1、上海海运大学专用,第十章 机械的效率,本章重点：,机械效率的定义和计算，自锁现象和自锁条件，典型机械的效率计算及自锁条件。,本章难点：,一些机构自锁条件的确定。,上海海运大学专用,一、机器的动能方程,由理论力学中的动能定理知，在任一时间间隔内，机器动能的改变等于作用于机器上的全部外力和内力的功之和。,(若将内部运动副中的摩擦力或摩擦力矩作为外力或外力矩处理后，一般情况下，机器内力系的功为零。),W = WdWrWfWG =E = EE0,Wd 驱动力的动，即输入功； Wr 生产阻力的功，即输出功； Wf 有害阻力的功，即损失功； WG 重力的功。 W 盈亏功 E末动能，E0初动能。,10-1
2、机器的运转及功能关系,上海海运大学专用,二、机器运转的三个阶段,1、起动时期,0m,EE0,(1) 变速稳定运转,一个运动循环内 :,在任一瞬时 :,上海海运大学专用,(2) 匀速稳定运动,3 、停车时期,机器的动能克服阻力而作功,直至耗尽,使机器停止运转。, = const,上海海运大学专用,10-2 机器的机械效率和自锁,一、机器的机械效率,讨论稳定运转时期：,定义：,上海海运大学专用,(1) 变速稳定运转：在一个运动循环中讨论效率的！,在整个TP内:,(2) 匀速稳定运转：真正的效率即每一瞬时的效率！,上海海运大学专用,在一般情况下，机构中的驱动力和阻力为常数，有必要研究效率能否用力（力
3、矩）表示。,设该装置为不存在有害阻力的理想机器：,F0 对应于Q的理想驱动力； F0 Q,F 为驱动力，Q 为生产阻力。,或,上海海运大学专用,二、复杂机器或机组的效率计算,由单一机构组成的机器，效率数据在一般设计手册中可以查到。对于由若干机构组成的复杂机器，全机的效率可由各个机构的效率计算出来，具体的计算方法按联接方式的不同分为三种情况。,1、串联,总效率：,上海海运大学专用,2、并联,总输入功：,输出功：,总效率：,3、混联,由以上两种方法先分别求出后再根据具体路线计算。,上海海运大学专用,三、机器的自锁,1、机器的自锁条件：,若机器原来就不动，无论驱动力为多大，它所作的功（输入功）总是刚
4、好等于摩擦阻力所作的功，没有多余的功可以变成机器的功能。机器总不能运动，即发生自锁。,若机器原来就在运动，那它仍能运动，但此时 ，机器不作任何有用的功，机器的这种运动称空转。,上海海运大学专用,综合两种情况，机器自锁条件：,（ 有条件的自锁）,2、机器的运动行程,正行程：,反行程:,驱动力作用在原动件时，运动从原动件向从动件传递的过程。,将正行程的生产阻力作为驱动力，运动从从动件向原动件传递。,上海海运大学专用,正行程：曲柄1为原动件，滑块3为输出从动件； 运动传递：123； M1为驱动力矩，F3为生产阻力； 如推土机机构。,反行程： 滑块3为原动件，曲柄1为输出从动件； 运动传递：321；
5、M1为生产阻力，F3为驱动力矩； 如内燃发动机主机构。,上海海运大学专用,一般，正行程反行程,自锁机构：一般凡是反行程自锁的机构。,例如：凸轮自锁，运动副中总反力的自锁均系正行程自锁； 蜗轮为反行程自锁，是自锁机构。,上海海运大学专用,10-3 机械效率计算及自锁分析示例,一、斜面传动,已知：F，Q(包括重力),求：A等速上升与等速下降时，水 平力F的大小？该斜面的效率 及其自锁条件？,解：1、滑块上升,F为驱动力，Q为生产阻力，,考虑A的平衡：,上海海运大学专用,若A、B无摩擦：,理想驱动力:,上升效率 :,2、滑块下降,Q为驱动力，F为生产阻力,若A、B无摩擦,理想生产阻力:,下滑效率：,
6、上海海运大学专用,斜面机构在应用时一般，上升正行程，下降反行程。,讨论：,(2) 正行程不应自锁 ：,自锁。,(1) 和当一定，是的函数，且 。,上海海运大学专用,二、螺旋传动的效率,研究螺旋传动时，假定螺杆螺母之间的正压力是作用在平均半径为r0的螺旋线上。如果忽略各圆柱面上螺旋线升角的差异，当将螺旋的螺纹展开后，得连续斜面。,1、方螺纹,上海海运大学专用,螺母A沿轴线移动方向与Q相反（拧紧螺母）,螺旋传动相当于滑块上升,螺旋传动相当于滑块下降,自锁条件：,螺母不会在Q力的作用下自动下滑。,螺母A沿轴线移动方向与Q相同 （拧松螺母）,上海海运大学专用,2、三角螺纹-相当于楔形滑块与楔形槽的作用
7、,：三角螺纹的半顶角,楔形槽角：,正行程：,上海海运大学专用, 三角螺纹摩擦大，效率低，应用于联接的螺旋。,方螺纹应用于传递运动和动力的螺旋。,反行程：,上海海运大学专用,例1：推导偏心夹具的自锁条件。,解: 要求在夹紧工件并撤去手柄力F后，保证偏心盘不能松转。,显然，使偏心盘发生松转的力是FR23，而FR23是作用在轴颈O上的主动外力。由轴颈的自锁条件知，应保证：,a =ss1r,上海海运大学专用,由几何关系知：,进而可得偏心夹具的自锁条件为：,式中，e为偏心距，D为偏心圆盘的直径，为楔紧角，为B处的摩擦角，为轴颈的摩擦圆半径。,上海海运大学专用,例2： 推导斜面压榨机的机械效率计算式和自锁
8、条件。,解： (1) 正行程：压紧物体 F驱动力； Q生产阻力。,上海海运大学专用,以滑块3为示力体，由力平衡条件可得：,以滑块2为示力体，由力平衡条件可得：,考虑到R23=R32，可得：,F=Qtan(l+2j) 在上式中，令j=0，可得理想驱动力： F0=Qtanl 于是该机构的正行程效率为：,上海海运大学专用,(2) 反行程：松开物体,F 生产阻力（对应于正行程中的驱动力F）； Q 驱动力（对应于正行程中的生产阻力Q）。 在前式中，以j替代j可得： F = Q tan(l2j) 或 Q = F /tan(l2j) 令上式中的j=0，可得理想驱动力： Q0= F /tanl 于是该机构的反行程效率为：,(3) 自锁条件 令h 0可得该斜面压榨机的自锁条件： l2j,上海海运大学专用,本 章 要 点,1）机器运转的三个阶段及其特点； 2）机械效率h和损失系数x的定义； 3）机械的效率计算公式，机组的效率计算； 4）机械的自锁及自锁条件； 5）典型机构的效率计算公式及自锁条件。,上海海运大学专用,第十章 结 束,
