精密仪器与机械学系
设计工程研究所
12.1 机械中的摩擦
12.2 机械效率和自锁
12.3 提高机械效率的途径
12.4 摩擦在机械中的应用
?第 12章 机械的效率
（本章自学）
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
本章重点难点,
本章的重点,
1) 物体所受总反力方向的确定
2) 移动副、转动副中摩擦问题的分析方法
3) 自锁现象和自锁条件的判断
本章的难点,
关于自锁条件的判断
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
12.1 机械中的摩擦
1）平面摩擦
12.1.1 移动副中的摩擦
滑块与平面构成的移动
副，滑块在自重和驱动力的
作用下向右移动。
? 效率是衡量机械性能的重要指标
? 研究机械中摩擦的主要目的在于寻
找提高机械效率的途径
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
12.1 机械中的摩擦
12.1.1 移动副中的摩擦
2）斜面摩擦
沿斜面等速上升 沿斜面等速下滑
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
12.1.1 移动副中的摩擦
3）槽面摩擦
当量摩擦系数,
?si n
ff
e ?
当量摩擦角,
ee far ct an??
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
12.1.2 螺旋副中的摩擦
1,矩形螺纹螺旋副中的摩擦
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
12.1.2 螺旋副中的摩擦
2,三角形螺纹螺旋副中的摩擦
拧紧力矩,
)t a n (22 eQddFM ?? ???
防松力矩,
)t a n (22 eQddFM ?? ?????
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
12.1.3 转动副中的摩擦
1.径向轴颈的摩擦
2,止推轴颈的摩擦
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
12.2 机械效率与自锁
12.2.1 机械效率的表达形式
作用在机械上的力,
? 驱动力
? 生产阻力
? 有害阻力
? 通常把驱动力所做的功称为驱动功（输
入功） Wd ?
克服生产阻力所做的功称为输出功 Wr ?
克服有害阻力所做之功称为损耗功 Wf
frd WWW ??机械稳定运转时,
机械效率,
d
r
W
W??
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
12.2.1 机械效率的表达形式
1.效率以功或功率的形式表达
d
f
d
r
P
P
P
P ??? 1?
机械效率等于理想驱动力与实际驱动力的比，也等于理想驱
动力矩和实际驱动力矩之比。
2.效率以力或力矩的形式表达
1)克服同样生产的阻力 Q
F
F
Fv
vF
Fv
Qv
F
F
F
Q 00 ????以力的形式表达
F
F
M
M 0??以力矩的形式表达
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
12.2.1 机械效率的表达形式
2.效率以力或力矩的形式表达
机械效率等于实际机械克服的生产
阻力 Q与 理想机械所能克服的生产阻
力 Q0之比，也等于机械所能克服的
实际生产阻力矩与理想生产阻力矩
之比。
1)克服同样生产的阻力 Q
00 Q
Q
vQ
Qv
Fv
Qv
Q
Q
F
Q ????
以力的形式表达
0Q
Q
M
M??
以力矩的形式表达
2)同样驱动力 F
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
12.2.2 机械系统的机械效率
1.串联
结论：串联系统的总效率等于各机器的效率的连乘积。串
联的级数越多，机械系统的效率越低。
系统的总效率,
k
k
k
dd
k
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P ????? ?????????????
?
321
12
3
1
21
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
12.2.2 机械系统的机械效率
结论：并联系统的总效率不仅与各组成机器的效率有关,
而且与各机器所传递的功率也有关。
2.并联
系统的总效率,
k
kkr
PPP
PPP
P
P
d ??????
????????
21
2211
'
????
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
12.2.2 机械系统的机械效率
3.混联
由串联和并联组成的混联式机械系统。
其总效率的求法按其具体组合方式而定。
设串联部分效率为
并联部分效率为
??
??
系统的总效率,??? ????
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
12.2.3 机械的自锁
机械的自锁：在实际机械中，由于摩擦的存在以及驱动力作用方
向的问题，有时会出现无论驱动力如何增大，机械
都无法运转的现象。
此时无论 F 多大，均无法使滑块运动，出现
自锁现象。此时驱动力作用在摩擦角内。
?? t ans in nt FFF ??
驱动力有效分力,
阻力为摩擦力,
?ta n21 nFF ?
21FFt ????当 时有
1) 移动副
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
12.2.3 机械的自锁
由于驱动力矩总小于它产生的摩擦阻力矩，故无论 Q如何
增大，也不能使轴转动，即出现自锁现象。
作用在轴颈上的载荷为 Q, 当 ??e2)转动副
即 Q作用在摩擦圆之内。
此时
fd MM ?
QeM d ? ?? QRM f ?? 21（, ）
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
1,机械是否发生自锁，与驱动力作用线的位置和方向有关。
1）在移动副中，若驱动力作用在摩擦角之外，则不会发生自锁；
2）在转动副中，若驱动力作用在摩擦圆之外，则不会发生自锁。
12.2.3 机械的自锁
总结
2,若一个机械的某个环节发生自锁,则该机械必发生自锁。
自锁时,驱动力不超过它产生的摩擦阻力，即此时驱动力所做
的功总小于或等于由它所产生的摩擦阻力所作的功。 此时
机械的效率小于或等于零。
故一个机械是否会发生自锁，可以通过分析组成机械的各个
环节的自锁情况来判断。
故可借机械效率的计算式来判断机械是否自锁和分析自锁产生的条件。
精密仪器与机械学系
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12.2.3 机械的自锁
3,系统任意环节自锁则系统自锁，故在分析机械系统的
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。
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
机械运转中影响其效率的主要因素为机械中的损耗，而损耗主
要是由摩擦引起的。
要提高机械的效率必须采取措施减少摩擦。一般从设计、维护和
使用三个方面来考虑。
12.3 提高机械效率的途径
设计方面主要采取以下措施,
? 尽量简化机械系统
? 选择合适运动副形式
? 在满足强度,刚度的条件下,减小构件尺寸
? 设法减小摩擦
? 减小因惯性力引起的动载荷
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
1,摩擦离合器
12,4 摩擦在机械中的应用
主动轴靠近从动轴并紧密接触，两
盘间的摩擦力带动从动轴转动。
2,摩擦制动器
3,摩擦连结
刹车时，刹车片靠紧钢片，摩
擦力使钢片停下来。
顶尖柄撞入顶尖座后，由于顶尖
柄存在小锥度，在顶尖柄和顶尖
座之间产生摩擦力，锁紧顶尖。
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
本章基本要求,
1.能够熟练地对移动副中的摩擦问题进行分析和计算；
2.掌握螺旋副及转动副中摩擦问题的分析和计算方法；
3.熟练掌握机械效率的概念及效率的各种表达形式，掌握机械效
率的计算方法；
4.正确理解机械自锁的概念，掌握确定自锁条件的方法；
5.了解提高机械效率的途径及摩擦在机械中的应用。
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12.1 机械中的摩擦
12.2 机械效率和自锁
12.3 提高机械效率的途径
12.4 摩擦在机械中的应用
?第 12章 机械的效率
（本章自学）
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设计工程研究所
本章重点难点,
本章的重点,
1) 物体所受总反力方向的确定
2) 移动副、转动副中摩擦问题的分析方法
3) 自锁现象和自锁条件的判断
本章的难点,
关于自锁条件的判断
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
12.1 机械中的摩擦
1）平面摩擦
12.1.1 移动副中的摩擦
滑块与平面构成的移动
副，滑块在自重和驱动力的
作用下向右移动。
? 效率是衡量机械性能的重要指标
? 研究机械中摩擦的主要目的在于寻
找提高机械效率的途径
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
12.1 机械中的摩擦
12.1.1 移动副中的摩擦
2）斜面摩擦
沿斜面等速上升 沿斜面等速下滑
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12.1.1 移动副中的摩擦
3）槽面摩擦
当量摩擦系数,
?si n
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当量摩擦角,
ee far ct an??
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12.1.2 螺旋副中的摩擦
1,矩形螺纹螺旋副中的摩擦
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12.1.2 螺旋副中的摩擦
2,三角形螺纹螺旋副中的摩擦
拧紧力矩,
)t a n (22 eQddFM ?? ???
防松力矩,
)t a n (22 eQddFM ?? ?????
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12.1.3 转动副中的摩擦
1.径向轴颈的摩擦
2,止推轴颈的摩擦
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12.2 机械效率与自锁
12.2.1 机械效率的表达形式
作用在机械上的力,
? 驱动力
? 生产阻力
? 有害阻力
? 通常把驱动力所做的功称为驱动功（输
入功） Wd ?
克服生产阻力所做的功称为输出功 Wr ?
克服有害阻力所做之功称为损耗功 Wf
frd WWW ??机械稳定运转时,
机械效率,
d
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12.2.1 机械效率的表达形式
1.效率以功或功率的形式表达
d
f
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P
P
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P ??? 1?
机械效率等于理想驱动力与实际驱动力的比，也等于理想驱
动力矩和实际驱动力矩之比。
2.效率以力或力矩的形式表达
1)克服同样生产的阻力 Q
F
F
Fv
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F
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Q 00 ????以力的形式表达
F
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M
M 0??以力矩的形式表达
精密仪器与机械学系
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12.2.1 机械效率的表达形式
2.效率以力或力矩的形式表达
机械效率等于实际机械克服的生产
阻力 Q与 理想机械所能克服的生产阻
力 Q0之比，也等于机械所能克服的
实际生产阻力矩与理想生产阻力矩
之比。
1)克服同样生产的阻力 Q
00 Q
Q
vQ
Qv
Fv
Qv
Q
Q
F
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以力的形式表达
0Q
Q
M
M??
以力矩的形式表达
2)同样驱动力 F
精密仪器与机械学系
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12.2.2 机械系统的机械效率
1.串联
结论：串联系统的总效率等于各机器的效率的连乘积。串
联的级数越多，机械系统的效率越低。
系统的总效率,
k
k
k
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P
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321
12
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12.2.2 机械系统的机械效率
结论：并联系统的总效率不仅与各组成机器的效率有关,
而且与各机器所传递的功率也有关。
2.并联
系统的总效率,
k
kkr
PPP
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21
2211
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精密仪器与机械学系
设计工程研究所
12.2.2 机械系统的机械效率
3.混联
由串联和并联组成的混联式机械系统。
其总效率的求法按其具体组合方式而定。
设串联部分效率为
并联部分效率为
??
??
系统的总效率,??? ????
精密仪器与机械学系
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12.2.3 机械的自锁
机械的自锁：在实际机械中，由于摩擦的存在以及驱动力作用方
向的问题，有时会出现无论驱动力如何增大，机械
都无法运转的现象。
此时无论 F 多大，均无法使滑块运动，出现
自锁现象。此时驱动力作用在摩擦角内。
?? t ans in nt FFF ??
驱动力有效分力,
阻力为摩擦力,
?ta n21 nFF ?
21FFt ????当 时有
1) 移动副
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12.2.3 机械的自锁
由于驱动力矩总小于它产生的摩擦阻力矩，故无论 Q如何
增大，也不能使轴转动，即出现自锁现象。
作用在轴颈上的载荷为 Q, 当 ??e2)转动副
即 Q作用在摩擦圆之内。
此时
fd MM ?
QeM d ? ?? QRM f ?? 21（, ）
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
1,机械是否发生自锁，与驱动力作用线的位置和方向有关。
1）在移动副中，若驱动力作用在摩擦角之外，则不会发生自锁；
2）在转动副中，若驱动力作用在摩擦圆之外，则不会发生自锁。
12.2.3 机械的自锁
总结
2,若一个机械的某个环节发生自锁,则该机械必发生自锁。
自锁时,驱动力不超过它产生的摩擦阻力，即此时驱动力所做
的功总小于或等于由它所产生的摩擦阻力所作的功。 此时
机械的效率小于或等于零。
故一个机械是否会发生自锁，可以通过分析组成机械的各个
环节的自锁情况来判断。
故可借机械效率的计算式来判断机械是否自锁和分析自锁产生的条件。
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
12.2.3 机械的自锁
3,系统任意环节自锁则系统自锁，故在分析机械系统的
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。
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
机械运转中影响其效率的主要因素为机械中的损耗，而损耗主
要是由摩擦引起的。
要提高机械的效率必须采取措施减少摩擦。一般从设计、维护和
使用三个方面来考虑。
12.3 提高机械效率的途径
设计方面主要采取以下措施,
? 尽量简化机械系统
? 选择合适运动副形式
? 在满足强度,刚度的条件下,减小构件尺寸
? 设法减小摩擦
? 减小因惯性力引起的动载荷
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
1,摩擦离合器
12,4 摩擦在机械中的应用
主动轴靠近从动轴并紧密接触，两
盘间的摩擦力带动从动轴转动。
2,摩擦制动器
3,摩擦连结
刹车时，刹车片靠紧钢片，摩
擦力使钢片停下来。
顶尖柄撞入顶尖座后，由于顶尖
柄存在小锥度，在顶尖柄和顶尖
座之间产生摩擦力，锁紧顶尖。
精密仪器与机械学系
设计工程研究所
本章基本要求,
1.能够熟练地对移动副中的摩擦问题进行分析和计算；
2.掌握螺旋副及转动副中摩擦问题的分析和计算方法；
3.熟练掌握机械效率的概念及效率的各种表达形式，掌握机械效
率的计算方法；
4.正确理解机械自锁的概念，掌握确定自锁条件的方法；
5.了解提高机械效率的途径及摩擦在机械中的应用。
