第05章 机械的效率和自锁

第五章：机械的效率和自锁一、简答题。

1、为什么要研究机械中的摩擦？机械中的摩擦是否全是有害的?2、何谓“摩擦角”、“摩擦锥”?如何决定移动副中总反力的方向？3、何谓楔形滑块的“当量摩擦系数”和“当量摩擦角”?为什么要引出这两个概念？4、试分析自行车在前进时,地面给前后轮胎的摩擦力的方向。

5、何谓“摩擦圆”?怎么决定转动副中总反力的作用线?影响摩擦圆大小的因素是什么？6、降低径向轴颈中的摩擦力矩有哪些途径？7、何谓“正行程”和“反行程”?何谓“自锁机构”?试举出一些自锁机构的实例。

8、为什么说三角螺纹常用于联接，而梯形螺纹常用于传动？9、机构的效率小于0，其物理意义是什么？10、从机械效率的观点来看,机器自锁的条件是什么？二、计算题。

1、在图示的钻床摇臂中，滑套和立柱之间的摩擦系数ｆ=0.125，摇臂自重为Ｑ。

1）当l＝１00mm时，问在不发生自锁的情况下(即滑套能向下滑动），重心Ｃ至立柱轴线之间的最大偏距ｈ为多少?2）当h=10０mm时,欲使滑套不能下滑的最大长度l应为多少?2、重Q=80０N的物体放在倾斜α＝20°的斜面上,受水平力P=200N的作用,物体与斜面间的摩擦系数f=0．3。

试问1）该物体是否静止?如滑动，其方向如何?如静止，其摩擦力大小、方向如何?2）若水平力P不是2００N,要物体静止在斜面上的水平力允许在什么范围内变动？3）若有某一水平力作用着，是否总存在着摩擦力,会有摩擦力消失的情况么？3、在图示楔块机构中，已知α=60°，各接触面的摩擦系数均为f=0．15。

当Q＝100N时,需加多大的水平力Ｐ才能使滑块1克服Q而等速上升?又问需加多大的水平力才能维持滑块1在Q作用下等速下降？不加水平力Ｐ时,要使滑块1在Q作用下仍不向下移动的α为多大?4、在图示齿轮连杆机构中，已知机构尺寸，作用在构件３的生产阻力为Ｑ,各构件上的重力均忽略不计，各运动副摩擦系数均为ｆ。

设原动件1以ω1顺时针等速回转。

与主动力的关系式，令工作阻力小于零，解出自锁 的几何条件。
（机械自锁时已不能运动，它已不能克服任何工作阻力（即使很小），工作阻力
G〈 0 意味着只有工作阻力反向而变成驱动力后，才可能使机械运动，即G〈 0 机 械自锁）
机械原理
第5章机械的效率和自锁
例1偏心夹具
确定当作用在手柄上的力去 掉后夹具不至松开的条件 （即自锁条件）
7。 风 力 发 电 机 中 的 叶 轮 受 到 流 动 空 气 的 作 用 力，
此力在机械中属于
。
A) 驱 动 力；B) 生 产 阻 力； C) 有 害 阻 力； D) 惯 性 力。
8。在机械中阻力与 其作用点速度方向
。
A).相 同; B).一定相反; C).成锐角; D).相反或成钝角 。
机械原理
第5章机械的效率和自锁
思考题：
1。移动副的自锁条件是—————————，转动副的自锁条件是—————— ———，螺旋副的自锁条件是—————————。
2。机械中V带比平带应用广泛，从摩擦角度来看，其主要原因是——————。
3。在由 若 干机 器 并 联 构 成 的 机 组 中， 若 这 些 机 器 的 单 机 效
A) 都 不 可 能；B) 不 全 是；C) 一 定 都。
6。在 车 床 刀 架 驱 动 机 构 中， 丝 杠 的 转 动 使 与 刀 架 固
联 的 螺 母 作 移 动， 则 丝 杠 与 螺 母 之 间 的 摩 擦 力 矩
属于
。
A)驱 动 力；B)生 产 阻 力；C)有 害 阻 力；D)惯 性 力。
（2）并联：由几种机器并联组成的机组。
（3）混联：包含串、并联。
机械原理
第5章机械的效率和自锁

Pd
η1 1
P
η2 2
0.98
P
0.96
0.96
0.98
＇ ＇ ＇ ＇ P＇ P＇ P＇ P＇ 0.2kW = ＇ ＇ η5 η＇ 4＇ 5＇ 3＇ η4 3
0.94 0.94 0.42
解：机构 1、2、3′及 4′串联的部分 P′ ＝P′r /(12′3′4 ) ＝5kW/(0.982×0.962)＝5.649 kW d 机构1、2、3" 、4" 及5" 串联的部分 "" " P" ＝P"/(123 4 5 ) ＝0.2kW/(0.982×0.942×0.42)＝0.561kW d r
§5-1 机械的效率
4、机组的机械效率计算（续）
（3）混联
混联机组的机械效率计算步骤为：
1）首先将输入功至输出功的路线弄清楚； 2）然后分别计算出总的输入功率∑Pd和总的输出功率∑Pr；
3）最后按下式计算其总机械效率： ＝∑Pr /∑Pd
§5-1 机械的效率
例5-2：设已知某机械传动装置的机构的效率和输出功率，求 该机械传动装置的机械效率。 P＇ P＇ P＇=5kW ＇ η＇ η＇ 44 33
放松时 G0 / G tan( V ) tan
§5-1 机械的效率
3、机械效率的确定（续）
（2）机械效率的试验测定
机械效率的确定除了用计算法外，更常用实验法来测定， 许多机械尤其是动力机械在制成后，往往都需作效率实验。
对于正在设计和制造的机械，虽然不能直接用实验法测定 其机械效率，但由于各种机械一般都是由一些常用机构组合而 成的，而常用机构的效率又是可通过实验积累的资料来预先估 定的(见表5-1 简单传动机构和运动副的效率)。 据此，可通过 计算确定出整个机械的效率。 同理，对于由许多机器组成的机组，如果已知机组中各台 机器的效率，就可以计算出整个机组的总效率。

三、自锁时的力学特征
1、移动副 驱动力F 水平有效分力 : Ft= F sin 垂直正压力 : Fn= F cos
FR F

Fn
v
摩擦力 F f = Fn f = Fn tg = F cos tg
Ft tan Ff tan
1
Ff max
Ft
2
> =
Ft > F f → 滑块加速运动
G0 vG = F vF
(输入 F，能克服G0 (> G ))
= M0 / M = Mr/ Mr 0
结束
= G vG / F vF = G vG / G0 vG = G / G0
二、机械效率的计算
斜面机构（螺旋）为例 FN 滑块上升时： v
实际驱动力： F = G tan ( +)
由正弦定理得：
F FR32 sin( 2 ) / cos G FR 23 cos( 2 ) / cos
F G tan( 2 )
结束
三、自锁时的力学特征
2、转动副 驱动力矩 Md = F · a Mf = FR· = F · 分析机 械系统的自锁特性时应注意。
1)机械通常有正反两个行程，它们的机械效率一
般并不相等，反行程的效率小于零的机械称为
自锁机械。 2)自锁机械常用于卡具、螺栓连接、起重装置和 压榨机械上。 3)但自锁机械的正行程效率都较低,因而在传递动 力时,只适用功率小的场合。
Nd N1 1 N2 2 N2
Nr
… …
Nk
N
Nk
N N 22 N kk 并 1 1 N1 N1 N k
min max N1