题1. 当两构件以转动副相连接时,两构件的速度瞬心在转动副的中心处 ;2. 不通过运动副直接相连的两构件间的瞬心位置可借助三心定理来确定;第5章机械的效率和自锁一、填空题1．从效率的观点来看,机械的自锁条件时效率≤ 0;2．机械发生自锁时,机械已不能运动,这时它所能克服的生产阻抗力≤0;第7章机械的运转及其速度波动的调节一、正误判断题：在括号内正确的画“√”,错误的画“×”1.为了使机器稳定运转,机器中必须安装飞轮;×2.机器中安装飞轮后,可使机器运转时的速度波动完全消除;×3.机器稳定运转的含义是指原动件机器主轴作等速转动;×4.机器作稳定运转,必须在每一瞬时驱动功率等于阻抗功率;×5.为了减轻飞轮的重量,最好将飞轮安装在机械的高速轴上;√二、选择题1、在最大盈亏和机器运转速度不均匀系数不变前提下,将飞轮安装轴的转速提高一倍,则飞轮的转动惯量将等于原飞轮转动惯量的 C ;2 C.1/42、为了减轻飞轮的重量,飞轮最好安装在 C 上;A.等效构件上B.转速较低的轴上C.转速较高的轴上3、若不改变机器主轴的平均角速度,也不改变等效驱动力矩和等效阻抗力矩的变化规律,拟将机器运转速度不均匀系数从降到,则飞轮转动惯量将近似等于原飞轮转动惯量的 A ;.100 C104、有三个机械系统,它们主轴的最大角速度和最小角速度分别是：11025转/秒,975转/秒;2转/秒,转/秒;3525转/秒 475转/秒;其中运转最不均匀的是 C ;A.1B.2C.35、对于存在周期性速度波动的机器,安装飞轮主要是为了在 B 阶段进行速度调节;A．起动 B．稳定运转 C．停车6、为了减小机械运转中周期性速度波动的程度,应在机械中安装 B ;A．调速器 B．飞轮 C．变速装置三、填空题1. 机器的周期性性速度波动可以用飞轮来调节, 非周期性速度波动必须用调速器来调节;2.把具有等效转动惯量 ,其上作用有等效力矩的绕固定轴转动的等效构件,称为原机械系统的等效动力学模型3.在机器中安装飞轮能在一定程度上减小机器的周期性速度波动量;4.对于机器运转的周期性速度波动,一个周期内驱动力与阻力所做的功是相同的;第8章平面连杆机构及其设计一、正误判断题：在括号内正确的画“√”,错误的画“×”1.曲柄摇杆机构的极位夹角一定大于零;×2.具有急回特性的四杆机构只有曲柄摇杆机构、偏置曲柄滑块机构和摆动导杆机构;√3.四杆机构处于死点位置时,机构的传动角一定为零√4.对于双摇杆机构,最短构件与最长构件长度之和一定大于其余两构件长度之和;×5.双摇杆机构一定不存在整转副; ×6.平面四杆机构的压力角大小不仅与机构中主、从动件的选取有关,而且还随构尺寸及机构所处位置的不同而变化;√7.摆动导杆机构一定存在急回特性;√8.在四杆机构中,当最短杆长度与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和时,且以最短杆的邻边为机架,该机构为曲柄摇杆机构;×9.对心曲柄滑块机构无急回运动; √10.一个铰链四杆机构若为双摇杆机构,则最短杆长度与最长杆长度之和一定大于其余两杆长度之和; ×11.平面四杆机构处于死点位置时,机构的传动角等于零;√12.对心曲柄滑块机构,当曲柄为主动件时机构无急回特性; √13.满足“最短杆长度+最长杆长度≤其余两杆长度之和”的铰链四杆机构一定有曲柄存在;×14.在铰链四杆机构中,当行程速比系数K＞1时,机构一定有急回特性; √二、填空题1.在曲柄滑块机构中,滑块的极限位置出现在曲柄与连杆共线位置;2.在曲柄摇杆机构中,若以摇杆为原动件,则曲柄与连杆共线位置是死点位置;3.在曲柄摇杆机构中,当摇杆为主动件,且曲柄与连杆两次共线时,则机构出现死点位置;4.当四杆机构的压力角α=90°时,传动角等于 0° ,该机构处于死点位置;5.铰链四杆机构ABCD中,已知：l AB=60mm,l BC=140mm,l CD=120mm,l AD=100mm;若以AB杆为机架得双曲柄机构；若以CD杆为机架得双摇杆机构；若以AD杆为机架得曲柄摇杆机构;6.铰链四杆机构的基本形式有曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构;三、选择题1.当四杆机构处于死点位置时,机构的压力角 B ;A.为0°B.为90°C.与构件尺寸有关2.铰链四杆机构中若最短杆和最长杆长度之和大于其他两杆长度之和时,则机构中 B ;A.一定有曲柄存在B. 一定无曲柄存在C. 是否有曲柄存在还要看机架是哪一个构件3.曲柄摇杆机构 B 存在急回特性;A . 一定 B. 不一定 C. 一定不4.平面四杆机构所含移动副的个数最多为 B ;A. 一个B. 两个C. 基圆半径太小5.四杆机构的急回特性是针对主动件作 A 而言的;A.等速转动B. 等速移动C.变速转动或变速移动6.对于双摇杆机构,最短构件与最长构件长度之和 B 大于其它两构件长度之和;A . 一定 B. 不一定 C. 一定不7.如果铰链四杆运动链中有两个构件长度相等且均为最短,若另外两个构件长度也相等,则当两最短构件相邻时,有 B 整转副;A. 两个B.三个C. 四个8.平行四杆机构工作时,其传动角 A ;A . 是变化值 B. 始终保持90度 C.始终是0度9.一曲柄摇杆机构,若改为以曲柄为机架,则将演化为 A ;A．双曲柄机构 B．曲柄摇杆机构 C．双摇杆机构10.曲柄摇杆机构中,当曲柄为主动件时,最小传动角出现在 A 位置;A．曲柄与机架共线 B．摇杆与机架共线 C．曲柄与连杆共线11.设计连杆机构时,为了具有良好的传动条件,应使 A ;A.传动角大一些,压力角小一些B.传动角和压力角都小一些C.传动角和压力角都大一些12.平面连杆机构的行程速比系数K值的可能取值范围是 A ;A．1≤K≤3 B．1≤K≤2 C．0≤K≤113.铰链四杆机构中有两个构件长度相等且最短,其余构件长度不同,若取一个最短构件作机架,则得到 C 机构;A 曲柄摇杆B 双曲柄C 双摇杆14.对心曲柄滑块机构以曲柄为原动件时,其最大传动角为 A ;m axA 90°B 45°C 30°15.下面那种情况存在死点 C ;A 曲柄摇杆机构,曲柄主动B 曲柄滑块机构,曲柄主动C 导杆机构,导杆主动16.要将一个曲柄摇杆机构转化成双摇杆机构,可以用机架转换法将C ;A 原机构的曲柄作为机架B 原机构的连杆作为机架C 原机构的摇杆作为机架17.在铰链四杆机构中,当满足“最短杆长度+最长杆长度≤其余两杆长度之和”时,以 A 机架,该机构为双摇杆机构;A 最短杆的对边B 最短杆C 最短杆的邻边18.无急回特性的平面连杆机构中,行程速比系数 B ;A K1B K=1C K119.在下列机构中,不会出现死点的机构是 A 机构;A 导杆从动机构B 曲柄从动摇杆C 曲柄从动滑块机构第9章凸轮机构及其设计一、正误判断题：在括号内正确的画“√”,错误的画“×”1.直动平底从动件盘形凸轮机构工作中,其压力角始终不变;√2.当凸轮机构的压力角的最大值超过许用值时,就必然出现自锁现象;×3.滚子从动件盘形凸轮机构中,基圆半径和压力角应在凸轮的实际廓线上来度量;×4.在直动从动件盘形凸轮机构中进行合理的偏置,是为了同时减小推程压力角和回程压力角; ×5.凸轮机构中,滚子从动件使用最多,因为它是三种从动件中的最基本形式; ×6.在凸轮理论廓线一定的条件下,从动件上的滚子半径越大,则凸轮机构的压力角越小; ×7.凸轮机构中,当推杆在推程按二次多项式运动规律运动时,在推程的起始点、中点及终止点存在刚性冲击;×8.凸轮机构中,在其他条件不变的情况下,基圆越大,凸轮机构的传力性能越好;√9.凸轮机构的从动件采用等速运动规律时可避免刚性冲击; ×10.在滚子推杆盘形凸轮机构中,凸轮的基圆半径应在凸轮的理论廓线上来度量; √11.凸轮机构的基圆越大则传力性能越好; √12.从动件按等加速等减速运动规律运动,是指从动件在推程中按等加速运动,而在回程中则按等减速运动,且它们的绝对值相等;×13.滚子从动件盘形凸轮的实际轮廓曲线是理论轮廓曲线的等距曲线;因此其实际轮廓上各点的向径就等于理论轮廓上各点的向径减去滚子半径;×二、填空题1.在推杆常用的运动规律中, 一次多项式运动规律会产生刚性冲击;2.由速度有限值的突变引起的冲击称为刚性冲击;3.增大基圆半径,凸轮廓线曲率半径增大 ;4.在推杆常用的多项式运动规律中, 五次多项式运动规律既不会产生柔性冲击,也不会产生刚性冲击;5.由加速度有限值的突变引起的冲击称为柔性冲击;6.减小基圆半径,凸轮机构的压力角增大;7.在推杆常用的运动规律中, 一次多项式运动规律会产生刚性冲击;8.按凸轮形状的不同,凸轮机构可分为盘形凸轮、移动凸轮和圆柱凸轮;三、选择题1.直动平底从动件盘形凸轮机构的压力角 B ;A.永远等于0度B.等于常数C.随凸轮转角而变化2.设计一直动从动件盘形凸轮,当凸轮转速及从动件运动规律V=VS不变时,若最大压力角由40度减小到20度时,则凸轮尺寸会 A ;A.增大B.减小C.不变3.对于转速较高的凸轮机构,为了减小冲击和振动,从动件运动规律最好采用C 运动规律;A.等速B.等加速等减速C.正弦加速度4.当凸轮基圆半径相同时,采用适当的偏置式从动件可以 A 凸轮机构推程的压力角A.减小B.增加C.保持原来5.凸轮机构中从动件作等加速等减速运动时将产生 B 冲击;A .刚性 B.柔性 C.无刚性也无柔性6.设计一直动从动件盘形凸轮,当凸轮转速及从动件运动规律V=VS不变时,若最大压力角由40度减小到20度时,则凸轮尺寸会 A ;A.增大B.减小C.不变7.若从动件的运动规律选择为等速运动规律、等加速等减速运动规律、简谐运动规律或正弦加速度运动规律,当把凸轮转速提高一倍时,从动件的速度是原来的 B 倍;A. 1B. 2C. 48.在设计滚子推杆盘形凸轮机构时,轮廓曲线出现尖顶是因为滚子半径 B该位置理论廓线的曲率半径;A．小于； B．等于 C．大于9.凸轮机构中推杆的运动规律决定于 A ;A．凸轮的轮廓形状 B．推杆的形状 C．凸轮的材料10.在设计滚子推杆盘形凸轮机构时,为防止凸轮的工作廓线出现变尖或失真现象,滚子半径应 B 凸轮的理论廓线外凸部分的最小曲率半径;A．大于； B．小于 C．等于11.在偏置直动尖顶推杆盘形凸轮机构中,基圆的大小会影响 A ;A．凸轮机构的压力角 B．推杆的位移 C．推杆的速度12.下列平面四杆机构中,一定无急回特性的机构是 A ;A 平行四边形机构B 曲柄摇杆机构C 偏置曲柄滑块机构13.尖顶从动件凸轮机构中,基圆的大小会影响 C ;A 从动件的位移B 凸轮的速度C 凸轮机构的压力角14.设计滚子从动件盘形凸轮轮廓曲线时,若将滚子半径加大,那么凸轮轮廓曲线上各点曲率半径 B ;A 变大B 变小C 不变15.当凸轮基圆半径相同时,采用适当的偏置式从动件可以 A 凸轮机构推程的压力角;A 减小B 增加C 保持原来16.在凸轮机构中,从动件的 A 运动规律存在刚性冲击;A 等速B 等加速等减速C 正弦加速度17.在凸轮机构中,若增大凸轮机构的推程压力角,则该凸轮机构的凸轮基圆半径将 B ;A 增大B 减小C 不变第10章齿轮机构及其设计一、正误判断题：在括号内正确的画“√”,错误的画“×”1.一对直齿圆柱齿轮啮合传动,模数越大,重合度也越大;×2.一对渐开线直齿圆柱齿轮的正确啮合条件是基圆齿距相等;√3.对于单个齿轮来说,节圆半径就等于分度圆半径;×4.根据渐开线性质,基圆之内没有渐开线,所以渐开线齿轮的齿根圆必须设计的比基圆大些;×5.一对外啮合的直齿圆柱标准齿轮,小轮的齿根厚度比大轮的齿根厚度大;×6.一对能正确啮合传动的渐开线直齿圆柱齿轮,其啮合角一定为20度;×7.渐开线直齿圆柱齿轮同一基圆的两同向渐开线为等距线; √8.一个渐开线圆柱外齿轮,当基圆大于齿根圆时,基圆以内部分的齿廓曲线,都不是渐开线;√9.一个渐开线圆柱外齿轮,当基圆大于齿根圆时,基圆以内部分的齿廓曲线仍是渐开线;×10.一对外啮合斜齿圆柱齿轮正确啮合的条件是两斜齿圆柱齿轮的端面模数和压力角分别相等,螺旋角大小相等,旋向相同;×11.因为基圆内没有渐开线,所以齿轮齿根圆必须大于基圆;×12.一对渐开线直齿圆柱齿轮刚好连续传动的重合度等于1;√13.渐开线直齿圆柱齿轮的分度圆与节圆相等;×14.斜齿圆柱齿轮在端面上的齿廓是标准渐开线齿廓;×15.当加工负变位齿轮时,刀具应向远离轮坯中心的方向移动;×二、填空题1.基圆的大小决定了渐开线的形状;2.齿轮变位不仅可以消除根切 ,而且可以改变齿轮传动的中心距 ;3.斜断轮传动的主要缺点是有轴向力,可采用人字齿轮来克服这一缺点;4.蜗杆传动用于交错两轴之间的运动和动力的传递;5.负变位直齿圆柱齿轮与标准直齿轮相比,其齿厚将会减小 ;6.圆锥齿轮用来传递相交两轴之间的运动和动力的传递;7.重合度大于1是齿轮的连续传动条件;8.渐开线标准直齿圆柱齿轮传动的正确啮合条件是两齿轮的模数和压力角分别相等 ;9.用范成法加工齿轮,当刀具齿顶线超过啮合极限点时,将会发生根切现象;10.渐开线直齿圆柱外齿轮齿廓上各点的压力角是不同的,它在基圆圆上的压力角为零,在分度圆上的压力角则取为标准值;11.蜗杆传动的中间平面是指通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面;12.直齿圆柱齿轮机构的重合度愈大,表明同时参与啮合的轮齿对数愈多 ,传动愈平稳 ;13.正变位直齿圆柱齿轮与标准直齿圆柱齿轮相比,两者在分度圆上的压力角大小_相_等、模数m大小_ 相__等、分度圆大小不变;14.双头蜗杆每分钟240转,蜗轮齿数为80;则蜗轮每分钟 6 转;15.标准直齿圆柱齿轮的模数为2mm,齿数为20,则齿距等于 6.28 mm;16.渐开线齿廓在基圆上的曲率半径等于 0 ,渐开线齿条齿廓上任意一点的曲率半径等于 ;17.一对渐开线标准齿轮非标准安装时,节圆与分度圆不重合,分度圆的大小取决于模数和齿数 ;三、选择题1.渐开线直齿圆柱外齿轮顶圆压力角 A 分度圆压力角;A.大于B.小于C.等于2.一对渐开线直齿圆柱齿轮的啮合线切于 C ;A. 两分度圆B.两节圆C.两基圆3.一对渐开线标准齿轮在标准安装情况下,两齿轮分度圆的相对位置应该是 B ;A.相交的B.相切的C.分离的4.已知一渐开线标准直齿圆柱齿轮,齿数25,齿顶高系数为1,顶圆直径135mm, 则其模数大小应为 C ;A.2 mmB.4 mmC.5 mm5.为保证一对渐开线齿轮可靠地连续定传动比传动,应使实际啮合线长度A 基节;A.大于B.等于C.小于6.渐开线齿轮齿条啮合时,其齿条相对齿轮作远离圆心的平移时,其啮合角B ;A .加大 B.不变 C.减小7.一对渐开线直齿圆柱齿轮传动,其啮合角与节圆压力角C ;A ．可能相等可能不相等B ．一定不相等C ．一定相等8. 一对渐开线标准齿轮在标准安装情况下,两齿轮分度圆的相对位置应该是B ;A ．相交的B ．相切的C ．分离的9. 负变位齿轮分度圆上的齿距应是 C πm;A ．大于B ．小于C ．等于10.渐开线齿轮的齿廓离基圆越远,渐开线压力角就 A ;A 越大B 越小C 趋 近 于 2011.当一对渐开线齿轮切制成后,即使两轮的中心距稍有变化,其角速度比仍保持不变,原因是 B ;A 节圆半径不变B 基圆半径不变C 啮合角不变12.渐开线标准直齿圆柱外齿轮的齿数增加,齿顶圆压力角将 C ;A 不变B 增大C 减小13.满足正确啮合条件的一对直齿圆柱齿轮,其齿形 B 相同;A 一定B 不一定C 一定不14.标准蜗杆传动的中心距a 为 B ; A 2)(21z z m + B 2)(2z q m + C 221a a d d + 15.用齿条形刀具范成法加工标准齿轮时,齿轮产生根切的原因是 A ;A 齿轮齿数太少B 齿条刀齿数太少C 齿轮齿全高太长16.斜齿轮传动比直齿轮传动平稳,是因为 B ;A 斜齿轮有轴向力存在B 斜齿轮是逐渐进入和退出啮合的C 斜齿轮有法面模数17.变位齿轮在分度圆上的压力角 B 标准齿轮在分度圆上的压力角;A 小于B 等于C 大于第11章齿轮系及其设计一、正误判断题：在括号内正确的画“√”,错误的画“×”;1. 周转轮系中,自由度为2的轮系是行星轮系 ; ×二、填空题1.行星轮条中必须有一个中心轮是固定不动的;2.差动轮系的自由度为2;3.实现两轴间的多种速比传动,用定轴轮系是较方便的;三、选择题1．周转轮系中的差动轮系自由度为 C ;A．3 B．1 C．22．标准齿轮传动的实际中心距稍微大于标准中心距时,其传动比 B ;A．增大 B．不变 C．减小。
第12章机械的效率__思考题及练习题解答
思考题及练习题解答5-1机械正反行程的效率是否相同？其自锁条件是否相同？原因何在？答：机械通常可以有正行程和反行程，它们的机械效率一般并不想等。
其自锁条件不相同，一般来说，正行程不自锁，而反行程可以自锁也可以不自锁。
因为一个具有自锁性的机械，只是在满足自锁条件的驱动力的作用下，在一定运动方向上产生自锁，而在其它运动方向上则不一定自锁。
而正反行程力的方向不同。
5-2 当作用在转动副中轴颈上的外力为一单力，并分别作用在其摩擦圆之内、之外或相切时，轴颈将作何种运动？当作用在转动副中轴颈上的外力为一力偶矩时，也会发生自锁吗？ 答：（1）当外力作用在摩擦圆之内时，因外力对轴颈中心的力矩始终小于它本身所引起的最大摩擦力矩，因此出现自锁现象；当外力外力作用在摩擦圆之外时，因外力对轴颈中心的力矩大于它本身所引起的摩擦力矩，故轴颈将加速运动；当外力与其摩擦圆相切时，因外力对轴颈中心的力矩等于它本身所引起的摩擦力矩，故轴颈处于临界状态，将作等速运动（当轴颈原来是转动的）或静止不动（当轴颈原来是静止的）。
(2) 当作用在转动副中轴颈上的外力为一力偶矩时，若该力偶矩小于它本身所引起的摩擦力矩，也会发生自锁。
5-3眼镜用小螺钉（M1×0.25）与其他尺寸螺钉（例如M1×1.25）相比，为什么更容易发生自动松脱现象（螺纹中经=螺纹大径-0.65×螺距）？ 答：M1×0.25螺钉的螺纹中径 mm mm d 8375.0)25.065.01(2=⨯-= 螺纹升角43.58375.025.0arctanarctan2===d p αM1×1.25螺钉的螺纹中径 mm mm d 1875.7)25.165.08(2=⨯-=' 螺纹升角αα<==='17.31875.725.1arctanarctan2d p综合螺旋副的自锁条件可知，眼镜用小螺钉较其它尺寸螺钉更容易发生自动松脱现象。
第五章机构的效率与自锁
计算公式：
η= Nr /Nd =G vG/（F vF） 设： η0=1的理想机械 η0=1= G vG/ （F0 vF） 则有： η= F0/ F 或η= M0/ M
（F0/ M0不考虑摩擦时的理想驱动力/矩）
斜面机构的效率
正行程：F=G*tg（α+ φ）
φ）
反行程 F’=G*tg（α-
(F为驱动力)
3。利用效率≤0（驱动力所作的功不足克服其所引起的最 大损失功 因驱动力G=FR32 G=FR32 = F sin(90+) /sin(-2) =F cos / sin(-2) G0 = F / sin = G0/G = (F/sin)/(Fcos /sin(-2)) = sin(-2)/ (sin cos ) ≤0 sin(-2) ≤0 -2≤0 即自锁条件为 ≤ 2
2、驱动力F ≤0（即必须加一个反向的作用力才能将楔形块拉出 对上例中楔形块2，F+FR12+FR32=0 利用正弦定律： F/sin(-2)= FR32 /sin(90+) = FR12 /sin(90-+) 因为 F ≤0 所以 sin(-2) ≤0 即自锁条件为： ≤ 2
3）混联系统
§5-2机构的自锁
一.定义 由于摩擦力的存在,使机构无论在多大的驱动力的作用下 都无法运动的现象,称为自锁. 例: 1、螺旋千斤顶 A 旋转螺母，使重物上升 B 撤去旋转力F，则无论 重物多重，都不能使螺 母反转，使重物下降。 - - - - - -可利用的自锁
二、自锁的条件
1、移动副 分析右图所示滑块机构，要使滑块 向右滑动或有向右滑动的趋势， 则：Ff<Ft 因 Ft=Fsin Fn=Fcos Ff=Fn tg= F cos tg 有 F sin> F cos tg tg > tg 故 > 反之，当≤时，无论作用在滑 块上的力有多大，Ff≥Ft，机构自锁， 也即当驱动力作用在摩擦锥内时， 机构自锁。
机械的效率与自锁
3.生产阻抗力G等于或小于零; G 0
机电工程学院电子机械系
第四章 运动副中的摩擦和机械效率
例3：已知机构位置、摩擦圆半径ρ、摩擦角φ如图所示。图中Q 为已知生产阻力。
（1）在图中画出各运动副总反力作用线。
（2）求出机构在图示位置的驱动力P及瞬时效率η。
α
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Nd
N1 N2 NK
并联系统的总效率不仅与各组成机器的效率有关,而且与
各机器所传递的功率也有关。设ηmax和ηmin为各个机器中效 率的最大值和最小值，则ηmin<η<ηmax。
若各台机器的效率均相等,并联系统的总效率等于 任一台机器的效率。
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3.混联
由串联和并联组成的混联式机械系统。其 总效率的求法按其具体组合方式而定。
如果判断反行程自锁条件，则
P0 tg ( ) P tg ( )
根据斜面机构可推出反行程的 P'
P' Q tg ( )
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P' 0
作业及思考：
1、习题4-5、5-8、4-13、4-20、4-22。 2、思考什么实际工作情况下应该考虑或 者不考虑摩擦力？举例说明，并分析考虑 与否对结果产生的影响的程度。
第四章 运动副中的摩擦和机械效率
2.自锁条件
机构是许多构件由运动副联接起来的，如机构 中有一个运动副发生自锁，则该机构出现自锁,即 机械发生自锁的实质是运动副发生自锁。
1）运动副的自锁条件 FR21
①移动副的自锁条件
P
β Pn
Pt P sin Pn tan
V12
Ff 21 f Pn Pn tan
机械原理(机械的效率和自锁)
摩擦自锁原理 来保持齿轮停止。
安全钳
安全钳使用支点原理和重力来 实现自锁。
楼梯式推车
楼梯式推车使用滑轮和重力来 实现自锁。
结论
机械效率影响重大
了解机械效率对于开发出更高效、可持续的机器非常重要。
自锁是安全的基础
机械原理(机械的效率和 自锁)
在这个演讲中，我们将介绍机械原理、机械效率、自锁的概念和原理、以及 这些因素是如何影响机械性能的。
什么是机械效率？
定义
机械效率是指将输入的能量转换 成有用输出的能力。它是衡量机 械能力的重要标准。
意义
了解机械效率对于设计、生产和 维护能效机器非常重要，因为它 可以使机器的运行更节能、更可 持续。
润滑
润滑可减少磨损和摩擦，并增加 机器效率和寿命。
更换磨损部件
损坏的部件会对机器的效率和性 能产生影响。及时更换会让机器 保持良好的工作状态。
机械原理的重要性
1 推动技术进步
了解机械原理对于发展先 进技术非常重要。
2 提高机械效率
了解机械效率的计算方法 让我们更容易地优化机器 以提高效率。
3 提高机械安全性
计算方法
机械效率计算公式：(实际输出工 作)÷（输入能量或功率）*100%。 这可以帮助我们了解如何提高机 器的效率。
什么是自锁？
概念
自锁是一种避免装置因不当 使用而发生事故的设计。它 可以使机器在运行时自动锁 定，避免作为输入源的能量 产生反作用。
原理
这是通过使用特殊的机械结 构来实现的。这些结构包括 正反馈，使用滑轮、齿轮以 及其他机械属性来实现。
应用
自锁广泛应用于许多机械装 置中，包括建筑、运输和工 业机械。
《机械原理》第十一章 机械的效率和自锁
G=
tan(α + )
F ≤0
F
令 G ≤ 0，得
tan(α + )
α + ≥ 90°
∴ 90° ≤ α < 90°
机械原理 第十一章 机械的效率和自锁
斜面机构正行程自锁条件 解法二 ：机械的效率≤ 0。
F0 tan α = η= F tan(α + )
令 η ≤ 0，得
tan α ≤0 tan(α + )
α + ≥ 90°
∴ 90° ≤ α < 90°
机械原理 第十一章 机械的效率和自锁
斜面机构反行程自锁条件 解法一：克服的阻抗力≤ 0。
F ' = G tan(α )
令 F’ ≤ 0，得
G tan(α ) ≤ 0
α ≤ 0°
∴ 0° < α ≤
机械原理 第十一章 机械的效率和自锁
斜面机构反行程自锁条件 解法二 ：机械的效率≤ 0。
G0 tan(α ) = η= G tan α
令 η ≤ 0，得
tan(α ) ≤0 tan α
α ≤ 0°
∴ 0° < α ≤
转动副的自锁条件：单驱动力作用在摩擦圆内( a ≤ ρ )。
机械原理 第十一章 机械的效率和自锁 3. 机械的自锁条件
1) 机械中所含的运动副自锁。 2) 机械所克服的阻抗力≤ 0。 3) 机械的效率≤ 0。 举例
机械原理 第十一章 机械的效率和自锁
斜面机构正行程自锁条件 解法一：克服的阻抗力≤ 0。
机械原理 第十一章 机械的效率和自锁 举例2：螺旋机构
螺旋机构由螺杆和螺母组成。由于 螺杆的螺纹可设想是一斜面卷绕在圆柱 体上形成，故螺杆和螺母之间的相互关 系，可简化为斜面和滑块的相互关系。 拧紧螺母，相当于斜面机构的正行 程。 F = G tan(α + v ) 拧紧力矩：
《机械原理》作业习题_第四章机械的效率和自锁
第四章 机械的效率和自锁一、填空题1、机械效率是：2、当机械发生自锁时，机械已不能运动，所以这时它所能克服的生产阻抗力 0.3、当驱动力任意增大恒有 时，机械将发生自锁。
4、机器运动时，一般要经过 、 、 时期等三个过程。
二、判断题 (答A 表示说法正确.答B 表示说法不正确)1、串联机组功率传递的特点是前一机器的输出功率即为后一机器的输入功率。
2、机械效率最小的机构是链传动机构。
3、混联机构的机械效率公式是∑∑=r d p p /η三、简答题1、机械效率的定义2、机械自锁的条件 ？机械为什么会发生自锁现象呢？四、分析计算题1、 如图所示为一带式运输机，由电动机 1 经带传动及一个两级齿轮减速器带动运输带 8 。
设已知运输带 8 所需的曳引力 F ＝5500N ，运送速度v =1.2m/s 。
带传动（包括轴承）的效率η1 =0.95,每对齿轮（包括其轴承）的效率η2 =0.97,运输带8 的机械效率η3 =0.92。
试求该系统的总效率η 及电动机所需的功率。
2、如图所示为一超越离合器，当星轮 1 沿顺时针方向转动时，滚柱 2 将被锲紧在锲形间隙中，从而带动外圈 3 也沿顺时针方向转动，设已知摩察系数 f =0.08, R =50mm, h =40mm 。
为保证机构能正常工作，试确定滚柱直径 d 的合适范围。
第四章 机械的效率和自锁习题解答一、填空题1、机械的输出功和输入功之比；2、小于等于；3、起动、稳定运动、停车；4、0≤η时二、判断题 (答A 表示说法正确.答B 表示说法不正确)1、(A)2、(B)3、(B)三、简答题1、在机械稳定运转时，作用在机械上的驱动功(输入功)为Wd ，有效功(输出功)为Wr ，损失功为Wf ，则有Wd ＝Wr+Wf 。
这时机械的输出功与输入功之比称为机械效率，它反映了输入功在机械中的有效利用程度，常以η表示，即机械的损失功与输入功的比称为机械损失系数(损失率)，常以ξ表示，即ξ＋η＝1，由于摩擦损失不可避免，故必有ξ>0和η<1。
机械的效率和自锁
一、机械运转时的功能关系
1. 动能方程
ωm
机械运转时，所有作用在机械
t
上的力都要做功，由能量守恒
定律知：所有外力之功等于动
启动
能增量
Wd―Wr―Wf= E－E0
驱动功 有效功
损失功
动能增量
2. 机械的运转（过程）
a) 启动阶段 速度0→ω ,动能0→E
Wd―Wr―Wf=E－0>0
输入功大于有效功与损失功之和。
表5－2列出由实验所得简单传动机构和运动副的机
械效率 。
7
8
9
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
6~7级精度齿轮传动
圆锥齿 8级精度齿轮传动 轮传动 切制齿、开式齿轮传动
输出功率是后一机器的输入功
1 N1
2 N2 Nk-1 k Nk
率
Nk Nd
N1 Nd
N2 N3 Nk N1 N2 Nk1
1 2 k
Nd
2)并联 特点是机组的输入功率为各机器 N1
N2
Nk
输入功率之和，而输出功率为各机器输出功率
12
k
之和。
k
Nd Ni ＝N1 N2 Nk 1
3
ω
b)稳定运转阶段
①变速稳定阶段 ω 在ω m上下 周期波动, ω (t)=ω (t+Tp)
ωm t
在一个循环内有： △E=0
启动 稳定运转 停止
Wd―Wr―Wf= E－E0＝0 → Wd= Wr+Wf
机械原理第五章 机械的效率和自锁.
机械的效率(2/10)
2.机械效率的确定 （1）机械效率的计算确定 1）以功表示的计算公式
实际机械装置 理论机械装置
F0 vF
h0
h＝Wr/Wd＝1－Wf/Wd
2）以功率表示的计算公式
G0
vG
h = Pr /Pd=GvG /FvF
h＝Pr/Pd＝1－Pf/Pd
3）以力或力矩表示的计算公式 h＝F0/F＝M0/M=G/G0=Mr/Mr0 即
2）实验方法 实验时，可借助于磅秤测定出定子平衡杆的压力F来确定出 主动轴上的力矩M主， 即 M主＝Fl。 同时，根据弹性梁上的千分表读数（即代表Q力）来确定 制动轮上的圆周力Ft＝Q－G， 从而确定出从动轴上的力矩M从，
M从＝FtR＝(Q－G)R 该蜗杆的传动机构的效率公式为 η ＝P从/P主 ＝ω从M从/(ω主M主) ＝M从/(iM主) 式中 i为蜗杆传动的传动比。 对于正在设计和制造的机械，虽然不能直接用实验法测定其 机械效率，但是由于各种机械都不过是由一些常用机构组合而成 的，而这些常用机构的效率又是可通过实验积累的资料来预先估 定的（如表5-1 简单传动机构和运动副的效率）。 据此，可通过 计算确定出整个机械的效率。
0.94 0.94 0.42
解 机构1、2、3′ 及4′串联的部分
′ 4 )′ ＝5 kW/(0.982×0.962)＝5.649 kW P′d＝P′r /(η1η2η3 η 机构1、2、3" 、4"及5"串联的部分 " ＝Pr"/(η1η2η3 " "5 )" ＝0.2 kW/(0.982×0.942×0.42)＝0.561 kW Pd η4 η 故该机械的总效率为 η ＝ ∑Pr /∑Pd ＝(5+0.2) kW/(5.649+0.561) kW=0.837
机械原理习题及答案要点
机械原理习题及答案要点机械原理习题及答案要点和；构件是机构中的单元体。
2、具有、、等三个特征的构件组合体称为机器。
3、从机构结构观点来看，任何机构是由三部分组成。
4、运动副元素是指。
5、构件的自由度是指；机构的自由度是指。
6、两构件之间以线接触所组成的平面运动副，称为副，它产生个约束，而保留个自由度。
7、机构具有确定的相对运动条件是原动件数机构的自由度。
8、在平面机构中若引入一个高副将引入______个约束，而引入一个低副将引入_____个约束，构件数、约束数与机构自由度的关系是。
9、平面运动副的最大约束数为，最小约束数为。
10、当两构件构成运动副后，仍需保证能产生一定的相对运动，故在平面机构中，每个运动副引入的约束至多为，至少为。
11、计算机机构自由度的目的是______。
12、在平面机构中，具有两个约束的运动副是副，具有一个约束的运动副是副。
13、计算平面机构自由度的公式为Ｆ=，应用此公式时应注意判断：(A)铰链，(B)自由度，(C)约束。
14、机构中的复合铰链是指；局部自由度是指；虚约束是指。
15、划分机构的杆组时应先按的杆组级别考虑，机构的级别按杆组中的级别确定。
16、图示为一机构的初拟设计方案。
试：(1〕计算其自由度，分析其设计是否合理？如有复合铰链，局部自由度和虚约束需说明。
(2)如此初拟方案不合理，请修改并用简图表示。
题16图题17图17、在图示机构中，若以构件1为主动件，试：(1)计算自由度，说明是否有确定运动。
(2)如要使构件6有确定运动，并作连续转动，则可如何修改？说明修改的要点，并用简图表示。
18、计算图示机构的自由度，将高副用低副代替，并选择原动件。
19、试画出图示机构的运动简图，并计算其自由度。
对图示机构作出仅含低副的替代机构，进行结构分析并确定机构的级别。
题19图题20图20、画出图示机构的运动简图。
21、画出图示机构简图，并计算该机构的自由度。
构件3为在机器的导轨中作滑移的整体构件，构件2在构件3的导轨中滑移，圆盘1的固定轴位于偏心处。
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§5 机械的效率和自锁
填空题：
1．设机器中的实际驱动力为r
P ，在同样的工作阻力和不考虑摩擦时的理想驱动
力为r P 0，则机器效率的计算式是η = r P 0/r
P 。
2．设机器中的实际生产阻力为r
Q ，在同样的驱动力作用下不考虑摩擦时能克服
的理 想生产阻力为r Q 0,则机器效率的计算式是 η= r Q /r
Q 0 。
3．假设某机器由两个机构串联而成，其传动效率分别为1η和2η，则该机器的传动效率为 1η*2η 。
4．假设某机器由两个机构并联而成，其传动效率分别为1η和2η，则该机器的传动效率为 （P 1*η1+ P 2*η2）/(P 1+P 2) 。
5. 从受力观点分析，移动副的自锁条件是 外力的作用线与运动方向法线的夹角小于等于摩擦角 ；转动副的自锁条件是 外力的作用线与摩擦圆相切或相割 ；从效率观点来分析，机械自锁的条件是 效率小于等于零 。
综合题1：
某滑块受力如图所示，已知滑块与地面间摩擦系数f ，试求F 与Q 分别为驱动力时的机构运动效率。
F 为驱动力：f tg
1
-=ϕ
于是由正弦定理：)
90sin()
90sin(0
0ϕθϕ--+=Q F 令0=ϕ，得)
90sin(0
0θ-=Q
F 因此，其效率为)
90sin()90sin()
90sin(0
0θϕϕθη-+--==
F F 当Q 为驱动力，F 变为阻力，取ϕ-代替上式中的ϕ
θ-
)
90sin()
90sin(
90
sin(0
00ϕθϕθη+---==）F F 第四章习题中，综合题5，要求计算该机构效率。
（可直接利用前面的计算结果）
0153077.8==-f tg ϕ
由正弦定理：
)90sin()2180sin(0
210ϕβγϕ-=--+R P 和)
90sin()2sin(012ϕϕβ+=-R Q 于是
Q P *-+*---+=)
2sin()90sin()90sin()2180sin(00ϕβϕϕβγϕ
代入各值得：N P 7007.1430=
取上式中的0
0=ϕ，可得N P 10000=
于是6990.00
==
P
P η
综合题2：
图 示 为 由 A 、B 、C 、D 四 台 机 器 组 成 的 机 械 系统，设 各 单 机 效 率 分 别 为ηA 、ηB 、ηC 、
ηD ， 机 器B 、D 的 输 出 功 率 分 别 为N B 和N D 。
(1) 试 问 该 机 械 系 统 是属 串 联、 并 联 还 是 混联 方 式 (2) 写 出 该 系 统 应 输 入 总 功 率N 的 计 算 式。
综合题3：
已知机构位置图、摩擦圆半径ρ、摩擦角ϕ如图所示。
图中r
Q 为已知生产阻力。
试
(1) 在 图 中 画 出 各 运 动 副 总 反 力 作 用 线 ( 方 向、 位 置 及 指 向 ); (2) 求 出 机 构 在 图 示 位 置 的 驱 动 力r
P 及 瞬 时 效 率η 。
μl =0002. m/mm
综合题4：
图 示 楔 块 装 置， 两 面 摩 擦 系 数 均 为f 。
求 将 楔 块1 打 入2 后 能 自 锁 的 条 件。
即 撤 去r
P 力 后， 在 楔 紧 力 作 用 下， 楔 块1 不 能 脱 出 的 条 件。
综合题5：
图 示 楔 块 夹 紧 机 构。
各 摩 擦 面 间 的 摩 擦 系 数 为f ， 正 行
程 时r Q 为 阻 力，r
P 为 驱 动 力。
试 求：
(1) 该 机 械 装 置 正 行 程 的 机 械 效 率η ( 用α 和 摩 擦 角 表 示)。
(2) 反 行 程 欲 自 锁，α 角 应 满 足 什 么 条 件。