第五章機械效率與自鎖機械的效率機械的自鎖2023/2/32§5-1機械的效率機械效率的含義：反映輸入功在機械中的有效利用的程度η＝Wr/Wd＝1－ξ＝1－Wf/Wd機械損失系數或損失率ξ=Wf/Wd——<12023/2/3§5-1機械的效率效率的幾種表達以功表示：η＝Wr/Wd＝1－Wf/Wd以功率表示：η＝Pr/Pd＝1－Pf/Pd以力或力矩表示：4實際機械裝置

η理想機械裝置

η0η=Pr/Pd=GvG

/FvF0η0=GvG

/F0vF=1vGvFFη＝F0/F＝M0/Mη＝G/G0η0=G0vG/FvF

=15

因其上升行程實際驅動力為F＝Gtan(α＋φ)，理想驅動力為F0＝Gtanα，故例1

斜面機構已知：上升行程F＝Gtan(α＋φ)下降行程F′＝Gtan(α－φ)現求：η及η′解η＝F0/F＝tanα/tan(α＋φ)η＝F0/F＝tanα/tan(α－φ)′′下降行程實際驅動力為G＝F′/tan(α－φ)，理想驅動力為G0＝F′/tanαη′＝G0/G＝tan(α－φ)/tanα對嗎？錯誤！GαF6例2

螺旋機構已知：擰緊時

M＝Gd2tan(α＋φv)/2放松時M′＝Gd2tan(α－φv)/2現求：η及η′解:采用上述類似的方法，可得擰緊時η＝M0/M

＝tanα/tan(α＋φv)放松時η′＝G0/G＝tan(α－φv)/tanα

Gαs=npGαFG/2G/22023/2/37機組的機械效率計算

（1）串聯PrPdη＝P1P2PdP1…PkPk-1＝＝η1η2…ηk

1k2η1η2ηkPdPrP1P2P1P2Pk-1Pk-1Pk=Pr

只要串聯機組中任一機器的效率很低，就會使整個機組的效率極低；且串聯機器數目越多，機械效率也越低。結論2023/2/38

要提高并聯機組的效率，應著重提高傳動功率大的路線的效率。η＝∑Pri∑PdiP1η1+P2η2+…+PkηkP1+P2+…+Pk＝

并聯機組的總效率與各機器的效率及其傳動的功率的大小有關，且ηmin<η<ηmax；

機組的總效率主要取決于傳動功率大的機器的效率。結論12kη1η2ηkP1η1P2η2PkηkP1P2PkPd（2）并聯2023/2/39（3）混聯1）先將輸入功至輸出功的路線弄清楚；2）然后分別計算出總的輸入功率∑Pd和總的輸出功率∑Pr；3）η＝∑Pr/∑Pd2023/2/310

例設已知某機械傳動裝置的機構的效率和輸出功率，求該機械傳動裝置的機械效率。解：=5kW0.980.980.960.960.940.940.42=0.2kW2023/2/311

機械運轉中影響其效率的主要因素為機械中的損耗，而損耗主要是由摩擦引起的。

要提高機械的效率必須采取措施減少摩擦。一般從設計、維護和使用三個方面來考慮。提高機械效率的途徑設計方面主要采取以下措施：盡量簡化機械系統選擇合適運動副形式在滿足強度,剛度的條件下,減小構件尺寸設法減小摩擦減小因慣性力引起的動載荷

2023/2/312§5-2

機械的自鎖一、機械的自鎖現象

機械中存在著使其運動的驅動力和阻礙其運動的摩擦力。如果由于摩擦力的存在，驅動力無論多么大，都不能使機械運動，稱這種現象為自鎖。

2023/2/313二、討論自鎖現象的意義1）設計機械時，為了使機械實現預期的運動，必須避免機械在所需的運動方向發生自鎖；2）一些機械的工作需要其具有自鎖特性。2023/2/314F移動副有效分力=Ft=Fsinβ

=Fntanβ當β<φv

時，有Ft<Ff

結論移動副發生自鎖的條件為：在移動副中，如果作用于滑塊上的合外力作用在其摩擦角之內（即β≤φv

），則發生自鎖。φvFtFn三、自鎖的判斷1.運動副自鎖摩擦力Ff=fv

Fn=Fntanφv自鎖當β=φv

時，有Ft=Ff臨界自鎖當β〉φ

v時，有Ft〉Ff運動2023/2/315轉動副a<ρ，即當F作用在摩擦圓之內時，M<Mf

結論

轉動副發生自鎖的條件為：作用在軸頸上的驅動力為單力F，且作用于摩擦圓之內，即a≤ρ。FaρFR=F有效力矩M=Fa摩擦力矩Mf=Fρ2023/2/316螺旋副放松時M′＝Gd2tan(α－φv)/2Gαs=npGαFG/2G/2結論：螺旋副的自鎖條件是螺旋升角≤當量摩擦角，即α≤φvFf2023/2/32.從所能克服的生產阻力≤0的條件來確定所能克服的生產阻力≤0意味著只有阻抗力反向變為驅動力后，才能使機械運動，此時機械已發生自鎖。GαF下降行程F′＝Gtan(α－φ)2023/2/3183.從效率η≤0的條件來確定

當機械發生自鎖時，無論驅動力如何增大，其驅動力所作的功Wd總是不足以克服其引起的最大損失功Wf，η＝1－Wf

/Wd≤0

當h=0時，機械處于臨界自鎖狀態；當h<0時，其絕對值越大，表明自鎖越可靠。2023/2/3194.從自鎖的概念或定義的角度來確定

當生產阻力G一定時，驅動力F任意增大，即F→∞，或驅動力F的有效分力Ft總是小于等于其本身所能引起的最大摩擦力，Ft≤Ffmax此時，機械將發生自鎖。2023/2/320例：螺旋千斤頂的自鎖條件支座1螺桿2托盤3重物4螺母5螺旋副手把6FGG螺旋副自鎖要求M′≤0，即

tan(α－φv)≤0自鎖條件為α≤φvM′＝Gd2tan(α－φv)/2η′＝G/G0

=tan(α－φv)/tanα

η′≤02023/2/3212023/2/3222023/2/3232023/2/3242023/2/3252023/2/3262023/2/327小結：機械是否發生自鎖，與驅動力作用線的位置和方向有關。在移動副中，若驅動力作用在摩擦角之內，則會發生自鎖；在轉動副中，若驅動力作用在摩擦圓之內，則會發生自鎖；若一個機械的某個環節（運動副）發生自鎖,則該機械必發生自鎖。故一個機械是否會發生自鎖，可以通過分析組成機械的各個環節的自鎖情況來判斷。2023/2/328自鎖時,驅動力（矩）不超過它產生的摩擦阻力（矩）；自鎖時機械的效率小于或等于零。故可借機械效率的計算式來判斷機械是否自鎖和分析自鎖產生的條件。自鎖時機械的所能克服的工作阻力不大于