平面机构的力分析及机械的效率精.ppt

平面机构的力分析及机械的效率第1页，本讲稿共79页 了解作用在机构上的力及机构力分析的目的和了解作用在机构上的力及机构力分析的目的和方法；方法；掌握构件惯性力的确定方法；掌握构件惯性力的确定方法；能对几种常见的运动副中的摩擦力进行分能对几种常见的运动副中的摩擦力进行分析和计算析和计算；能确定简单机械的机械效率和机构自锁的条件。能确定简单机械的机械效率和机构自锁的条件。本章基本要求本章基本要求第2页，本讲稿共79页 考虑摩擦时机构的力分析；考虑摩擦时机构的力分析；机械的效率；机械的效率；机构的自锁现象及自锁条件。机构的自锁现象及自锁条件。本章重点本章重点摩擦圆的概念及转动副中总反力作用线的确摩擦圆的概念及转动副中总反力作用线的确定。定。本章难点本章难点第3页，本讲稿共79页11.1 机构力分析的目的和方法机构力分析的目的和方法1.作用在机械上的力的类型及其特点作用在机械上的力的类型及其特点(1)按作用在机械系统的内外分：按作用在机械系统的内外分：外力外力如原动力、生产阻力、介质阻力和重力；如原动力、生产阻力、介质阻力和重力；内力内力运动副中的反力（也包括运动副中的摩擦力）。运动副中的反力（也包括运动副中的摩擦力）。类型：类型：重力、原动力、生产阻力、摩擦阻力、介重力、原动力、生产阻力、摩擦阻力、介质阻力、惯性力、运动副反力。质阻力、惯性力、运动副反力。第4页，本讲稿共79页（2）按作功的正负分按作功的正负分驱动力：驱动力：驱使机械产生运动的力。驱使机械产生运动的力。其特征是该力其作用点速度的方向相同或成锐角，其特征是该力其作用点速度的方向相同或成锐角，所作的功为正功，称驱动功或输入功。所作的功为正功，称驱动功或输入功。阻抗力阻抗力：阻止机械产生运动的力。阻止机械产生运动的力。其特征是该力与其作用点速度的方向相反或其特征是该力与其作用点速度的方向相反或成钝角，所作的功为负值。成钝角，所作的功为负值。第5页，本讲稿共79页阻抗力又可分为有益阻力和有害阻力。阻抗力又可分为有益阻力和有害阻力。有效阻力有效阻力：是指为了完成有益工作必须克服的生：是指为了完成有益工作必须克服的生产产 阻力。阻力。有害阻力有害阻力：是指机械在运转过程中所受到的非生：是指机械在运转过程中所受到的非生产阻力，如有害摩擦力、介质阻力等。产阻力，如有害摩擦力、介质阻力等。n有效功有效功（输出功）：克服有效阻力所作的功。（输出功）：克服有效阻力所作的功。n损失功损失功：克服有害阻力所作的功。：克服有害阻力所作的功。注意注意 摩擦力和重力既可作为作正功的驱动力，摩擦力和重力既可作为作正功的驱动力，也可成为作负功的阻力。也可成为作负功的阻力。第6页，本讲稿共79页2.机构力分析的任务和目的机构力分析的任务和目的确定运动副中的反力（运动副两元素接触处彼此确定运动副中的反力（运动副两元素接触处彼此的作用力）；的作用力）；确定应加于机械上的平衡力或平衡力矩。确定应加于机械上的平衡力或平衡力矩。3.机构力分析的方法机构力分析的方法对于低速度机械或质量很小的中速机械：采对于低速度机械或质量很小的中速机械：采用静力分析方法；用静力分析方法；对于高速及重型机械：一般采用动态静力分对于高速及重型机械：一般采用动态静力分析法。析法。第7页，本讲稿共79页绕通过质心的定轴转动的构件绕通过质心的定轴转动的构件（1）绕定轴转动的构件绕定轴转动的构件n等速转动等速转动：PI=0，MI=0；n变速运动：只有惯性力偶变速运动：只有惯性力偶11.2 构件惯性力的确定构件惯性力的确定1.一般力学方法一般力学方法第8页，本讲稿共79页绕不通过质心的定轴转动绕不通过质心的定轴转动n等速转动：产生离心惯性力等速转动：产生离心惯性力n变速转动：变速转动：n可以用总惯性力可以用总惯性力PI来代替来代替PI和和MI，PI=PI，作用，作用线由质心线由质心S 偏移偏移 lh第9页，本讲稿共79页（2）作平面移动的构件作平面移动的构件n变速运动变速运动n等速运动等速运动 PI=0，MI=0 第10页，本讲稿共79页（3）作平面复合运动的构件作平面复合运动的构件 n 构件构件BC上的惯性力系可简化为加在质心上的惯性力系可简化为加在质心S上的惯上的惯性力和惯性力偶。性力和惯性力偶。n可以用总惯性力可以用总惯性力PI来代替来代替PI和和MI，PI=PI，作用线由，作用线由质心质心S 偏移偏移第11页，本讲稿共79页2.质量代换法质量代换法（1）质量代换法思路质量代换法思路 按一定条件，把构件的质量假想地用集中于某按一定条件，把构件的质量假想地用集中于某几个选定的点上的集中质量来代替的方法。几个选定的点上的集中质量来代替的方法。（2）代换点和代换质量代换点和代换质量n代换点：上述的选定点。代换点：上述的选定点。n代换质量：集中于代换点上的假想质量。代换质量：集中于代换点上的假想质量。第12页，本讲稿共79页2）代换前后构件的质心位置不变；代换前后构件的质心位置不变；3）代换前后构件对质心的转动惯量不变。代换前后构件对质心的转动惯量不变。n以原构件的质心为坐标原点时，应满足：以原构件的质心为坐标原点时，应满足：（3）质量代换时必须满足的三个条件：质量代换时必须满足的三个条件：1）代换前后构件的质量不变；代换前后构件的质量不变；第13页，本讲稿共79页 用集中在通过构件质心用集中在通过构件质心S 的直线上的的直线上的B、K 两点两点的代换质量的代换质量mB 和和 mK 来代换作平面运动的构件的质来代换作平面运动的构件的质量的代换法。量的代换法。（4）两个代换质量的代换法两个代换质量的代换法第14页，本讲稿共79页（5）静代换和动代换静代换和动代换动代换：要求同时满足三个代换条件的代换方法。动代换：要求同时满足三个代换条件的代换方法。静代换：在一般工程计算中，为方便计算而进静代换：在一般工程计算中，为方便计算而进行的仅满足前两个代换条件的质量代换方法。行的仅满足前两个代换条件的质量代换方法。第15页，本讲稿共79页n取通过构件质心取通过构件质心 S 的直线上的两点的直线上的两点B、C为代换为代换点，有：点，有：nB及及C可同时任意选择，为工可同时任意选择，为工程计算提供了方便和条件；程计算提供了方便和条件；n代换前后转动惯量代换前后转动惯量 J Js s有误差，有误差，将产生惯性力偶矩的误差：将产生惯性力偶矩的误差：第16页，本讲稿共79页11.3 机械中的摩擦以及运动副中摩擦力的确定机械中的摩擦以及运动副中摩擦力的确定1.1.机械中的摩擦机械中的摩擦（1）摩擦对机器的不利影响摩擦对机器的不利影响造成机器运转时的动力浪费造成机器运转时的动力浪费 机械效率机械效率 使运动副元素受到磨损使运动副元素受到磨损零件的强度零件的强度、机器的精、机器的精度和工作可靠性度和工作可靠性 机器的使用寿命机器的使用寿命 使运动副元素发热膨胀使运动副元素发热膨胀 导致运动副咬紧卡导致运动副咬紧卡死死机器运转不灵活；机器运转不灵活；使机器的润滑情况恶化使机器的润滑情况恶化机器的磨损机器的磨损 机器毁机器毁坏。坏。第17页，本讲稿共79页（2）摩擦有用的方面：摩擦有用的方面：有不少机器，是利用摩擦来工作的。如带传动、有不少机器，是利用摩擦来工作的。如带传动、摩擦离合器和制动器等。摩擦离合器和制动器等。第18页，本讲稿共79页第19页，本讲稿共79页2.移动副中的摩擦移动副中的摩擦（1）移动副中摩擦力的确定移动副中摩擦力的确定F21=f N21n当外载一定时，运动副两元素间当外载一定时，运动副两元素间法向反力的大小与运动副两元素的法向反力的大小与运动副两元素的几何形状有关：几何形状有关：两构件沿单一平面接触两构件沿单一平面接触 N21=-QF21=f N21=f Q第20页，本讲稿共79页两构件沿一槽形角为两构件沿一槽形角为2q q 的槽面接触的槽面接触N21sinq q=-Q第21页，本讲稿共79页两构件沿圆柱面接触两构件沿圆柱面接触nN21是沿整个接触面各处反力的总和。是沿整个接触面各处反力的总和。n整个接触面各处法向反力在铅垂方向的分力的总和等整个接触面各处法向反力在铅垂方向的分力的总和等于外载荷于外载荷Q。取取N21=kQ（k 11.57）第22页，本讲稿共79页v 当量擦系数当量擦系数标准式标准式 不论两运动副元素的几何形状如何，两元素间不论两运动副元素的几何形状如何，两元素间产生的滑动摩擦力均可用以下通式来计算：产生的滑动摩擦力均可用以下通式来计算：槽面接触效应槽面接触效应 当运动副两元素为槽面或圆柱面接触时，均有当运动副两元素为槽面或圆柱面接触时，均有v 其它条件相同的情况下，沿槽面或圆柱面接触的其它条件相同的情况下，沿槽面或圆柱面接触的运动副两元素之间所产生的滑动摩擦力平面接触运动运动副两元素之间所产生的滑动摩擦力平面接触运动副元素之间所产生的摩擦力。副元素之间所产生的摩擦力。第23页，本讲稿共79页 （2）移动副中总反力的确定移动副中总反力的确定总反力和摩擦角总反力和摩擦角n总反力总反力R21：法向反力法向反力N21和摩擦力和摩擦力F21的合力的合力。n摩擦角摩擦角 ：总反力和法向反力之间的夹角总反力和法向反力之间的夹角。第24页，本讲稿共79页总反力的方向总反力的方向nR21与移动副两元素接触面的公法线偏斜一摩擦与移动副两元素接触面的公法线偏斜一摩擦角角；nR21与公法线偏斜的方向：与公法线偏斜的方向：与构件与构件1 1相对于构件相对于构件2 的相的相对速度方向对速度方向v12的方向相反的方向相反。即滑块即滑块1所受的总反力所受的总反力R21与与其对平面其对平面2的相对速度的相对速度v12间间的夹角总是钝角的夹角总是钝角。第25页，本讲稿共79页（3）斜面滑块驱动力的确定斜面滑块驱动力的确定求使滑块求使滑块1 沿斜面沿斜面 2 等速上行时（正行程）所需等速上行时（正行程）所需的水平驱动力的水平驱动力P根据力的平衡条件根据力的平衡条件第26页，本讲稿共79页求保持滑块求保持滑块1沿斜面沿斜面2等速下滑时（反行程）所等速下滑时（反行程）所需的水平力需的水平力 P 根据力的平衡条件根据力的平衡条件第27页，本讲稿共79页n 如果如果，P为负值为负值，成为驱动力的一部分，成为驱动力的一部分，作用为促使滑块作用为促使滑块1沿斜面等速下滑沿斜面等速下滑。注意注意n 当滑块当滑块1下滑时下滑时，Q为驱动力为驱动力，P为阻抗力为阻抗力，其作用为阻止滑块其作用为阻止滑块1 加速下滑加速下滑。第28页，本讲稿共79页n 将将螺螺纹纹沿沿中中径径d2 圆圆柱柱面面展展开开，其其螺螺纹纹将将展展成成为为一一个个斜斜面面，该该斜斜面面的的升升角角a a等等于于螺螺旋旋在在其其中中径径d2上的螺纹升角上的螺纹升角。3.螺旋副中的摩擦螺旋副中的摩擦（1）矩形螺纹螺旋副中的摩擦矩形螺纹螺旋副中的摩擦矩形螺纹螺旋副的简化矩形螺纹螺旋副的简化第29页，本讲稿共79页L导程，导程，Z螺纹头数，螺纹头数，p螺距螺距n 螺旋副可以化为斜面机构进行力分析螺旋副可以化为斜面机构进行力分析。第30页，本讲稿共79页拧紧和放松力矩拧紧和放松力矩n拧紧：螺母在力矩拧紧：螺母在力矩M作用下作用下 逆着逆着Q力等速向上力等速向上运动，相当于在滑块运动，相当于在滑块2上加一水平力上加一水平力P，使滑块使滑块2 沿着斜面等速向上滑动沿着斜面等速向上滑动。第31页，本讲稿共79页n 放松放松：螺母顺着螺母顺着Q力的方向等速向下运动，相力的方向等速向下运动，相当于滑块当于滑块 2 沿着斜面等速向下滑沿着斜面等速向下滑。第32页，本讲稿共79页（2）三角形螺纹螺旋副中的摩擦三角形螺纹螺旋副中的摩擦 三角形螺纹与矩形螺纹的异同点三角形螺纹与矩形螺纹的异同点n螺母和螺旋的相对运动关螺母和螺旋的相对运动关系完全相同系完全相同两者受力分析两者受力分析的方法一致。的方法一致。第33页，本讲稿共79页n矩形螺纹矩形螺纹：n三角形螺纹三角形螺纹：n运动副元素的几何形状不同运动副元素的几何形状不同在轴向载荷完全相在轴向载荷完全相同的情况下，两者在运动副元素间的法向反力不同同的情况下，两者在运动副元素间的法向反力不同接触面间产生的摩擦力不同接触面间产生的摩擦力不同。第34页，本讲稿共79页当量摩擦系数和当量摩擦角当量摩擦系数和当量摩擦角三角形螺纹宜用于联接紧固；矩形螺纹宜用于传三角形螺纹宜用于联接紧固；矩形螺纹宜用于传递动力。递动力。第35页，本讲稿共79页拧紧和放松力矩拧紧和放松力矩第36页，本讲稿共79页（1）轴颈摩擦轴颈摩擦4.转动副中的摩擦转动副中的摩擦第37页，本讲稿共79页n用总反力用总反力R21来表示来表示N21及及F21摩擦力矩和摩擦圆摩擦力矩和摩擦圆n摩擦力摩擦力F21对轴颈形成的摩擦对轴颈形成的摩擦力矩力矩n摩擦圆摩擦圆：以以 为半径所作的圆。为半径所作的圆。n由由由力平衡条件由力平衡条件第38页，本讲稿共79页转动副中总反力转动副中总反力R21的确定的确定根据力平衡条件根据力平衡条件，R21Q总反力总反力R21必切于摩擦圆必切于摩擦圆。总反力总反力R21对轴颈轴对轴颈轴心心O之矩的方向必与之矩的方向必与轴颈轴颈1相对于轴承相对于轴承2的的角速度角速度 w w1212的方向相的方向相反。反。第39页，本讲稿共79页注意注意 R21是是构构件件2作作用用到到构构件件1上上的的力力，是是构构件件1所受的力所受的力。w w12是构件是构件1相对于构件相对于构件2的角速度的角速度。构构件件1作作用用到到构构件件2上上的的作作用用力力R12对对转转动动副副中中心心之之矩矩，与与构构件件2相相对对于于构构件件1的的角角速速度度w w12方向相反方向相反。第40页，本讲稿共79页（2）止推轴承（轴端）的摩擦止推轴承（轴端）的摩擦ds=2d dF=fdN=f p dsdN=pds第41页，本讲稿共79页n非跑合止推轴承摩擦：不经常旋转的轴端。如：非跑合止推轴承摩擦：不经常旋转的轴端。如：圆盘摩擦离合器、螺母与被联接件端面之间的摩擦。圆盘摩擦离合器、螺母与被联接件端面之间的摩擦。n跑合止推轴承摩擦：经常有相对转动的轴端。跑合止推轴承摩擦：经常有相对转动的轴端。如止推轴颈和轴承之间的摩擦属于此类。如止推轴颈和轴承之间的摩擦属于此类。第42页，本讲稿共79页跑合的止推轴承跑合的止推轴承：轴端各处压强轴端各处压强 p不不 相等相等，p=常数常数非跑合的止推轴承非跑合的止推轴承：轴端各处压强轴端各处压强 p 相等相等第43页，本讲稿共79页11.4 不考虑摩擦时机构的受力分析不考虑摩擦时机构的受力分析 运动副中的反力在整个机构中属于内力，运动副中的反力在整个机构中属于内力，因此需要将整个机构分解为若干构件组，按因此需要将整个机构分解为若干构件组，按力平衡条件加以分析。为了达到力平衡，构力平衡条件加以分析。为了达到力平衡，构件组必须满足静定条件，即构件组中未知力件组必须满足静定条件，即构件组中未知力的数目应等于能列出的力平衡方程的数目。的数目应等于能列出的力平衡方程的数目。第44页，本讲稿共79页不考虑摩擦时，机构动态静力分析的步骤为：不考虑摩擦时，机构动态静力分析的步骤为：1）求出各构件的惯性力，并把其视为外力加于求出各构件的惯性力，并把其视为外力加于产生该惯性力的构件上；产生该惯性力的构件上；2）根据静定条件将机构分解为若干个构件组和平根据静定条件将机构分解为若干个构件组和平衡力作用的构件；衡力作用的构件；3）由离平衡力作用最远的构件组开始，对各构件由离平衡力作用最远的构件组开始，对各构件组进行力分析；组进行力分析；4）对平衡力作用的构件作力分析。对平衡力作用的构件作力分析。第45页，本讲稿共79页例例1 1：在如图所示的牛头刨床机构中：在如图所示的牛头刨床机构中,已知：各构件的已知：各构件的尺寸、原动件的角速度尺寸、原动件的角速度w w1 1、刨头的重量、刨头的重量QQ5 5，机构在图，机构在图示位置时刨头的惯性力示位置时刨头的惯性力P PI5I5，刀具此时所受的切削阻力，刀具此时所受的切削阻力(即生产阻力即生产阻力)P Pr r。试求：机构各运动副试求：机构各运动副中的反力及需要施于中的反力及需要施于原动件原动件1 1上的平衡力偶上的平衡力偶矩矩(其他构件的重力和其他构件的重力和惯性力等忽略不计惯性力等忽略不计)。第46页，本讲稿共79页解：解：1）将该机构分解为构件将该机构分解为构件5与与4及构件及构件3与与2所所组成的两个静定杆组，和平衡力作用的构组成的两个静定杆组，和平衡力作用的构件件1。2）按上述步骤进行分析。按上述步骤进行分析。第47页，本讲稿共79页n对对E E点取矩点取矩R65的作用线的位置的作用线的位置构件组构件组5、4的受力分析的受力分析大小大小：？方向方向：R65lh65第48页，本讲稿共79页构件组构件组3、2的受力分析的受力分析取构件取构件3为研究对象，为研究对象，大小大小：可求出可求出？方向方向：第49页，本讲稿共79页n R23的大小和方向的大小和方向：n 2为二力构件为二力构件 R23=R32=R12 R23作用于点作用于点C，且与导杆且与导杆3垂直垂直n构件构件3对点对点Bn取矩由图解法取矩由图解法第50页，本讲稿共79页原动件原动件1的受力分析的受力分析n对点对点A A取矩：取矩：n根据构件根据构件1的力平衡条件的力平衡条件机架对该构件的反机架对该构件的反力力：nR21=R12=R32 第51页，本讲稿共79页11.5 考虑摩擦时机构的受力分析考虑摩擦时机构的受力分析考虑摩擦时，机构受力分析的步骤为：考虑摩擦时，机构受力分析的步骤为：1）计算出摩擦角和摩擦圆半径，并画出摩擦圆；计算出摩擦角和摩擦圆半径，并画出摩擦圆；2）从二力杆着手分析，根据杆件受拉或受压及该从二力杆着手分析，根据杆件受拉或受压及该杆相对于另一杆件的转动方向，求得作用在该构杆相对于另一杆件的转动方向，求得作用在该构件上的二力方向；件上的二力方向；3）对有已知力作用的构件作力分析；对有已知力作用的构件作力分析；4）对要求的力所在构件作力分析。对要求的力所在构件作力分析。第52页，本讲稿共79页例例2：在上例所研究的四杆机构中在上例所研究的四杆机构中,若驱动力矩若驱动力矩MM1 1的的值为已知值为已知,试求在图示位置时各运动副中的作用力及构试求在图示位置时各运动副中的作用力及构件件3上所能承受的阻抗力矩上所能承受的阻抗力矩(即平衡力矩即平衡力矩)MM3 3。（解题。（解题时仍不考虑构件的重量及惯性力）时仍不考虑构件的重量及惯性力）第53页，本讲稿共79页vw w14为逆时针方向为逆时针方向解：解：1）取曲柄取曲柄1为分离体为分离体n曲柄曲柄1在在R21、R41及力矩及力矩M1的作用下平衡的作用下平衡nR41=-R21R21R41nR21=-R12nR41与与R21的力偶矩与力矩的力偶矩与力矩M1平衡平衡R41与与R21平行且切于平行且切于A处摩擦圆下方处摩擦圆下方。M1=R21L第54页，本讲稿共79页2）取构件取构件3为分离体为分离体n根据力平衡条件根据力平衡条件R23=-R43nR23=-R32nw w34为逆时针方向为逆时针方向R43切于切于D处摩擦圆上方处摩擦圆上方R23R43构件构件3上上所能承受的阻抗力矩所能承受的阻抗力矩M3为为：M3=R23 LL为为R23与与R43之间的力臂之间的力臂。第55页，本讲稿共79页11.6 机械的效率机械的效率1.机械效率的表达形式机械效率的表达形式n驱动功驱动功Wd（输入功输入功）：）：作用在机械上的驱动作用在机械上的驱动力所作的功。力所作的功。n有益功有益功Wr（输出功输出功）：）：克服生产阻力所作的克服生产阻力所作的功。功。n损耗功损耗功 Wf：克服有害阻力所作的功克服有害阻力所作的功WdWr Wf第56页，本讲稿共79页或或机械效率机械效率h h：是输出功和输入功的比值，它可以反映是输出功和输入功的比值，它可以反映输入功在机械中有效利用的程度。输入功在机械中有效利用的程度。n将式将式 WdWr Wf 两边都除以两边都除以 t Nd、Nr、Nf 分别为输入功率分别为输入功率、输出功率和损耗功率。输出功率和损耗功率。NdNr Nf或或 效率可以以功或功率的形式来表达，也可以力效率可以以功或功率的形式来表达，也可以力或力矩的形式来表达。或力矩的形式来表达。第57页，本讲稿共79页2.机械效率的计算机械效率的计算（1）计算公式计算公式 第58页，本讲稿共79页n理想驱动力理想驱动力P0：理想机械中，克服同样的生理想机械中，克服同样的生产阻力产阻力Q，所需的驱动力所需的驱动力。n理想机械：理想机械：不存在摩擦的机械。不存在摩擦的机械。n理想机械的效率理想机械的效率 h h0等于等于1 1，即即：第59页，本讲稿共79页n机械效率的统一形式机械效率的统一形式：n理想生产阻力理想生产阻力Q 0：理想机械中，同样的驱动力理想机械中，同样的驱动力P P所能克服生产阻力。所能克服生产阻力。第60页，本讲稿共79页n 不考虑摩擦不考虑摩擦（=0）（2）螺旋机构的效率计算实例螺旋机构的效率计算实例当螺母逆着载荷当螺母逆着载荷Q向上运动时向上运动时：n 考虑摩擦考虑摩擦：第61页，本讲稿共79页v不考虑摩擦时：不考虑摩擦时：当螺母在载荷当螺母在载荷 Q 的作用下向下运动时：载荷的作用下向下运动时：载荷Q为驱动力为驱动力n 考虑摩擦时：考虑摩擦时：第62页，本讲稿共79页n该机组的机械效率为该机组的机械效率为：n串联机组的总效率等于组成该机组的各个机器的串联机组的总效率等于组成该机组的各个机器的效率的连乘积效率的连乘积。（3）机械系统的效率计算机械系统的效率计算串联串联n串联的级数越多，系统的总效率越低。串联的级数越多，系统的总效率越低。第63页，本讲稿共79页n总输出功率为总输出功率为:总效率为：总效率为：并联并联n总输入功率为总输入功率为：Nd=N1+N2+Nk Nr=N1+N2 +N k =N1 h h1 1+N2 h h2 2+Nk h hk第64页，本讲稿共79页h hmin h h h hmaxn N1=N2=Nk时时n h h1=h h2=h hk时时第65页，本讲稿共79页则机组的总效率为则机组的总效率为:设机组串联部分的效率为设机组串联部分的效率为h h，并联部分的效率并联部分的效率为为h h 混联混联第66页，本讲稿共79页例题例题：如图所示为一输送辊道的传动简图。设已知一对如图所示为一输送辊道的传动简图。设已知一对圆柱齿轮传动的效率为圆柱齿轮传动的效率为0.95；一对圆锥齿轮传动的效一对圆锥齿轮传动的效率为率为0.92 (均已包括轴承效率均已包括轴承效率)。求该传动装置的总。求该传动装置的总效率。效率。解：解：此传动装置为一混此传动装置为一混联系统。联系统。n圆柱齿轮圆柱齿轮1、2、3、4为串联。为串联。第67页，本讲稿共79页n圆锥齿轮圆锥齿轮5-6、7-8、9-10、11-12为并联为并联。n此传动装置的总效率此传动装置的总效率第68页，本讲稿共79页3.提高机械效率的途径提高机械效率的途径（1）尽量简化机械传动系统，使传递通过的运动尽量简化机械传动系统，使传递通过的运动副数目越少越好副数目越少越好；（2）选择合适的运动副形式选择合适的运动副形式。（3）在满足强度、刚度等要求的情况下，不要在满足强度、刚度等要求的情况下，不要盲目增大构件尺寸；盲目增大构件尺寸；（4）减少运动副中的摩擦减少运动副中的摩擦。（5）改善机械的平衡，减少机械中因惯性力所引起改善机械的平衡，减少机械中因惯性力所引起的动载荷。的动载荷。第69页，本讲稿共79页11.7 机械的自锁机械的自锁1.机械的自锁机械的自锁 由于摩擦力的存在，无论驱动如何增大也无法由于摩擦力的存在，无论驱动如何增大也无法使机械运动的现象。使机械运动的现象。2.研究自锁的意义研究自锁的意义设计机械时，为了使机械实现预期的运动，必须设计机械时，为了使机械实现预期的运动，必须避免机械在所需的运动方向发生自锁；避免机械在所需的运动方向发生自锁；一些机械的工作需要其具有自锁特性。一些机械的工作需要其具有自锁特性。第70页，本讲稿共79页3.发生自锁的条件发生自锁的条件（1 1）移动副的自锁移动副的自锁 滑块滑块1与平台与平台2 组成移动副组成移动副。P为为作用于滑块作用于滑块1上驱动力上驱动力 ，b b 为力为力P与与滑块滑块1和平台和平台2接触面的法线接触面的法线nn之间的之间的夹角夹角，为摩擦角为摩擦角。力力P分解为水平分力分解为水平分力Pt和垂直和垂直分力分力Pn，有效分力有效分力Pt：推动滑块推动滑块1 运动的运动的分力分力。第71页，本讲稿共79页垂直分力垂直分力Pn：所能引的最大摩擦力所能引的最大摩擦力当当 b b j j 时时，自锁现象自锁现象滑块滑块1不会发生运动不会发生运动第72页，本讲稿共79页（2）转动副的自锁转动副的自锁力力P为作用在轴颈上的单一外载荷。为作用在轴颈上的单一外载荷。当力当力 P 的作用线在摩擦圆之的作用线在摩擦圆之内内（a）时时力力 P 对轴颈中心对轴颈中心的力矩的力矩力力P本身所能引起的最大摩擦力矩本身所能引起的最大摩擦力矩 Mf =Rr r=P arr M Mf 不论力不论力P 如何增大如何增大，也不能驱使轴颈转动也不能驱使轴颈转动。M=Pa自锁现象自锁现象第73页，本讲稿共79页（3）发生自锁的条件发生自锁的条件 机械发生自锁时，无论驱动力多么大，都不机械发生自锁时，无论驱动力多么大，都不能超过由它所产生的摩擦阻力。能超过由它所产生的摩擦阻力。h h 0 0n 当当h h=0时时，机械处于临界自锁状态机械处于临界自锁状态；n 当当h h0时时，其绝对值越大其绝对值越大，表明自锁越可靠。表明自锁越可靠。驱动力所作的功，总是小于或等于由它所产生驱动力所作的功，总是小于或等于由它所产生的摩擦阻力所作的功。的摩擦阻力所作的功。第74页，本讲稿共79页从运动副发生自锁的条件来确定从运动副发生自锁的条件来确定 机械的自锁实质就是其中的运动副发生了自锁机械的自锁实质就是其中的运动副发生了自锁。螺旋千斤顶中，当螺旋千斤顶中，当 v时时，其螺旋副发生自锁其螺旋副发生自锁，则此机械也必将发生自锁，则此机械也必将发生自锁，故其自锁条件为故其自锁条件为 v。从生产阻力从生产阻力G0的条件来确定的条件来确定 当机械发生自锁时当机械发生自锁时，无论驱动力如何增大，机无论驱动力如何增大，机械不能运动，这时能克服的生产阻力械不能运动，这时能克服的生产阻力G0。G0 意味着只有阻抗力反向变为驱动力后，才意味着只有阻抗力反向变为驱动力后，才能使机械运动，此时机械已发生自锁。能使机械运动，此时机械已发生自锁。第75页，本讲稿共79页从效率从效率 0的条件来确定的条件来确定 当机械发生自锁时，无论驱动力如何增大，其驱动当机械发生自锁时，无论驱动力如何增大，其驱动力所作的功力所作的功Wd总是不足以克服其引起的最大损失总是不足以克服其引起的最大损失功功Wf。1Wf/Wd0螺旋千斤顶中，反行程的效率为：螺旋千斤顶中，反行程的效率为：G0/G=tan(v)/tan令令0，则得此自锁条件则得此自锁条件为 v。当当 0时，表示机械自锁意义，不再表示机械表示机械自锁意义，不再表示机械效率。效率。第76页，本讲稿共79页从自锁的概念或定义的角度来确定从自锁的概念或定义的角度来确定 当生产阻力当生产阻力G 一定时一定时，驱动力驱动力F任意增大任意增大，即，即F。即即 Ft Ffmax 此时，机械将发生自锁此时，机械将发生自锁。或驱动力或驱动力F 的有效分力的有效分力Ft总是小于等于其本身总是小于等于其本身所能引起的最大摩擦力。所能引起的最大摩擦力。第77页，本讲稿共79页 该千斤顶在物体重力的驱动该千斤顶在物体重力的驱动下运动时的机械效率为：下运动时的机械效率为：此即该千斤顶在物体重力作用下，不致于自行反此即该千斤顶在物体重力作用下，不致于自行反转的自锁条件。转的自锁条件。（4 4）实例实例螺旋千斤顶螺旋千斤顶斜面压榨机斜面压榨机 偏心夹具偏心夹具凸轮机构的推杆凸轮机构的推杆第78页，本讲稿共79页（5）结论结论所谓机械具有自锁性，是说当它所受的驱动力所谓机械具有自锁性，是说当它所受的驱动力作用于其某处或按某方向作用时是自锁的，而在作用于其某处或按某方向作用时是自锁的，而在另外的情况下却是能够运动的。另外的情况下却是能够运动的。判定机构是否会自锁和在什么条件下发生自锁，判定机构是否会自锁和在什么条件下发生自锁，可根据具体情况，视方便运用分析驱动力是否作可根据具体情况，视方便运用分析驱动力是否作用于摩擦角之内、或驱动力所能克服的阻抗力等用于摩擦角之内、或驱动力所能克服的阻抗力等于小于零的方法来解决。于小于零的方法来解决。第79页，本讲稿共79页