機(jī)械原理機(jī)械的效率和自鎖PPT課件

1、1第五章機(jī)械的效率和自鎖第五章機(jī)械的效率和自鎖一、機(jī)械的效率一、機(jī)械的效率 ：機(jī)械的輸出功與輸入功之比。反映了輸機(jī)械的輸出功與輸入功之比。反映了輸入功在機(jī)械中有效利用的程度。入功在機(jī)械中有效利用的程度。1、以功來(lái)表示：、以功來(lái)表示：輸入功輸入功在一個(gè)機(jī)械系統(tǒng)中，驅(qū)動(dòng)力（或驅(qū)動(dòng)力矩）所作的功在一個(gè)機(jī)械系統(tǒng)中，驅(qū)動(dòng)力（或驅(qū)動(dòng)力矩）所作的功 稱(chēng)為輸入功，用稱(chēng)為輸入功，用wd 表示表示;輸出功輸出功在一個(gè)機(jī)械系統(tǒng)中，克服工作阻力（或驅(qū)動(dòng)力矩）所在一個(gè)機(jī)械系統(tǒng)中，克服工作阻力（或驅(qū)動(dòng)力矩）所 作的功，稱(chēng)為輸出功，用作的功，稱(chēng)為輸出功，用wr 表示表示;損失功損失功在一個(gè)機(jī)械系統(tǒng)中，克服有害阻力（如摩擦阻

2、力、空）在一個(gè)機(jī)械系統(tǒng)中，克服有害阻力（如摩擦阻力、空） 氣阻力等）所作的功，稱(chēng)為損失功，用氣阻力等）所作的功，稱(chēng)為損失功，用wf表示表示; 機(jī)械在穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)期，機(jī)械在穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)期，輸入功輸入功等于等于輸出功輸出功與與損耗功損耗功之和，即：之和，即：frdwwwdfdrwwww122、以功率的形式表示，則有：、以功率的形式表示，則有：frdpppdfdrddpppppp將上式等號(hào)兩邊同除以輸入功率將上式等號(hào)兩邊同除以輸入功率pd ,得：得：dfdrpppp1令式中令式中:drpp得到機(jī)械效率的表達(dá)式為：得到機(jī)械效率的表達(dá)式為：dfpp1令：令：dfdfwwpp機(jī)械損失系數(shù)機(jī)械損失系數(shù)1由于機(jī)械

3、摩擦不可避免，故必有：由于機(jī)械摩擦不可避免，故必有：, 01效率恒小于效率恒小于13由以上公式可知：為使其具有較高的機(jī)械效率，應(yīng)盡量減小由以上公式可知：為使其具有較高的機(jī)械效率，應(yīng)盡量減小機(jī)械中的損耗，主要是磨擦損耗。這就要求：一方面應(yīng)盡量機(jī)械中的損耗，主要是磨擦損耗。這就要求：一方面應(yīng)盡量簡(jiǎn)化機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，使功率傳遞通過(guò)的運(yùn)動(dòng)副數(shù)目越少越好。簡(jiǎn)化機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，使功率傳遞通過(guò)的運(yùn)動(dòng)副數(shù)目越少越好。另一方面，應(yīng)設(shè)法減少運(yùn)動(dòng)副中的磨擦，如采用滾動(dòng)磨擦代另一方面，應(yīng)設(shè)法減少運(yùn)動(dòng)副中的磨擦，如采用滾動(dòng)磨擦代替滑動(dòng)磨擦，選用適當(dāng)?shù)臐?rùn)滑劑及潤(rùn)滑裝置進(jìn)行潤(rùn)滑，合理替滑動(dòng)磨擦，選用適當(dāng)?shù)臐?rùn)滑劑及潤(rùn)滑裝置進(jìn)行潤(rùn)

4、滑，合理選用運(yùn)動(dòng)副元素的材料等。選用運(yùn)動(dòng)副元素的材料等。4ffgg圖圖5-1為機(jī)械傳動(dòng)裝置的示意圖。設(shè)為機(jī)械傳動(dòng)裝置的示意圖。設(shè)f為為驅(qū)動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)力，g為生產(chǎn)阻力，為生產(chǎn)阻力，vf、vg 分別為分別為f 、g作用點(diǎn)沿該力作用線(xiàn)方向的分速度，作用點(diǎn)沿該力作用線(xiàn)方向的分速度，其效率為：其效率為：100fgdrfgpp為了將上式簡(jiǎn)化，引入為了將上式簡(jiǎn)化，引入理想機(jī)械理想機(jī)械的概念，即在理想機(jī)械中的概念，即在理想機(jī)械中不存在摩擦，當(dāng)工作阻力仍為不存在摩擦，當(dāng)工作阻力仍為g時(shí)，所需的驅(qū)動(dòng)力為理想驅(qū)動(dòng)時(shí)，所需的驅(qū)動(dòng)力為理想驅(qū)動(dòng)力力f0 ，顯然克服同樣工作阻力，顯然克服同樣工作阻力g時(shí)，時(shí)，f0f，對(duì)理想機(jī)

5、械來(lái)說(shuō)，對(duì)理想機(jī)械來(lái)說(shuō)，機(jī)械的效率為：機(jī)械的效率為：fgdrfgpp（a）（b）fgfg03、以力或力矩的形式表示：、以力或力矩的形式表示：5將（將（b）代入（）代入（a）中）中fgfg0（a）fgdrfgnn（b）ffff0ff0用力矩表示，則有：用力矩表示，則有：（c）mm0（d）機(jī)械效率等于不計(jì)磨擦?xí)r，克服生產(chǎn)阻力所需的機(jī)械效率等于不計(jì)磨擦?xí)r，克服生產(chǎn)阻力所需的理想驅(qū)理想驅(qū)動(dòng)力動(dòng)力f0，與克服同樣生產(chǎn)阻力（連同克服磨擦力）時(shí)該，與克服同樣生產(chǎn)阻力（連同克服磨擦力）時(shí)該機(jī)械實(shí)際所需的機(jī)械實(shí)際所需的驅(qū)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)力f之比。之比。6綜合（綜合（c）、）、 （d），可得到：），可得到：理想驅(qū)動(dòng)力理想

6、驅(qū)動(dòng)力實(shí)際驅(qū)動(dòng)力實(shí)際驅(qū)動(dòng)力效率也可用阻力或阻力矩表示為：效率也可用阻力或阻力矩表示為：理想工作阻力理想工作阻力實(shí)際工作阻力實(shí)際工作阻力=實(shí)際工作阻力矩實(shí)際工作阻力矩理想工作阻力矩理想工作阻力矩00mmggmmff00 =理想驅(qū)動(dòng)力矩理想驅(qū)動(dòng)力矩實(shí)際驅(qū)動(dòng)力矩實(shí)際驅(qū)動(dòng)力矩7例例1：斜面機(jī)構(gòu)：斜面機(jī)構(gòu)： 正行程：正行程：)tan(gf)tan( gfff0f0=gtan (令磨擦角令磨擦角=0）)tan(tan 反行程：反行程：f0=gtan (令磨擦角令磨擦角=0）（）（g為驅(qū)動(dòng)力）為驅(qū)動(dòng)力）gg0tantan（- ） 例例2：螺旋機(jī)構(gòu)：螺旋機(jī)構(gòu)： 正行程：正行程：mm0)tan(vtan 反行程

7、：反行程：0mmtantan（- v） 8小結(jié)：小結(jié)：用驅(qū)動(dòng)力或驅(qū)動(dòng)力矩表示的效率公式為：用驅(qū)動(dòng)力或驅(qū)動(dòng)力矩表示的效率公式為：用工作阻力或工作阻力矩表示的效率公式為：用工作阻力或工作阻力矩表示的效率公式為：mmff0000mmggm00、f理想驅(qū)動(dòng)力、理想驅(qū)動(dòng)力矩；理想驅(qū)動(dòng)力、理想驅(qū)動(dòng)力矩；mf、實(shí)際驅(qū)動(dòng)力、實(shí)際驅(qū)動(dòng)力矩；實(shí)際驅(qū)動(dòng)力、實(shí)際驅(qū)動(dòng)力矩；m00、g理想工作阻力、理想工作阻力矩；理想工作阻力、理想工作阻力矩；mg、實(shí)際工作阻力、實(shí)際工作阻力矩；實(shí)際工作阻力、實(shí)際工作阻力矩；9當(dāng)需計(jì)算整臺(tái)機(jī)器或整個(gè)機(jī)組的機(jī)械效率時(shí)，常用以下三種當(dāng)需計(jì)算整臺(tái)機(jī)器或整個(gè)機(jī)組的機(jī)械效率時(shí)，常用以下三種方法，其

8、中在實(shí)際設(shè)計(jì)中，更常用到的是實(shí)驗(yàn)法和經(jīng)驗(yàn)法，方法，其中在實(shí)際設(shè)計(jì)中，更常用到的是實(shí)驗(yàn)法和經(jīng)驗(yàn)法，即確定機(jī)械效率的三種方法分別為：即確定機(jī)械效率的三種方法分別為：計(jì)算法計(jì)算法經(jīng)驗(yàn)法經(jīng)驗(yàn)法實(shí)驗(yàn)法實(shí)驗(yàn)法對(duì)于已有的機(jī)器，可以用實(shí)驗(yàn)法直接測(cè)得機(jī)械效率。對(duì)于已有的機(jī)器，可以用實(shí)驗(yàn)法直接測(cè)得機(jī)械效率。對(duì)于正在設(shè)計(jì)和制造的機(jī)器，不能直接用實(shí)驗(yàn)法測(cè)對(duì)于正在設(shè)計(jì)和制造的機(jī)器，不能直接用實(shí)驗(yàn)法測(cè)定效率，但由于各種機(jī)器都是由一些基本機(jī)構(gòu)組合而定效率，但由于各種機(jī)器都是由一些基本機(jī)構(gòu)組合而成，而這些基本機(jī)構(gòu)的效率通過(guò)實(shí)驗(yàn)積累的資料卻是成，而這些基本機(jī)構(gòu)的效率通過(guò)實(shí)驗(yàn)積累的資料卻是可以預(yù)先估定的，在已知這些基本機(jī)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)

9、副的機(jī)可以預(yù)先估定的，在已知這些基本機(jī)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)副的機(jī)械效率后，就可以通過(guò)計(jì)算確定出整個(gè)機(jī)器的效率。械效率后，就可以通過(guò)計(jì)算確定出整個(gè)機(jī)器的效率。同理，對(duì)于由多個(gè)機(jī)器組成的機(jī)組，只要知道各臺(tái)機(jī)同理，對(duì)于由多個(gè)機(jī)器組成的機(jī)組，只要知道各臺(tái)機(jī)器的效率，就可以根據(jù)各機(jī)組的組合情況用計(jì)算的辦器的效率，就可以根據(jù)各機(jī)組的組合情況用計(jì)算的辦法求出該機(jī)組的總效率。（見(jiàn)法求出該機(jī)組的總效率。（見(jiàn)p76表表5-1）三種不同機(jī)器組合的效率計(jì)算三種不同機(jī)器組合的效率計(jì)算（1）串聯(lián)組合機(jī)器的效率計(jì)算）串聯(lián)組合機(jī)器的效率計(jì)算（2）并聯(lián)組合機(jī)器的效率計(jì)算）并聯(lián)組合機(jī)器的效率計(jì)算（3）混聯(lián)組合機(jī)器的效率計(jì)算）混聯(lián)組合機(jī)器的效

10、率計(jì)算10（1）串聯(lián)組合機(jī)器的效率計(jì)算）串聯(lián)組合機(jī)器的效率計(jì)算dp1p2p12kkp1kp123121 kkdpppppppp總效率總效率為各機(jī)器效率的連乘積。即：為各機(jī)器效率的連乘積。即：串聯(lián)組合機(jī)器傳遞功率的特點(diǎn)：串聯(lián)組合機(jī)器傳遞功率的特點(diǎn)：前一機(jī)器的輸出功率為后一機(jī)器的輸入功率。前一機(jī)器的輸出功率為后一機(jī)器的輸入功率。串聯(lián)機(jī)器中任一機(jī)器的效率很低，都會(huì)使整部機(jī)器的效率很低；串聯(lián)機(jī)器中任一機(jī)器的效率很低，都會(huì)使整部機(jī)器的效率很低；串聯(lián)的機(jī)器數(shù)目越多，效率越低。串聯(lián)的機(jī)器數(shù)目越多，效率越低。串聯(lián)組合機(jī)器的總效率串聯(lián)組合機(jī)器的總效率1k2dpp11 1 kkkpp122pp dkpp 333p

11、233pp dkpp k321 k 32111（2）并聯(lián)組合機(jī)器的效率計(jì)算）并聯(lián)組合機(jī)器的效率計(jì)算dp2kkp2p1p1pkp 2p各機(jī)器的輸入功率為：各機(jī)器的輸入功率為： p1、p2 、pk ，并聯(lián)機(jī)組的特點(diǎn)并聯(lián)機(jī)組的特點(diǎn)：機(jī)組的輸入功率為各機(jī)器輸入功率之和；機(jī)組的輸入功率為各機(jī)器輸入功率之和；機(jī)組的輸出功率為各機(jī)器輸出功率之和；機(jī)組的輸出功率為各機(jī)器輸出功率之和；并聯(lián)組合機(jī)器的總效率并聯(lián)組合機(jī)器的總效率 diridrpppp1kkkpppppp 212211rp機(jī)器的輸出功率機(jī)器的輸出功率dp機(jī)器的輸入功率機(jī)器的輸入功率krppppp 321kdppppp 321kkpppppp 2121

12、111 pp222 ppkkkpp 輸出功率為：輸出功率為：并聯(lián)機(jī)器的總效率并聯(lián)機(jī)器的總效率主要取決于傳遞功率最大的機(jī)器的效率。要主要取決于傳遞功率最大的機(jī)器的效率。要提高并聯(lián)機(jī)器的效率，應(yīng)著重提高傳遞功率大的傳動(dòng)路線(xiàn)的效率。提高并聯(lián)機(jī)器的效率，應(yīng)著重提高傳遞功率大的傳動(dòng)路線(xiàn)的效率。12（3）混聯(lián)組合機(jī)器的效率計(jì)算）混聯(lián)組合機(jī)器的效率計(jì)算5 44 3 32p2p dp1p2p3prp 4p 3p rp 21混聯(lián)組合機(jī)器的總效率混聯(lián)組合機(jī)器的總效率drpp 串聯(lián)機(jī)構(gòu)的效率串聯(lián)機(jī)構(gòu)的效率并聯(lián)機(jī)構(gòu)的效率并聯(lián)機(jī)構(gòu)的效率13q122345例例1 在圖示的電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)中，已知其每一對(duì)齒輪的效率在圖示的電動(dòng)卷

13、揚(yáng)機(jī)中，已知其每一對(duì)齒輪的效率12、 2以及鼓輪的效率以及鼓輪的效率4均為均為0.95，滑輪的效率，滑輪的效率5為為0.96，載荷，載荷q = 50000n。其上升的速度。其上升的速度v=12m/min , 求電機(jī)的功率？求電機(jī)的功率？ 解：解：該機(jī)構(gòu)為串聯(lián)機(jī)構(gòu)該機(jī)構(gòu)為串聯(lián)機(jī)構(gòu)串聯(lián)機(jī)構(gòu)的總效率各級(jí)效串聯(lián)機(jī)構(gòu)的總效率各級(jí)效率的連乘積，故機(jī)構(gòu)總效率：率的連乘積，故機(jī)構(gòu)總效率：543212 求機(jī)構(gòu)的工作功率求機(jī)構(gòu)的工作功率 qpr82. 096. 095. 03 載荷上升的速度：載荷上升的速度：smm/2 . 06012min/12 機(jī)構(gòu)的工作功率為：機(jī)構(gòu)的工作功率為：3. 電機(jī)的功率為：電機(jī)的功率

14、為：kw1219582. 010000 rdpp kw100002 . 050000 141234567891011121314例例2 減速箱如圖所示，已知每一對(duì)圓柱齒輪和圓錐齒輪的效率分別減速箱如圖所示，已知每一對(duì)圓柱齒輪和圓錐齒輪的效率分別為為0.95 和和 0.92 , 求其總效率求其總效率。解：解：1. 分析傳動(dòng)路線(xiàn)。分析傳動(dòng)路線(xiàn)。減速箱分兩路輸出：減速箱分兩路輸出：電機(jī)電機(jī)齒輪齒輪1、23、45、67、8電機(jī)電機(jī)齒輪齒輪1、2、1011、1213、142. 每一路的總效率分別為：每一路的總效率分別為： 81 14179. 092. 095. 03 79. 092. 095. 03 3

15、. 整個(gè)機(jī)構(gòu)的總效率為：整個(gè)機(jī)構(gòu)的總效率為：diripp 87654321 1413121110921151234567891011121314148pppri 14114818 pppdidiripppppp79. 079. 0148148pppp diripp %7979. 0 1612345678910例例3 在圖示的滾柱傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中，已知其局部效率在圖示的滾柱傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中，已知其局部效率1-20.95 ，3-4 =5-6 =7-8 =9-10=0.93 ,求該機(jī)構(gòu)的效率求該機(jī)構(gòu)的效率。解：解：1. 分析機(jī)構(gòu)分析機(jī)構(gòu)該機(jī)構(gòu)為混聯(lián)機(jī)構(gòu)該機(jī)構(gòu)為混聯(lián)機(jī)構(gòu)串聯(lián)部分：圓柱齒輪

16、串聯(lián)部分：圓柱齒輪1、2并聯(lián)部分：錐齒輪并聯(lián)部分：錐齒輪3、4；5、6； 7、8 ； 9、10。2. 分別計(jì)算效率分別計(jì)算效率（1）串聯(lián)部分：）串聯(lián)部分：95. 021 （2）并聯(lián)部分：）并聯(lián)部分： 878p 434p 4p 103 656p10910 p10p 8p 6p17 10393. 093. 093. 093. 093. 01086410864 pppppppp3. 總效率總效率10321 %35.888835. 0 93. 095. 0 1091087865643410864 pppppppp18例例5-4 在圖在圖5-4所示的機(jī)械傳動(dòng)中，設(shè)各傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的效率分別為所示的機(jī)械傳動(dòng)中，

17、設(shè)各傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的效率分別為,98. 021,96. 043,94. 043 ;42. 05 ,5kwpr.2 . 0kwpr 并已知輸出的功率分別為并已知輸出的功率分別為求該機(jī)械傳動(dòng)裝置的機(jī)械效率。求該機(jī)械傳動(dòng)裝置的機(jī)械效率。5 44 3 32p2p dp1p2p3prp4p 3p rp 21圖圖5-4解：解：由于由于1、2、3、4 為串聯(lián)，故：為串聯(lián)，故：4321 drpprdpp 2296. 098. 0/5而機(jī)構(gòu)而機(jī)構(gòu) 1、2、3、4 、5 也為串聯(lián)，故：也為串聯(lián)，故：rdpp)42. 094. 098. 0/(2 . 022機(jī)構(gòu)的總效率為：機(jī)構(gòu)的總效率為：drpp ddrrpppp dd

18、dppp 4321 /54321 /kw561. 0kw649. 5561. 0649. 52 . 05837. 0195-2 機(jī)械的自鎖機(jī)械的自鎖自鎖現(xiàn)象自鎖現(xiàn)象無(wú)論物體上作用的驅(qū)動(dòng)力有多大，在摩擦力的作用下，物體都無(wú)論物體上作用的驅(qū)動(dòng)力有多大，在摩擦力的作用下，物體都不會(huì)沿著驅(qū)動(dòng)力的方向運(yùn)動(dòng)，這種現(xiàn)象稱(chēng)作自鎖。不會(huì)沿著驅(qū)動(dòng)力的方向運(yùn)動(dòng)，這種現(xiàn)象稱(chēng)作自鎖。一、根據(jù)機(jī)構(gòu)中單個(gè)運(yùn)動(dòng)副的自鎖條件來(lái)確定一、根據(jù)機(jī)構(gòu)中單個(gè)運(yùn)動(dòng)副的自鎖條件來(lái)確定1.平面移動(dòng)副的自鎖條件平面移動(dòng)副的自鎖條件nftanmaxnfff maxfftfrf將將 f 分解為兩個(gè)分力分解為兩個(gè)分力cosffn sinfft 接觸面

19、給滑塊的法向反力：接觸面給滑塊的法向反力：nnff 接觸面給滑塊的最大摩擦阻力：接觸面給滑塊的最大摩擦阻力：fffnf max總反力總反力fr與法線(xiàn)與法線(xiàn)n-n的夾角為的夾角為，且有：且有：驅(qū)動(dòng)力的作用角，也稱(chēng)傳動(dòng)角驅(qū)動(dòng)力的作用角，也稱(chēng)傳動(dòng)角nf20nfmaxfftfnfrftanntff tanmaxnffftfffmaxtantannnff當(dāng)極限摩擦力當(dāng)極限摩擦力ffmax大于或等于水平大于或等于水平驅(qū)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)力 ft 時(shí)，滑塊靜止不動(dòng)。即：時(shí)，滑塊靜止不動(dòng)。即：由于：由于：nnff 得出：得出：tantan由上述推導(dǎo)可知，平面移動(dòng)副的自鎖條件為：由上述推導(dǎo)可知，平面移動(dòng)副的自鎖條件為：或

20、：或：結(jié)論結(jié)論：當(dāng)：當(dāng)，無(wú)論驅(qū)動(dòng)力，無(wú)論驅(qū)動(dòng)力 f(方向維持不變）如何增大，方向維持不變）如何增大，水平驅(qū)動(dòng)力水平驅(qū)動(dòng)力ft總是小于驅(qū)動(dòng)力總是小于驅(qū)動(dòng)力 f 引起的極限摩擦力引起的極限摩擦力ffmax，因而，因而不能使滑塊運(yùn)動(dòng)不能使滑塊運(yùn)動(dòng), 這就是自鎖現(xiàn)象。這就是自鎖現(xiàn)象。nfmaxffnftf21自鎖條件：自鎖條件：驅(qū)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)力f 作用在摩擦角作用在摩擦角之內(nèi)。之內(nèi)。rf在在 f 作用下，滑塊勻速滑動(dòng)（或處于臨界狀態(tài)）；作用下，滑塊勻速滑動(dòng)（或處于臨界狀態(tài)）；在在 f 作用下（作用下（f必須足夠大），滑塊將加速滑動(dòng)；必須足夠大），滑塊將加速滑動(dòng)；小結(jié)：小結(jié)：（1）移動(dòng)副自鎖條件：移動(dòng)副自鎖

21、條件：（2）在下列三種情況下：在下列三種情況下：如果原來(lái)在運(yùn)動(dòng)，將減速直至靜止不動(dòng)如果原來(lái)在運(yùn)動(dòng)，將減速直至靜止不動(dòng)如果原來(lái)是靜止的，則將仍然保持靜止?fàn)顟B(tài)如果原來(lái)是靜止的，則將仍然保持靜止?fàn)顟B(tài)自鎖狀態(tài)自鎖狀態(tài)（）下滑塊不能動(dòng)，下滑塊不能動(dòng)，前者為幾何條件所致，后者為力不夠大所致。前者為幾何條件所致，后者為力不夠大所致。f非自鎖狀態(tài)下非自鎖狀態(tài)下（ ）下滑塊不能動(dòng)下滑塊不能動(dòng)易混淆的概念點(diǎn)：易混淆的概念點(diǎn)：2222. 平面轉(zhuǎn)動(dòng)副的自鎖條件平面轉(zhuǎn)動(dòng)副的自鎖條件當(dāng)作用在軸頸當(dāng)作用在軸頸 1 上的力上的力f的作用線(xiàn)的作用線(xiàn)在摩擦圓之內(nèi)時(shí)，形成自鎖條件：在摩擦圓之內(nèi)時(shí)，形成自鎖條件：無(wú)論無(wú)論f 怎樣增大

22、，都不能驅(qū)使軸頸怎樣增大，都不能驅(qū)使軸頸轉(zhuǎn)動(dòng)，此即轉(zhuǎn)動(dòng)副的自鎖現(xiàn)象。轉(zhuǎn)動(dòng)，此即轉(zhuǎn)動(dòng)副的自鎖現(xiàn)象。小結(jié)小結(jié) :aaa軸頸在軸頸在 f 力作用下，勻角速度順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；力作用下，勻角速度順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；a軸頸在軸頸在 f 力作用下（力作用下（f足夠大），順時(shí)針加速轉(zhuǎn)動(dòng)。足夠大），順時(shí)針加速轉(zhuǎn)動(dòng)。如果原來(lái)在轉(zhuǎn)動(dòng)，將減速直至靜止不動(dòng)如果原來(lái)在轉(zhuǎn)動(dòng)，將減速直至靜止不動(dòng)如果原來(lái)是靜止的，則將仍然保持靜止?fàn)顟B(tài)如果原來(lái)是靜止的，則將仍然保持靜止?fàn)顟B(tài)易混淆的概念點(diǎn)：易混淆的概念點(diǎn)：前者為幾何條件所致，后者為力不夠大所致。前者為幾何條件所致，后者為力不夠大所致。1fafafa自鎖狀態(tài)自鎖狀態(tài)（）下軸頸不能轉(zhuǎn)動(dòng)下軸頸不能

23、轉(zhuǎn)動(dòng)非自鎖狀態(tài)下非自鎖狀態(tài)下（ ）下軸頸不能轉(zhuǎn)動(dòng)下軸頸不能轉(zhuǎn)動(dòng)23總結(jié)：總結(jié)：對(duì)于單自由度的機(jī)構(gòu)，當(dāng)機(jī)構(gòu)中某一運(yùn)動(dòng)副發(fā)生自鎖，那末對(duì)于單自由度的機(jī)構(gòu)，當(dāng)機(jī)構(gòu)中某一運(yùn)動(dòng)副發(fā)生自鎖，那末該機(jī)構(gòu)也必發(fā)生自鎖，所以機(jī)構(gòu)的某一運(yùn)動(dòng)副的自鎖條件也該機(jī)構(gòu)也必發(fā)生自鎖，所以機(jī)構(gòu)的某一運(yùn)動(dòng)副的自鎖條件也就是機(jī)構(gòu)的自鎖條件。運(yùn)動(dòng)副的自鎖條件為：就是機(jī)構(gòu)的自鎖條件。運(yùn)動(dòng)副的自鎖條件為：（1）移動(dòng)副的自鎖條件為驅(qū)動(dòng)力作用于磨擦角之內(nèi)，即）移動(dòng)副的自鎖條件為驅(qū)動(dòng)力作用于磨擦角之內(nèi)，即 ，其中，其中為傳動(dòng)角。為傳動(dòng)角。（2）轉(zhuǎn)動(dòng)副的自鎖條件為驅(qū)動(dòng)力作用于磨擦圓之內(nèi)，即）轉(zhuǎn)動(dòng)副的自鎖條件為驅(qū)動(dòng)力作用于磨擦圓之內(nèi)，即 ，其中

24、，其中為驅(qū)動(dòng)力臂長(zhǎng)。為驅(qū)動(dòng)力臂長(zhǎng)。 （3）螺旋副的自鎖條件為螺紋升角）螺旋副的自鎖條件為螺紋升角小于或等于螺旋副的小于或等于螺旋副的磨擦角或當(dāng)量磨擦角。即磨擦角或當(dāng)量磨擦角。即 v24二、設(shè)計(jì)機(jī)械時(shí)從效率的角度描述自鎖現(xiàn)象二、設(shè)計(jì)機(jī)械時(shí)從效率的角度描述自鎖現(xiàn)象：dfww1自鎖也可以認(rèn)為是摩擦力過(guò)大，克服摩擦消耗的功率大于自鎖也可以認(rèn)為是摩擦力過(guò)大，克服摩擦消耗的功率大于輸入功率，即輸入功率，即 nfnd ,由效率公式：即由效率公式：即 wfwd ：可知可知, 當(dāng)自鎖發(fā)生時(shí)，當(dāng)自鎖發(fā)生時(shí)，01dfww即：用效率描述自鎖的結(jié)論為：即：用效率描述自鎖的結(jié)論為：0設(shè)計(jì)機(jī)械時(shí)，可以利用上式來(lái)判斷其是否自

25、鎖及出現(xiàn)自鎖的設(shè)計(jì)機(jī)械時(shí)，可以利用上式來(lái)判斷其是否自鎖及出現(xiàn)自鎖的條件。當(dāng)然，因機(jī)械自鎖時(shí)已根本無(wú)法作功，故此時(shí)，條件。當(dāng)然，因機(jī)械自鎖時(shí)已根本無(wú)法作功，故此時(shí)， 已已沒(méi)有一般效率的意義，它只表明機(jī)械自鎖的程度。沒(méi)有一般效率的意義，它只表明機(jī)械自鎖的程度。 =0時(shí)，機(jī)械處于臨界自鎖狀態(tài)。時(shí)，機(jī)械處于臨界自鎖狀態(tài)。 0時(shí)，則其絕對(duì)值越大，表明自鎖越可靠。時(shí)，則其絕對(duì)值越大，表明自鎖越可靠。25三、從工作阻力的角度描述自鎖現(xiàn)象三、從工作阻力的角度描述自鎖現(xiàn)象當(dāng)機(jī)械自鎖時(shí)，機(jī)械已不能運(yùn)動(dòng)，故它所能克服的生產(chǎn)阻抗力當(dāng)機(jī)械自鎖時(shí)，機(jī)械已不能運(yùn)動(dòng)，故它所能克服的生產(chǎn)阻抗力g小于或等于零。小于或等于零。 即

26、：可利用當(dāng)驅(qū)動(dòng)力任意增大時(shí)，即：可利用當(dāng)驅(qū)動(dòng)力任意增大時(shí)，g0是否成立來(lái)判斷機(jī)械是否成立來(lái)判斷機(jī)械是否發(fā)生自鎖。是否發(fā)生自鎖。g=0 意味著即使去掉生產(chǎn)阻抗力，機(jī)械也不能運(yùn)動(dòng)。意味著即使去掉生產(chǎn)阻抗力，機(jī)械也不能運(yùn)動(dòng)。g0 意味著只有當(dāng)生產(chǎn)阻抗力反向變?yōu)轵?qū)動(dòng)力后，才可意味著只有當(dāng)生產(chǎn)阻抗力反向變?yōu)轵?qū)動(dòng)力后，才可能使機(jī)械運(yùn)動(dòng)，此時(shí)實(shí)際上機(jī)械已發(fā)生了自鎖。能使機(jī)械運(yùn)動(dòng)，此時(shí)實(shí)際上機(jī)械已發(fā)生了自鎖。四、根據(jù)機(jī)械自鎖的概念或定義來(lái)確定四、根據(jù)機(jī)械自鎖的概念或定義來(lái)確定機(jī)械的自鎖現(xiàn)象是由于磨擦的原因，驅(qū)動(dòng)力無(wú)論多大都無(wú)法使機(jī)械的自鎖現(xiàn)象是由于磨擦的原因，驅(qū)動(dòng)力無(wú)論多大都無(wú)法使機(jī)械產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，故直接根據(jù)作用

27、在構(gòu)件上的驅(qū)動(dòng)力的有效分力機(jī)械產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，故直接根據(jù)作用在構(gòu)件上的驅(qū)動(dòng)力的有效分力總是小于等于由其所能引起的最大磨擦力來(lái)確定?？偸切∮诘扔谟善渌芤鸬淖畲竽ゲ亮?lái)確定。0g即：用工作阻力描述自鎖的結(jié)論為：即：用工作阻力描述自鎖的結(jié)論為：即：用機(jī)械自鎖概念描述自鎖的結(jié)論為：即：用機(jī)械自鎖概念描述自鎖的結(jié)論為：ptffmax26本章要點(diǎn)提示：本章要點(diǎn)提示：1. 效率的一般表達(dá)式效率的一般表達(dá)式（1）用驅(qū)動(dòng)力（或驅(qū)動(dòng)力矩）表示用驅(qū)動(dòng)力（或驅(qū)動(dòng)力矩）表示理想驅(qū)動(dòng)力理想驅(qū)動(dòng)力實(shí)際驅(qū)動(dòng)力實(shí)際驅(qū)動(dòng)力=理想驅(qū)動(dòng)力矩理想驅(qū)動(dòng)力矩實(shí)際驅(qū)動(dòng)力矩實(shí)際驅(qū)動(dòng)力矩mmff00（2）用阻力（或阻力矩）表示用阻力（或阻力矩）表

28、示00mmgg理想工作阻力理想工作阻力實(shí)際工作阻力實(shí)際工作阻力=實(shí)際工作阻力矩實(shí)際工作阻力矩理想工作阻力矩理想工作阻力矩272. 三種不同機(jī)器組合的效率計(jì)算三種不同機(jī)器組合的效率計(jì)算（1）串聯(lián)組合機(jī)器的效率計(jì)算）串聯(lián)組合機(jī)器的效率計(jì)算（2）并聯(lián)組合機(jī)器的效率計(jì)算）并聯(lián)組合機(jī)器的效率計(jì)算（3）混聯(lián)組合機(jī)器的效率計(jì)算）混聯(lián)組合機(jī)器的效率計(jì)算k21 dirippkkkpppppp 212211drpp 283. 自鎖自鎖（1）移動(dòng)副的自鎖條件）移動(dòng)副的自鎖條件（2）轉(zhuǎn)動(dòng)副的自鎖條件）轉(zhuǎn)動(dòng)副的自鎖條件a（3）用效率描述自鎖）用效率描述自鎖（4）從工作阻力描述自鎖）從工作阻力描述自鎖00g（5）從自鎖概

29、念描述自鎖）從自鎖概念描述自鎖ptffmax29例例1 圖示滑塊在驅(qū)動(dòng)力圖示滑塊在驅(qū)動(dòng)力 p 作用下沿斜面上滑（此為正行程），作用下沿斜面上滑（此為正行程），當(dāng)驅(qū)動(dòng)力由當(dāng)驅(qū)動(dòng)力由 p 減小至減小至 p時(shí)，滑塊會(huì)在自重的作用下有沿斜面時(shí)，滑塊會(huì)在自重的作用下有沿斜面下滑的趨勢(shì)。問(wèn)：下滑的趨勢(shì)。問(wèn)：1. 正行程時(shí)，滑塊是否會(huì)自鎖？正行程時(shí)，滑塊是否會(huì)自鎖？2. 反行程時(shí)滑塊的自鎖條件？反行程時(shí)滑塊的自鎖條件？211221n解：解：1. （1）分析受力如圖示分析受力如圖示（2）列力平衡方程式列力平衡方程式（3）作力封閉多邊形作力封閉多邊形qpq21n021 nqppbac 90 90 90 90（4

30、）列出驅(qū)動(dòng)力列出驅(qū)動(dòng)力 p 和阻力和阻力q 的關(guān)系式的關(guān)系式 )sin( p)sin(cos pq因?yàn)橐驗(yàn)閝 不會(huì)小于等于零，故正行程不會(huì)自鎖不會(huì)小于等于零，故正行程不會(huì)自鎖q)90sin( q302. 求反行程時(shí)滑塊的自鎖條件求反行程時(shí)滑塊的自鎖條件211221nqp 當(dāng)原驅(qū)動(dòng)力由當(dāng)原驅(qū)動(dòng)力由 p 減小至減小至 p時(shí)，時(shí)， 滑塊將滑塊將在其重力在其重力 q 的作用下有沿斜面下滑的的作用下有沿斜面下滑的趨勢(shì)（注意，此時(shí)趨勢(shì)（注意，此時(shí) p為阻力，為阻力， q為驅(qū)為驅(qū)動(dòng)力）動(dòng)力）（1）分析受力如圖示分析受力如圖示（2）列力平衡方程式列力平衡方程式021 nqp（3）作力封閉多邊形作力封閉多邊形（

31、4）列出驅(qū)動(dòng)力列出驅(qū)動(dòng)力 q 和阻力和阻力p的關(guān)系式的關(guān)系式p ac 90 90 )sin( pcos)sin( qpq21nb)90sin( q310sincos)sin( qq（5）求反行程自鎖條件求反行程自鎖條件i 按阻力求自鎖條件按阻力求自鎖條件0cos)sin( qp令：令：0)sin( 0)( ii 按效率求自鎖條件按效率求自鎖條件理想工作阻力理想工作阻力實(shí)際工作阻力實(shí)際工作阻力實(shí)際工作阻力實(shí)際工作阻力:0 cos)sin( qp理想工作阻力理想工作阻力cos)sin(0 qp0pp sinq 0cos)0sin( q32該類(lèi)問(wèn)題解題技巧該類(lèi)問(wèn)題解題技巧該題難點(diǎn)：該題難點(diǎn)：力多邊形

32、角度確定力多邊形角度確定cos)sin( qp正行程正行程q 與與p 的表達(dá)式的表達(dá)式反行程反行程q 與與p的表達(dá)式的表達(dá)式cos)sin( qp（1）正、反行程表達(dá)式中，正、反行程表達(dá)式中，的符號(hào)不同；的符號(hào)不同；（2）正、反行程表達(dá)式中，正、反行程表達(dá)式中， q 、p（p ） 的意義不同的意義不同結(jié)論：結(jié)論：在求反行程自鎖條件時(shí)，只需求出正行程在求反行程自鎖條件時(shí)，只需求出正行程q與與 p的表的表 達(dá)式，反行程式在此基礎(chǔ)將達(dá)式，反行程式在此基礎(chǔ)將反號(hào)；反號(hào)； 將將p 換成換成p ， 并將驅(qū)動(dòng)力、阻力角色互換。并將驅(qū)動(dòng)力、阻力角色互換。 33211221n例例2. 圖示滑塊在驅(qū)動(dòng)力圖示滑塊在

33、驅(qū)動(dòng)力 p 作用下沿斜面上滑（此為正行程），作用下沿斜面上滑（此為正行程），當(dāng)驅(qū)動(dòng)力由當(dāng)驅(qū)動(dòng)力由 p 減小至減小至 p時(shí)，滑塊會(huì)在自重的作用下有沿斜面時(shí)，滑塊會(huì)在自重的作用下有沿斜面下滑的趨勢(shì)。下滑的趨勢(shì)。問(wèn)：?jiǎn)枺?. 正行程時(shí)，滑塊是否會(huì)自鎖？正行程時(shí)，滑塊是否會(huì)自鎖？2. 反行程時(shí)滑塊的自鎖條件？反行程時(shí)滑塊的自鎖條件？p解：解：1. （1）分析受力如圖示分析受力如圖示（2）列力平衡方程式列力平衡方程式（3）作力封閉多邊形作力封閉多邊形021 nqp（4）列出驅(qū)動(dòng)力列出驅(qū)動(dòng)力 p 和阻力和阻力q 的關(guān)系式的關(guān)系式bacpq21nq)(90 )tan( qp34tan)0tan(0qqp （

34、5）求反行程自鎖條件求反行程自鎖條件由正行程驅(qū)動(dòng)力由正行程驅(qū)動(dòng)力p 與阻力與阻力q的表達(dá)式的表達(dá)式)tan( qp可得反行程驅(qū)動(dòng)力可得反行程驅(qū)動(dòng)力q 與阻力與阻力p 的表達(dá)式：的表達(dá)式：)tan( qp實(shí)際阻力實(shí)際阻力理想阻力理想阻力)0tan()tan( qqtan)tan( 90令：令：0 故正行程自鎖條件為：故正行程自鎖條件為：故反行程自鎖條件為：故反行程自鎖條件為：令：令：0 0)tan( 0)( )tan( qp)tan(tan0 qqpp)tan(tan 90問(wèn)：該題自鎖條件怎樣用阻力表示問(wèn)：該題自鎖條件怎樣用阻力表示?354321fg例例3圖示為一斜面夾具機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖。下滑塊圖示為一

35、斜面夾具機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖。下滑塊2上作用有力上作用有力f，推動(dòng)，推動(dòng)滑塊滑塊3向上運(yùn)動(dòng)，夾緊工件向上運(yùn)動(dòng)，夾緊工件4，g 為夾緊的工件為夾緊的工件4給滑塊給滑塊3的的反作用力（假定為已知），設(shè)各表面的摩擦系數(shù)為反作用力（假定為已知），設(shè)各表面的摩擦系數(shù)為f。試分析：試分析： 為產(chǎn)生對(duì)工件為產(chǎn)生對(duì)工件4 的夾緊力的夾緊力g ,在滑塊在滑塊 2 上需加多大的推力上需加多大的推力f;2. 當(dāng)撤掉當(dāng)撤掉f 后，工件可能松脫，問(wèn)：后，工件可能松脫，問(wèn)： 為防止松脫，至少應(yīng)在滑塊為防止松脫，至少應(yīng)在滑塊2 上上 維持多大的力維持多大的力f ? 3. 滑塊在滑塊在g 作用下的自鎖條件。作用下的自鎖條件。解：解： 1

36、. 求夾緊工件所需的推力求夾緊工件所需的推力f;（1）取滑塊取滑塊3 為研究對(duì)象為研究對(duì)象在在f的作用下，滑塊的作用下，滑塊3有向上滑動(dòng)的趨勢(shì)有向上滑動(dòng)的趨勢(shì)ba 90 )2(90 （2）列平衡方程式列平衡方程式02313 rrffg3113rfg13rfc23rf（3）作力封閉多邊形作力封閉多邊形23rf36a（4）列出力列出力 g 和力和力fr23的關(guān)系式的關(guān)系式)2(90sin( g 90b23rf )2(90 g13rfcos)2cos(23rfg )2cos(cos23 gfr32rf)(90 902 f12rf（6）作力封閉多邊形作力封閉多邊形（5）取滑塊取滑塊 2為分離體分析受力

37、為分離體分析受力212rfcd)90sin(23 rff32rf03212rrfff37431gba23rf2g13rf32rfd 90ff（7）列出驅(qū)動(dòng)力列出驅(qū)動(dòng)力 f 和力和力fr32的關(guān)系式的關(guān)系式)2sin( fcos)2sin(32 rff)2cos(cos2332 gffrrcos)2sin()2cos(cos gf)2tan( gf)90sin(32 rf2 c382. 當(dāng)撤掉當(dāng)撤掉f 后，工件可能松脫，問(wèn)：后，工件可能松脫，問(wèn)： 為防止松脫，至少應(yīng)在滑塊為防止松脫，至少應(yīng)在滑塊2 上上 維持多大的力維持多大的力f ? 4312fg該問(wèn)屬于反行程問(wèn)題，此時(shí)該問(wèn)屬于反行程問(wèn)題，此時(shí)

38、g 為為驅(qū)動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)力， f為阻力為阻力。)2tan( gf由正行程力的表達(dá)式：由正行程力的表達(dá)式：)2tan( gf得出反行程力的表達(dá)式得出反行程力的表達(dá)式0tan)2tan( gg理想工作阻力理想工作阻力實(shí)際工作阻力實(shí)際工作阻力解得反行程自鎖條件：解得反行程自鎖條件：2 3. 滑塊在滑塊在g 作用下的自鎖條件。作用下的自鎖條件。39ba12例例3. 圖示為一偏心夾具，圖示為一偏心夾具，1為夾具體，為夾具體， 2為工件，為工件，3位偏心圓盤(pán)。位偏心圓盤(pán)。 為了夾緊為了夾緊工件，在偏心盤(pán)手柄上施加一工件，在偏心盤(pán)手柄上施加一f力，當(dāng)力，當(dāng)f去掉后，要求該夾具能去掉后，要求該夾具能自鎖，求該夾具的自鎖條件。自鎖，求該夾具的自鎖條件。3abf解：解：分析分析在在f 力撤除后，偏