第5章机械的效率和自锁1-讲课.

§5-1 机械的效率(mechanical effeciency) 2.机械效率的其它表示 (1)机械效率的功率表示
Pd ＝Pr+Pf Pd：驱动功率 Pr：有效功率 Pf ：损失功率
η＝ Pr / Pd ＝(Pd－Pf) /Pd
＝1－Pf /Pd
(2)机械效率的力表示
η＝Pr / Pd＝G vG /(F vF)
2．用图解法作机构的动态静力分析
ω1 ,α1 ,JA, G2 , JS2, G3, Fr, F ; MI1 ; 求平衡力矩。 已知：
Mb B 2 1 A
4
α2
S'2
α1 ω1
MI1
JA
F ' I2
h2
JS2
F I3
S3
a3
C
a2
G2
3
Fr
4
未知：惯性力、惯性力矩；包括
FI3 ：作用在滑快3上的惯性力 ； F'I2 ：作用在连杆2上的总惯性力； Mb ：平衡力矩； FR ：运动副约束反力。
A
B
α2 2 G2
p'
S'2
a2
C
aC
4
aC a2
n'2
C'
3
Fr
S'2
G3
b'
解（3）施加惯性力、惯性力矩
B
F
' I2
h2
2 G2
3
FI3
h"2
C
Fr
G3
（4）杆组的动态静力分析
1) 由S MC = 0
F l = G h - FI 2 h 2
t R12 2 ' 2 2 '' ' FRt12 = (G2 h2 - FI 2 h''2 ) / l2
G
机械
vF
vG 输出
例1 斜面机构正行程效率 η
解: 已知正行程 F ＝ Gtg(α ＋φ)
n

G
V12
n
F

F0
+
F

FR21 n FR21 n

G
因其正行程实际驱动力为 F＝Gtg(α＋φ)， 理想驱动力为
静定条件:未知外力都能用静力学方法解出来的条件。 设由n个构件与 pl个低副和 ph个高副组成的构件组， 根据每个构件可列独立力平衡方程数为3，一个低副 需2个未知力方程，一个高副需1个未知力方程，则此构
件组的静定条件为：3n
= 2pl + ph
平衡方程数 未知力方程数
结论:基本杆组满足静力分析的静定条件。
(2)
理想 实际 机械
输出
(2)式的含义：克服同样的阻抗力G，不考虑摩擦与 考虑摩擦时所需的驱动力之比。
(3)机械效率的力矩表示
由机械效率的力表示：
理想驱动 M0
η＝F0 / F
因驱动力与驱动力矩成正比， 所以有：
G 机械
vF
η＝F0 / F
vG 输出
实际驱动 M
＝ M0 / M
(3)
M0: 理想驱动力矩 , 对 应 F0 的 驱 动 力 矩 。 M: 实际驱动力矩 , 对应F的驱动力矩。
' I2
t R12
+F
n R12
+FR43 =0
b FI3 G2 e
f
F来自百度文库I2
d
G3 Fr c
a FR43 h
FR12
3)曲柄的平衡条件 MI1 = JA α1
B
FR21
h
Mb = MI1 + FR12h FR41 = - FR21
FR41
MI1
α1
Mb
1
A
第五章
5-1 5-2
机械的效率及自锁
机械的效率 机械的自锁
在不考虑摩擦时，平面运动副中的反力的作用线、方向 及大小未知要素如下： 转动副:通过转动副中心，力大小及方向未知； 移动副:沿导路法线方向，力作用点的位置及大小未知； 平面高副:沿高副两元素接触点的公法线上，仅大小未知。 o K
C
n
FR
FR
n F R
解低副的力需2个力方程，解高副的力需1个力方程。
§ 4-5 不考虑摩擦时机构的动态静力分析 1.构件组的静定条件
§ 4-4 考虑摩擦时机构的静力分析
图示机构中，已知驱动力矩 M1 和阻力 F 及摩擦圆半 径ρ，画出各运动副总反力的作用线。
ω1
A B
r 1 M1 2 ω23
ω21
v34
C 3 4 F
FR43
FR23 F
FR21
M1
FR23
φ FR43
F
FR41
§ 4-5 不考虑摩擦时机构的动态静力分析 1.构件组的静定条件
机械在稳定运转阶段有: 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。
§5-1机械的效率(mechanical effeciency)
（1）机械效率的概念
η＝Wr / Wd
＝1－Wf /Wd ＝1－ξ
t FR12
n FR12
h'2 B
F
' I2
h2
2
G2
FI3
3
FR43
C S3
Fr
h"2
G3
（4）杆组的动态 静力分析
t FR12
FR12
n
B
F
' I2
h'2
h2
2
3
FR43
2)杆组的力平衡条件
C G2 FI3 h"2 l2 G3
Fr
Fr +G 3 +FI3 +G 2 +F +F
g
t FR12 n FR12
ξ：机械损失率。
分析:η＜ 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，采取的措施有：
1)用滚动摩擦代替滑动摩擦
2)考虑运动副的润滑 3)合理选则运动副的材料
§5-1机械的效率(mechanical effeciency)
（2）机械效率的意义
机械效率反映了驱动功在机械中有效利用的程 度，它是机械中的一个主要性能指标，由于摩擦损 失是不可避免的，故必有ξ>0 和η<1。 降耗节能是国民经济可持续发展的重要任务之一。
(1)
驱动
F0
vF
F:实际驱动力;对理想机械,有理想驱动力F0, vG 理想机械:没有摩擦的机械； 理想驱动力:理想机械的驱动力; G 理想机械的效率 η0=1。 η0＝Pr / Pd = G vG /(F0 vF) = 1 所以对理想机械有 G vG ＝F0 vF 。 上式代入(1)得:η＝F0 vF / (F vF)＝ F0 / F
§5-1机械的效率(mechanical effeciency) 1. 机械效率的概念及意义
（1）机械效率的概念 作用在机械上的力所作的功分为以下三类：
驱动功 Wd：驱动力作的功，相应的功率表示为Pd。 有效功 Wr：工作阻力作的功，相应的功率表示为Pr。 损失功 Wf：有害阻力作的功，相应的功率表示为Pf。
G3
解（1）速度分析（杆2）
B
ω1 α1
A
ω2 VB 2
v
3
CB
1 4
Vc
C 4
p VB
VC
c
vCB
b
ω2= vCB/l2
速度多边形图
解（2）加速度分析（杆2）
B
ω1 α1
A
α2
α2= ac′n′2 /l2
a2
C
ω2
aB
S'2
aC
p'
aB
aC a2
C'
S '2
n'2
加速度图
b'
ω1 α1 Mb 1 M I1