第5章 機(jī)械的效率與自鎖

1、第五章第五章 機(jī)械的效率及自鎖機(jī)械的效率及自鎖 因摩擦損失是不可避免的，故必因摩擦損失是不可避免的，故必有有 0和和 1。 機(jī)械的損失功機(jī)械的損失功(Wf)與輸入功與輸入功(Wd)的比值，的比值，1. 1. 機(jī)械效率的概念及意義機(jī)械效率的概念及意義（1 1）機(jī)械效率機(jī)械效率 機(jī)械的輸出功機(jī)械的輸出功( (WWr r) )與輸入功與輸入功( (WWd d) )的比值，的比值，以以 表示。表示。機(jī)械損失系數(shù)機(jī)械損失系數(shù)或或損失率損失率，以以 表示。表示。Wr/Wd1 1Wf/Wd（2）機(jī)械效率的意義）機(jī)械效率的意義 它是它是機(jī)械中的一個(gè)主要性能指標(biāo)，機(jī)械中的一個(gè)主要性能指標(biāo)，機(jī)械效率反映了輸入功在

2、機(jī)械中的有效利用的程度，機(jī)械效率反映了輸入功在機(jī)械中的有效利用的程度，降耗節(jié)能是國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要任務(wù)之一。降耗節(jié)能是國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要任務(wù)之一。5-1 5-1 機(jī)構(gòu)的效率機(jī)構(gòu)的效率2. 2. 機(jī)械效率的確定機(jī)械效率的確定（1）機(jī)械效率的計(jì)算確定）機(jī)械效率的計(jì)算確定1）以功表示的計(jì)算公式）以功表示的計(jì)算公式Wr/Wd1Wf/Wd2）以功率表示的計(jì)算公式）以功率表示的計(jì)算公式Pr/Pd1Pf/Pd3）以力或力矩表示的計(jì)算公式）以力或力矩表示的計(jì)算公式F0/FM0/M即即 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G理論機(jī)械裝置理論機(jī)械裝置

3、 0 = Pr /Pd=GvG /FvF00 = GvG /F0vF =1vGvFF5-1 5-1 機(jī)構(gòu)的效率機(jī)構(gòu)的效率實(shí)際機(jī)械裝實(shí)際機(jī)械裝置置 因其正行程實(shí)際驅(qū)動(dòng)力為因其正行程實(shí)際驅(qū)動(dòng)力為FGtan()，理想驅(qū)動(dòng)力為，理想驅(qū)動(dòng)力為F0Gtan，故，故例例1 1 斜面機(jī)構(gòu)斜面機(jī)構(gòu)已知已知 正行程正行程 F Gtan()反行程反行程 FGtan(-)現(xiàn)求現(xiàn)求 及及 解解 F0/Ftan/ tan() F0 /Ftan/ tan()對嗎？對嗎？ 因其反行程實(shí)際驅(qū)動(dòng)力為因其反行程實(shí)際驅(qū)動(dòng)力為GF/tan()，理想驅(qū)動(dòng)力為，理想驅(qū)動(dòng)力為G0 F/tan，故，故G0/G tan()/ tan5-1 5-

4、1 機(jī)構(gòu)的效率機(jī)構(gòu)的效率例例2 2 螺旋機(jī)構(gòu)螺旋機(jī)構(gòu)已知已知 擰緊時(shí)擰緊時(shí) M Gd2tan(v)/2放松時(shí)放松時(shí) MGd2tan(v)/2現(xiàn)求現(xiàn)求 及及 解解采用上述類似的方法，可得采用上述類似的方法，可得擰緊時(shí)擰緊時(shí) M0/M tan/ tan(v)放松時(shí)放松時(shí) G0/G tan(v)/ tan 5-1 5-1 機(jī)構(gòu)的效率機(jī)構(gòu)的效率（2）機(jī)械效率的實(shí)驗(yàn)測定）機(jī)械效率的實(shí)驗(yàn)測定機(jī)械效率的確定除了用計(jì)算法外，更常用實(shí)驗(yàn)法來測定，機(jī)械效率的確定除了用計(jì)算法外，更常用實(shí)驗(yàn)法來測定，許多機(jī)械尤其是動(dòng)力機(jī)械在制成后，往往都需作效率實(shí)驗(yàn)。許多機(jī)械尤其是動(dòng)力機(jī)械在制成后，往往都需作效率實(shí)驗(yàn)?，F(xiàn)以蝸桿傳動(dòng)效

5、率實(shí)驗(yàn)測定為例加以說明。現(xiàn)以蝸桿傳動(dòng)效率實(shí)驗(yàn)測定為例加以說明。1）實(shí)驗(yàn)裝置）實(shí)驗(yàn)裝置定子平衡定子平衡桿桿電機(jī)轉(zhuǎn)子電機(jī)轉(zhuǎn)子電機(jī)定子電機(jī)定子磅秤磅秤千分表千分表彈性梁彈性梁砝碼砝碼皮帶皮帶蝸桿蝸桿制動(dòng)輪制動(dòng)輪蝸輪蝸輪聯(lián)軸器聯(lián)軸器5-1 5-1 機(jī)構(gòu)的效率機(jī)構(gòu)的效率GF2RQ 同時(shí)，根據(jù)彈性梁上的千分表讀數(shù)（即代表同時(shí)，根據(jù)彈性梁上的千分表讀數(shù)（即代表Q力），來確定力），來確定出制動(dòng)輪上的圓周力出制動(dòng)輪上的圓周力FtQG，從而確定出從動(dòng)軸上的力矩從而確定出從動(dòng)軸上的力矩M從從，M從從FtR(QG)R該蝸桿的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的效率公式為該蝸桿的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的效率公式為 P從從/P主主從從M從從/(主主M主主)M從

6、從/(iM主主)式中式中 i為蝸桿傳動(dòng)的傳動(dòng)比。為蝸桿傳動(dòng)的傳動(dòng)比。 對于正在設(shè)計(jì)和制造的機(jī)械，雖然不能直接用實(shí)驗(yàn)法測定其對于正在設(shè)計(jì)和制造的機(jī)械，雖然不能直接用實(shí)驗(yàn)法測定其機(jī)械效率，機(jī)械效率， 但是由于各種機(jī)械都不過是由一些常用機(jī)構(gòu)組合而成但是由于各種機(jī)械都不過是由一些常用機(jī)構(gòu)組合而成的，而這些常用機(jī)構(gòu)的效率又是可通過實(shí)驗(yàn)積累的資料來預(yù)先估的，而這些常用機(jī)構(gòu)的效率又是可通過實(shí)驗(yàn)積累的資料來預(yù)先估定的（如表定的（如表5-1 簡單傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)副的效率）。簡單傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)副的效率）。 據(jù)此，可通過據(jù)此，可通過計(jì)算確定出整個(gè)機(jī)械的效率。計(jì)算確定出整個(gè)機(jī)械的效率。2）實(shí)驗(yàn)方法）實(shí)驗(yàn)方法 實(shí)驗(yàn)時(shí)，可

7、借助于磅秤測定出定子平衡桿的壓力實(shí)驗(yàn)時(shí)，可借助于磅秤測定出定子平衡桿的壓力F來確定出來確定出主動(dòng)軸上的力矩主動(dòng)軸上的力矩M主主， 即即 M主主Fl5-1 5-1 機(jī)構(gòu)的效率機(jī)構(gòu)的效率3. 3. 機(jī)組的機(jī)械效率計(jì)算機(jī)組的機(jī)械效率計(jì)算機(jī)組機(jī)組 由若干個(gè)機(jī)器組成的機(jī)械系統(tǒng)。由若干個(gè)機(jī)器組成的機(jī)械系統(tǒng)。 當(dāng)已知機(jī)組各臺(tái)機(jī)器的機(jī)械效率時(shí)，則該機(jī)械的總效率可當(dāng)已知機(jī)組各臺(tái)機(jī)器的機(jī)械效率時(shí)，則該機(jī)械的總效率可由計(jì)算求得。由計(jì)算求得。（1）串聯(lián)）串聯(lián) 串聯(lián)機(jī)組功率傳動(dòng)的特點(diǎn)是前一機(jī)器的輸出功率即為后一機(jī)串聯(lián)機(jī)組功率傳動(dòng)的特點(diǎn)是前一機(jī)器的輸出功率即為后一機(jī)器的輸入功率。器的輸入功率。串聯(lián)機(jī)組的總機(jī)械效率為串聯(lián)機(jī)

8、組的總機(jī)械效率為PrPd P1P2PdP1PkPk-1 12k 即串聯(lián)機(jī)組總效率等于組成該機(jī)組的各個(gè)機(jī)器效率的連乘積。即串聯(lián)機(jī)組總效率等于組成該機(jī)組的各個(gè)機(jī)器效率的連乘積。5-1 5-1 機(jī)構(gòu)的效率機(jī)構(gòu)的效率 只要串聯(lián)機(jī)組中任一機(jī)器的效率很低，就會(huì)使整個(gè)機(jī)只要串聯(lián)機(jī)組中任一機(jī)器的效率很低，就會(huì)使整個(gè)機(jī)組的效率極低；且串聯(lián)機(jī)器數(shù)目越多，機(jī)械效率也越低。組的效率極低；且串聯(lián)機(jī)器數(shù)目越多，機(jī)械效率也越低。 要提高并聯(lián)機(jī)組的效率，應(yīng)著重提高傳動(dòng)功率大的路要提高并聯(lián)機(jī)組的效率，應(yīng)著重提高傳動(dòng)功率大的路線的效率。線的效率。結(jié)論結(jié)論（2）并聯(lián)）并聯(lián) 并聯(lián)機(jī)組的特點(diǎn)是機(jī)組的輸入功并聯(lián)機(jī)組的特點(diǎn)是機(jī)組的輸入功率

9、為各機(jī)器的輸入功率之和，而輸出率為各機(jī)器的輸入功率之和，而輸出功率為各機(jī)器的輸出功率之和。功率為各機(jī)器的輸出功率之和。 PriPdiP11+P22+PkkP1+P2+Pk 即并聯(lián)機(jī)組的總效率與各機(jī)器的效率及其所傳動(dòng)的功率的大即并聯(lián)機(jī)組的總效率與各機(jī)器的效率及其所傳動(dòng)的功率的大小有關(guān)，且小有關(guān)，且min ，或驅(qū)，或驅(qū)動(dòng)力動(dòng)力F的有效分力的有效分力Ft總是小于其本身所能引起的最大摩擦力，總是小于其本身所能引起的最大摩擦力，即即FtFfmax此時(shí)，機(jī)械將發(fā)生自鎖。此時(shí)，機(jī)械將發(fā)生自鎖。5-2 5-2 機(jī)械的自鎖機(jī)械的自鎖例例 手搖螺旋千斤頂手搖螺旋千斤頂其反行程驅(qū)動(dòng)力與阻抗力矩的關(guān)系為其反行程驅(qū)動(dòng)力與阻抗力矩的關(guān)系為當(dāng)當(dāng)M一定時(shí)，而一定時(shí)，而G時(shí)，則時(shí)，則 tan( -v)0又因機(jī)