第5章 机械的效率和自锁专用课件.ppt

徐州工程学院 徐州工程学院 第五章 机械的效率和自锁 (Efficiency and Self-lock of Machinery) §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- Wf）/Wd =1- Wf / Wd 2、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≠0 ξ = Wf / Wd= Nf / Nd= 1-η ∴ ξ 0，η1 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/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= G tan(α+ψ) 实际驱动力为： 不考虑摩擦时，理想驱动力为： F0= G tanα ∴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 ′ = G tan(α-ψ) ∴ G = F ′cot (α-ψ) G0 = F ′cotα ∴η ′ = G0 /G= tan (α-ψ) / tan α 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′= G d2 tan (α-ψ) /2 ∴ G =2 M′/ d2 cot (α-ψ) G0 =2 M′/ d2 cotα ∴ η′= G0 / G =tan(α-ψ) / tanα M= G d2 tan(α+ψ) /2 M0= G d2 tanα/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