作者：张航 江一泓 字数：1433
摘 要：机构机械效率的研究方法多样，本文总结了两大类基本方法：一是代数法，包含两种：精确计算法和近似计算法；二是几何法，也可称为速度瞬心法。不同的场合选择不同的方法，既为机构机械效率的计算带来方便，又为机构的设计提供基础。
关键词：机械效率；代数法；精确计算；近似计算；瞬心法
1 引言
平面连杆机构的研究已有了一个多世纪的历史，因其具有承载能力大、易加工、制造成本低等优点，已在工程和日常生活中有着非常广泛的应用，因此平面连杆机构的机械效率的研究也越来越吸引着人们的关注。对于不同的情况，人们往往选用直接计算的方法；但在一些特殊、复杂的场合，由于参数无法精确确定，因此不能得到较满意的结果，本文针对不同的情况总结了两大类机械效率的研究方法：代数法、几何法。
2 代数法
有用功跟总功的比值叫机械效率，它反映了输入总功在机械中的有效利用程度，常用η表示。使用任何机械都不可避免地要做额外功，因此有用功总是小于总功，机械效率总是小于1。从功、功率、驱动力、驱动力矩的角度表达式为：
2.1 精确计算法
以曲柄摇杆机构为例，曲柄为原动件，作匀速运动，角速度为ω1，作用于曲柄上的驱动力矩为Md，摇杆作往复摆动，摆角为φ。假设摇杆工作行程曲柄对应的围角为φ1，工作阻力为Fr，垂直作用于摇杆某一点E；空回行程围角为φ2，工作阻力为0。
因此在各个参数及其之间的关系均已知时，用精确计算法可以保证良好的精度，在一些精密仪器等对精度要求比较高的机构中可考虑使用此种方法。
2.2 近似计算法
如上2.1的计算结果，一般情况下，式中Fd与θ的关系用具体表达式比较繁杂困难，为此还可以考虑采用近似计算法。
所谓近似计算方法，就是在各个参数之间的函数关系无法精确得到时，采用微元法将研究对象划分成若干等分，再进一步研究。再以上述的曲柄连杆机构为例，则一般步骤为：
因此对于参数之间关系难以明确而对机构精确度要求不是很高时，为避免精确计算带来的复杂的计算任务，可采用近似计算法。
3 几何法（瞬心法）
当任一构件2相对于另一构件1作平面运动时，在任一瞬时，其相对运动都可以看成是饶着某一个重合点的转动，该重合点称为速度瞬心或者瞬时回转中心。因此瞬心是该两构件上相对速度为零的点，或者说是绝对速度相同的点。
综上分析可知，机构效益取决于的长度，且越小，机构效益越大，因此在实际机构设计中，若想达到更大的机构效益，可方便的通过调整相关构件的长度，使得尽可能小来实现。
因此，速度瞬心法作图简单，不仅可以准确的计算机构的机械效率，还能根据具体要求调整机械效率，以达到更高的经济效益。
4 结论
机械效率的计算方法应在不同情况有不同选择，在各个参数及其之间的关系均已知时，用精确计算法可以保证良好的精度，在一些精密仪器等对精度要求比较高的机构中可考虑使用此种方法。对于参数之间关系难以明确而对机构精确度要求不是很高时，为避免精确计算带来的复杂的计算任务，可采用近似计算法。而速度瞬心法方便实用，不仅可以准确的计算机构的机械效率，还能根据具体要求调整机械效率，，以达到更高的经济效益。
参考文献
[1] 谢进，万朝燕，杜立杰.机械原理[M].第二版.北京：高等教育出版社，2010.6（2012，7重印）
[2] 邱宣怀.机械设计[M].第四版.北京：高等教育出版社，2011.7
[3] 陆昌龙.平面连杆机构的效率计算方法.江苏：淮阴工学院学报，2002.6
相关文档：