TMM_Leonov (514470), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Рассмотрены теория и приведены примеры расчётовКПД машин при работе в установившихся режимах. Длянекоторых типов машин основными режимами работыявляются неустановившиеся, на которых расход энергиизначительно возрастает в связи с увеличением её расходапри разгоне и потерями при торможении. По этой причинев пособии можно встретить примеры машин с управлениемот ЭВМ, ДВС и гибридными двигателями, для которых этапроблема является актуальной. При выборе материала авторы пытались соответствовать принятым ПравительствомРФ «Основным положениям энергетической стратегииРоссийской Федерации на период до 2020 года», согласнокоторым можно отметить необходимость:• конструирования высоко эффективного энергосберегающего оборудования;• снижение расхода энергии в промышленности и коммунальном хозяйстве.Авторы также признательны академику РАН К. В. Фролову – заведующему кафедрой РК-2 МГТУ им.
Н. Э. Баумана, сыгравшему решающую роль в утверждении п рограммы10Предисловиедисциплины «Основы проектирования машин», научномуруководителю диссертации Д. И. Леонова по теме основпроектирования энергосберегающего оборудования, выводы которой получили отражение в пособии.Авторы выражают благодарность студентам МГТУ им.Н. Э.
Баумана Р. Буту, В. Волкову, В. Кочкарёву, ЛебедевуА., И. Шувалову и другим за помощь при подготовке рукописи к печати.Главы 1–3 написаны И. В. Леоновым, гл. 5, 7, 8 – Д. И. Леоновым, гл. 4, 6 – авторами совместно.ВведениеМеханика машин связана с теорией механизмов и машин, у истоков которой стоял П. Л. Чебышев – известныйматематик Петербургской математической школы, характерной особенностью которой была разработка на высокомматематическом уровне конкретных задач, представляющих практический интерес.
Фундаментальной работойП. Л. Чебышева было создание функций наилучшего приближения на основании анализа точности при синтезе рычажного механизма, получившего его имя. Таким образом,оценка качества проектирования на критериальной основе была принята с самого начала развития науки «Теориямеханизмов и машин». Качество проектируемых машинсвязано с полнотой разработки и использования методовоптимального проектирования. Чем полнее учитываютсякритерии качества по показателям точности, быстродействия, производительности и экономичности, тем совершеннее получается машина.Анализ состоит в исследовании свойств механическойсистемы при выбранной схеме машины.
Синтез или проектирование механизмов машины по заданным свойствамявляется обратной и более сложной задачей по отношениюк анализу. Но разделение на анализ и синтез условно, таккак при проектировании машины регулярно проводитсяанализ выбранных параметров путём сравнения альтернативных решений. Такой сравнительный анализ критериевкачеств выбранных вариантов машины и механизмов составляет основу синтеза с использованием ЭВМ. Развитиепрограммного обеспечения позволяет подойти к новым тех-Введение11нологиям проектирования, базирующихся не на графических и аналитических методах, а использующих численныеметоды решения задач. На формирование курса «Основыпроектирования машин» большое влияние оказал прогрессвычислительной техники.
Однако применение ЭВМ требует поставить в основу проектирования оптимизационныеметоды решения задач, так как современные задачи проектирования являются, как правило, многокритериальными.Особенностью решения таких задач является выбор и обоснование критериев оптимизации, указание границ применимости используемых моделей машин.Использование метода синтеза по Чебышеву в сочетаниис ЭВМ даёт решение практически любой задачи проектирования по критериям точности движения.
Не менее сложнызадачи синтеза по динамическим критериям и критериямэкономичности расхода энергии. Последним вопросам уделяется всё больше внимания в виду огромной практической важности. Исторически первоначально решались задачи синтеза механизмов по кинематическим показателями геометрическим критериям точности. Затем появиласьпотребность решения задач динамического синтеза машин,т.е. определения необходимых параметров машин по динамическим критериям. В качестве примера можно привестизадачу определения необходимого момента инерции маховика методом профессора Н. И.
Мерцалова. Актуальны исследования проблем колебаний в машинах и учёт влиянияна них сил трения и упругой податливости звеньев. Особойсложностью и практической ценностью отличаются проблемы повышения экономичности расхода энергии.Оценка экономичности машин практикуется на базеКПД и критериев расхода энергии. Здесь следует указатьна значительную роль в решении практических задач управления процессами в машинах и аппаратах по критериям экономичности расхода энергии учёных под руководством академика РАН А.
М. Кутепова и профессора МГТУим. Н. Э. Баумана В. И. Крутова.На формирование курса основ проектирования машинбольшое внимание оказал прогресс вычислительной техники. Однако её применение требует поставить в основу проектирования машин оптимизационные методы решения задач, так как современные задачи проектирования являются,как правило, многокритериальными.
Особенностью реше-12Введениения таких задач является выбор и обоснование критериевоптимизации, обоснование и указание границ применимости используемых моделей машин.Отличительной чертой машин будущего будет управление ими по интегральным критериям, дающим всестороннюю оценку машин и протекающих в них процессов спомощью ЭВМ. Создание автоматизированных систем проектирования требует разработки методов синтеза с учетомпроизводительности, эффективности и экономичности машин.
Возникает необходимость разработки новых методовоценки качества машин, пригодных для использования наранних стадиях проектирования. Например, отсутствие самого понятия КПД у большинства технологических машинили невозможность оценки расхода энергии на переходныхрежимах затрудняет всестороннюю оценку качества машин.Из изложенного выше следует, что механика машинв настоящем ее виде является комплексной наукой, в которой проблемы экономичности и динамики машин связаныи тесно переплетаются с проблемами их оптимального проектирования на основе использования последних достижений вычислительной техники [10].РАЗДЕЛ I.ТЕОРИЯ МЕХАНИЗМОВ И МАШИНГлава 1Строение и характеристики машин1.1.
Строение машинного агрегатаУже несколько веков существование человечества невозможно представить без машин – устройств, различных поназначению и конструкции. Но, несмотря на эти различия,можно четко определить понятие «машина» как устройство, служащее для преобразования энергии, материалови информации. По своему назначению машины подразделяются на:• энергетические машины;• технологические (рабочие) машины;• транспортные и грузоподъёмные машины;• информационные машины и др.Энергетические машины служат для преобразованияэнергии из одного вида в другой, их можно подразделить надвигатели и рабочие машины. Примерами энергетическихмашин, с помощью которых возможно преобразование химической, электрической, тепловой, ветровой, солнечной итермической энергий в механическую, могут служить электродвигатель, двигатель внутреннего сгорания (ДВС), турбины и другие двигатели, являющиеся источниками механической энергии.
Компрессоры, насосы, электрогенераторымогут служить примерами рабочих энергетических машин,являющихся потребителями механической энергии, вырабатывая другие виды энергии. Основное свойство рабочихмашин – потребление ими энергии, как правило, механической. Характерным примером рабочих технологических машин являются различные механические станки (фрезерные,токарные и т.п.). Примером транспортной машины можетслужить теплоход, автомобиль, транспортер, примером информационной машины – механические табло, указатели.16Глава 1.
Строение и характеристики машинРабочий процесс преобразования энергии характеризуется определёнными энергетическими показателями, например, давлением, температурой газов и т.п. Эти энергетические параметры, в свою очередь, характеризуют механическиепараметры машины, определяющие уровень механическихнапряжений в основных деталях машины, скорости, ускорения и т.п.
Примерами механических характеристик машинявляются зависимости крутящего момента вала двигателяот угловой скорости его вращения M(ω). В современных рабочих машинах и двигателях обычно имеется орган управления, перестановка которого меняет расход энергии и ведётв свою очередь к изменению механических параметров. Этосвойство изменения механических параметров машин приизменении положения управляющего органа и внешних воздействий характеризует управляемость и устойчивость, чтообеспечивает возможность её приспособления к изменениювнешних условий. Таким внешним воздействием на работудвигателя является изменение момента сопротивления рабочей машины, часто называемого механической нагрузкой.Для электрического генератора под нагрузкой понимают величину тока, определяющего механическую нагрузку в видекрутящего момента вала.Важным свойством энергетических машин, связаннымс управляемостью, является их обратимость, т.е.
возможность изменения направления потока преобразуемой энергии. Например, при определенном изменении управляющих её параметров электрический двигатель, являющийсяпотребителем электрической энергии, превращается в генератор электрической энергии, отдавая её в сеть и потребляямеханическую энергию. Важность этого свойства машинсвязана с возможностью рекуперации энергии, т.е. возвращения части обычно теряемой энергии, например при торможении машины, для повторного использования.Для преобразования движений в машине существует система взаимосвязанных тел – звеньев, образующих механизм.Механизм – это часть машины, в которой рабочий процессреализуется путем выполнения механических движений звеньев.
Несмотря на значительную разницу в функциональномназначении механизмов, в их строении много общего. Задачей курса основ проектирования машин является раскрытиеобщих закономерностей в строении машин и механизмов иприменение их при проектировании с целью улучшения ди-171.1. Строение машинного агрегатанамических качеств и экономичности расхода энергии.
Принято различать два этапа синтеза. Первый – выбор структурной схемы машин и механизмов. Второй этап – определениепостоянных параметров выбранной схемы механизмов, например, расчёт длин звеньев и передаточных отношений механизмов. Если требуется обеспечить заданные динамические свойства машины, то решается задача динамическогосинтеза, т. е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
