Таратарин В.Б., Кузенков В.В., Фурсяк Ф.И. - Лабораторный практикум по теории механизмов и машин, страница 4

4.1. Общие сведения о механических характеристиках ммпин Известны два основных класса машин: машины-двигатели и рабочие машины. Первые предназначены для преобразования различных видов энергии (тепловой, электрической и др.) в механическую, вторые используют механическую энерппо для выполнения полезной работы. Двигатель, механизм и рабочая машина в совокупности образуют машинный аерегаль При динамическом анализе машинного агрегата рабочие процессы в нем представлены в виде зависимостей энергии, силы или момента на входном илн выходном звене от его перемещения или скорости.

Зги зависимости называют механическими характеристиками. Наиболее распространенными машинами (как рабочими, так и машинами-двигателями) являются поршневые. В них либо силы давления газа преобразуются в крутящий момент на валу кривошипа (двигатели внугреннего сгорания, детандеры), либо крутящий момент на валу кривошипа — в энергию сжатого газа или жидкости (компрессоры, насосы). Графическую зависимость, характеризующую изменение давления в цилиндре поршневой машины от перемещения поршня, называют иидихаглорной диаграммой. Свое название эта диаграмма получила по наименованию прибора, используемого для ее регистрации, — механического нлн электрического индикатора.

4.2. Описание экспериментальной установки Индикаторная диаграмма может быть получена на экспериментальной установке, состоящей из электродвигателя, ременной передачи и одноцилиндрового воздушного поршневого компрессора, Основным механизмом компрессора является ° 7 Рнс. 4.3 * 5 Рнс. 4Л Рнс. 4.3 кривошипно-ползунный (рис. 4Л), состоящий из кривошипа 1, шатуна 2, поршня 3 и цилиндра О. В рабочем цикле компрессора ~олин оборот кривошипа) можно выделить четыре фазы, соответствующие на индикаторной диаграмме следующим участкам: аЬ вЂ” расширения остаточного воздуха; Ьс — всасывание; сИ вЂ” сжатие; сна — нагнетание, Схема экспериментальной установки с механическим индикатором представлена на рис.

4.2. Цилиндр компрессора 1 через кран 2 соединяется с цилиндром индикатора 3. Поршень индикатора 4 под действием давления перемещается и сжимает пружину 5. Перемещение поршня 4 через рычажный механизм 6 с постоянным передаточным отношением сообщается пишущему стержню. Лист бумаги 8, на котором записывается диаграмма, закрепляют на барабане У пластинчатыми пружинами. Барабан приводится во вращение шнуром 10, прикрепленным к поршню компрессора. Возврат барабана в исходное положение осуществляется пружиной 9.

В результате суммирования церемсшений стержня и барабана на листе бумаги вычерчивается индикаторная диаграмма. За начало отсчета давления на индикаторной диаграмме принимают линию атмосферного давления. Для записи этой линии цилиндр индикатора краном 2 соединяют с атмосферой. Область применения механических индикаторов ограничена частотой вращения крнвошипа п ~примерно до 5 об/с). При большей частоте вращения инерция звеньев индикатора сильно искажает форму диаграммы. Поэтому индикаторные диаграммы быстроходных машин регистрируются безьснерционными электрическими датчиками. Схема установки для регистрации индикаторной диаграммы быстроходного компрессора представлена на рис.

4.3, В этой установке кривошипный вал соединяем с электродвигателем 1 поводковой муфтой. Давление в цилиндре 2 компрессора измеряется пьезоэлектрическим датчиком 3. Сигнал датчика через усилитель поступает на вертикальну1О развертку катодного осциллографа 5. Для получения электрического сигнала, пропорционального перемещению поршня, в установке используется электромеханическая система с фотоэлектрическим датчиком, Диск 8 радиусом А = 1 установлен на валу кривошипа А8 с эксцентриситетом е. Свет от электролампы 10 через конденсорные линзы 6 и щелевую диафрагму 9 попадает на фотоэлемент 7.

Так как отношение е/Я равно отношению длин звеньев механизма 1~я/1яс, при вращении вала световой поток, попадающий иа фотоэлемент, будет пропорционален перемещению поршня, Сигнал с фотоэлемента 7 через усилитель поступает на горизонтальную развертку катодного осциллографа 5. В результате суммирования сигналов на экране осциллографа появляется замкнутая кривая — индикаторная диаграмма 4. 4.3. Обработка иидикяторной диаграммы Вычерченная механическим индикатором диаграмма имеет по осям координат масштабы давления р и перемещения и Оси координат по отношению к диаграмме размещаются следующим образом: ось абсцисс совмещается с линией атмосферного давления, ось ординат перпендикулярна ей и направлена по касательной к диаграмме (рис.

4.4), Для обработки диаграммы проводят ее табулирование представление экспериментального графика в виде массива дискретзгых значений, На ось абсцисс диаграммы наносят 12 позиций, соответствующих положениям кривошипа через Аяч 30 . В этих позициях измеряют ординаты диаграммы. Резудьтаты измерений заносят в таблицу журнала. При обработке индикаторной диаграммы опрелеляют: а) максимальное и минимальное давление (МПда) в цилиндре компрессора Рани = Уячця/О~ где ф и у я — ордннаты экстремумов на диагр 1 индя каторную мощность (Вт) коьгг1рессор~ ни, сжатйю воздуха, совершаемую компрессором в еди у в '-' еЛ'~=А„2/Т„, где А — Работа сжатия воздуха за ци д у ров ком11рессора' 2 =1/л — время щения кривошипа, 1/с), Из рис. 4,4 "А=с ~ЗО=РГ»ИБО=1М /(и и), А =М ~Ф'=ЯХУ(ы и), Где1 — площадь поршня компрессора, м2 у' — плогцадь и и торной диаграммы, ммя.

Окончательно формула для индикаторной мощности имеет вид Н=Х1 л./ 10'г'(и и,); ной и в) механическую характеристику компрессора по инди д аграмме. Для рабочей машины пол механической харак- катор- теристикой обычно понимают зависимость силы сопротивления Р, от перемещения выходного звена (в нашем случае перемеще- ние поршня Юс), Чтобы построить зависимооть Р;-/(Хс), необходимо опреде- И лить значение и знак силы )г лля различных положений 4 ожени поршня.

либо заветно, что работа внешних сил, действующих на на механизм, ли о увеличивает кинетическую энергию системы, либо умень- шает ее. В первом случае силы называ1от движущими сидами, вторые — силами сопротивления. Принимают следующе едующее правило знаков: сила считается движущей и положительной, если направ- ление вектора скорости точки ее приложения совпадает с направлением проекции этой силы на вектор скорости (рис.

4.5). Рис. 4.5 4.4, Устровство полярного планиметра н работа с вим Планиметрам называют устройство дхя измерения площадей плоских фигур, Полярный планиметр (рис. 4.6) состоит из двух рычагов АЗ и ЗС, соединенных шаровым шарниром в точке В. Точка С фиксируется на плоскости иглой и грузом Г, при этом рычаг ВС может вращаться вокруг точки С.

На рычаге ВА установлена подвижная каретка Х, перемещение которой по рычагу изменяет масштаб прибора. На каретке размещен вращающийся ролик Р, с которым винтовой передачей связан диск шкалы грубого отсчета Д. На рычаге АЗ в точке А закреплен штифт Ш. В процессе измерения площади фигуры штифт перемещается по ее контуру (по направлению движения часовой стрелки или против него). При этом ролик Р скользит и перекатывается по плоскости, зто движение через винтовую передачу сообщается диску Д; и он поворачивается на некоторый угол.

Шкала точного отсчета (нониус) помещена на каретке Х Каждое деление этой 'шкалы на 0,1 мм больше деления шкалы ролика. Чертеж плоской фигуры, площадь,7,', которой требуется измерить, размещается на ровной, слегка шероховатой поверхности (например, на листе ватмана). Планиметр собирают и устанавливают на плоскости по отношению к измеряемой фигуре так, чтобы в процессе измерений угол между рычагами минимально отклонялся от 90'. Штифт Ш размещают в произвольной точке контура измеряемой фигуры и считывают начальное показание со шкал прибора.

Затем обводят штифтом по контуру и считывают второе показание со шкал планиметра. Нз большего показания вычитают меньшее. Результат, умноженный на масштаб прибора (10), составляет измеренную площадь. а с .Рве. 4.7 Пример. На рнс. 4,7, а изображены шкалы прибора в начале измерений. Указатель на шкале диска Д расположен между делениями 6 и 7, т.е. отмерено шесть полных делений.

Нуль шкалы нониуса расположен между делениями 51 и 52 шкалы ролика. Седьмое деление шкалы нониуса совпадает с одним из делений шкалы ролика. Таким образом, получены четыре цифры начального показания прибора: 6 51 7 с диска Д' с ролика Р совпадение делений шкалы н нониуса Таким образом, показание прибора равно 6517. По рис, 4,7, б аналогичным образом можно определить второе показание, равное 6633. Площадь Фигуры по результатам измерений ,Д =(6633-6517) 10 =1160 мм2. Сила Р, является равнодействующей внешних сил, действующих на поршень. Слева (см.

рис. 4.1) на поршень действуют силы давления сжатого воздуха, спра⻠— силы атмосферного давления. Так как индикаторная диаграмма строится относительно линии атмосферного давления, сила 2г, в любом положении поршня будет равна произведению давления, определенного по индикаторной диаграмме р=у, /««,, на площадь поршня/. Если при построении механической характеристики пр««нять ур уи то и =Ь10'/У., где рл- масштаб силы, мм/Н. Экспериментальные значения силы Г, находят из графика Р;Я~с): К пью =укс аю/рб Р' ь=ул ма/ря. тикальные линии и измерьте по ним орди ординаты индикаторной диаграммы Зли~сите ординаты в соответств л«урнала. тствуюц«ую таблицу 5.