TMM_Leonov (514470), страница 23

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 23)

План скоростей на рис. 5.8 построен по уравнению плоского движенияVA 2 = VA1 + V 21 ,где V1 = VA1 = ω1 r(j) – окружная скорость точки контакта кулачка; r(j) – радиус точки контакта; V2 = VA2 = ω1Vq2 = ω1LOР –скорость толкателя; Р – полюс зацепления – мгновенныйцентр относительного вращения звеньев 1 и 2, образуется какточка пересечения линии центров вращения звеньев и общейнормали в точке контакта высшей кинематической пары.Необходимые для расчёта скорости могут быть полученыиз подобия треугольников, образованных векторами на плане скоростей (см. рис.

5.8) и на схеме механизма Δ О1АР,которые повёрнуты относительно друг друга на 90°:V21 = Vск = ω1LAР = ω1[R0 + S(j)],где R0 = r(j = 0) – начальный радиус кулачка; S(j) – перемещение толкателя.5.3. Коэффициент полезного действия механизмов153η мгнπϕРис. 5.9. Зависимость мгновенного КПДот угла поворота кулачкаПеременная мощность сил полезного сопротивления,приложенных к толкателю равна произведению двух функций обобщённой координаты:Wполезн(j) = V2(j)Fполезн(j),Задаваясь законами изменения Fполезн(j) и S(j), можнооценить мощность потерь на трение и мгновенный КПДмеха­низма:Wполезн (ϕ).ηмгн (ϕ) =Wполезн (ϕ) + Wпотерь (ϕ)Динамические модели при подъёме и опускании толкателя различны, но, учитывая равенство нулю кинетическойэнергии механизма при остановке в верхнем и нижнем поло­жениях стояния, может быть проведен расчёт цикловогоКПД как среднего значения мгновенного КПД.

В качестве примера на рис. 5.9 приведена зависимость мгновенногоКПД кулачкового механизма с синусоидальными законамиизменения полезного усилия и перемещения толкателяна участке подъёма (при f = 0.1):ϕηподъема =под∫0ηмгн(ϕ)d ϕ.ϕподНезависимо от закона движения толкателя мгновенныйКПД кулачкового механизма равен нулю в положе­нияхверх­него и нижнего стояния, когда скорость толкателяи мощность полезного сопротивления равны нулю.154Глава 5. Критерии и показатели экономичности расхода энергии5.3.4. Цикловой КПД механизмовИмеет смысл остановиться на оценке циклового КПДмеханизмов более подробно в силу значительного распространения этой оценки экономичности расхода энергии.В общем случае КПД механизма зависит от скоростногои нагрузочного режимов, так как потери энергии связаныкак с нагрузками на звенья, так и со скоростями их движения.

В табл. 5.1 представлены показатели ряда механизмовпередач, имеющих постоянные передаточные функции (передаточные отношения), которые по этой причине имеютодинаковые значения как для мгновенного, так и для циклового КПД при неизменной нагрузке. Такую оценку приηцикл = ηмгн в литературе часто называют механическим КПД.Для многих других механизмов, имеющих переменное значение передаточных функций, например в кулачковых механизмах, мгновенный КПД имеет переменное значение,по которому следует определять положение заклинивания,а экономичность работы характеризуется цикловым КПДкак усреднённым значением ηмгн.На КПД любого механизма оказывают влияние как внутренние свойства его (такие как угол давления, передаточнаяфункция), так и характер изменения нагрузки, дополнительно увеличивающей потери при действии кроме полезного усилия и сил инерции.

Поэтому на цикловой КПДи оказывает влияние характер изменения за цикл внешнейнагрузки, работу которой обычно считают полезной. Чтобы выделить влияние на КПД собственных свойств механизма часто оценивается идеализированная работа сил безучёта трения. Именно эта работа идеализированных сил безвредных потерь на трение, как правило и принимается заполезную. Для расчётов часто применяется формула, в которой цикловой КПД оценивается как отношение расчётной работы за цикл, которую можно совершить без трения(Абез трения)цикл работе сил с учётом трения (А потерь трения)цикл:ηцикл =( Aбез трения )цикл( Aбез трения + Aпотерь трения )цикл.Иногда за КПД принимают отношение сил на входномзвене, рассчитанных без учёта трения, к возрастающим усилиям на выходном звене за счёт трения. В механизмах с пе-1555.3.

Коэффициент полезного действия механизмовОриентировочные значениямеханического КПД передачЭлементы передачОдноступенчатая цилиндрическаязубчатая передачаДвухступенчатая цилиндрическаязубчатая передачаОднорядныйпланетарный редукторРеменная передачаЦепная передачаПара подшипников каченияУпругая соединительная муфтаВинтовой механизм (более точносм. зависимость на рис.

5.7)Таблица 5.1.КПДДоля потерь0,96–0,980,02–0,040,90–0,950,05–0,10,90 –0,950,05–0,10,94 – 0,960,92 – 0,95––0,06–0,040,05–0,080,020,020,80,2редаточными функциями или относительными скоростямидвижения звеньев, имеющими переменное значение, этоможет привести к ошибке, так как отношение сил и отношение их работ могут иметь значительные отличия. Тем неменее, этот приём особенно эффективен, когда неизвестенхарактер изменения внешней нагрузки или когда ставится иная задача, чем определение циклового КПД. Например, определение положения самоторможения механизмапо мгновенному КПД часто дает возможность определитькритическое состояние его параметров, вызывающих этоявление. При таком расчёте целесообразно от мощностейперейти к приведенным моментам сил, так как в началедвижения скорость и мощность равны нулю при любыхзначениях сил, а определение приведенного момента производится из условия равенства мощностей на возможныхперемещениях.В общем случае при последовательном соединении­машин и механизмов общий КПД равен произведениюКПД отдельных элементовηобщ = η1η2 … ηi ,где i – номер последовательно соединённых элементов меха­низмов и машин.156Глава 5.

Критерии и показатели экономичности расхода энергииНапример, общий КПД МА, состоящего из последовательно соединённых двигателя, редуктора и рабочей машины, равен произведению их КПД:ηобщ = ηдвηредηрм ,Определение общего КПД в параллельно работающихмашинах представляет значительные трудности, так как егорасчёт связан не только с распределением мощностей между машинами, но и с зависимостями КПД каждой машины от скоростного и нагрузочного режимов.

Этот примерв виду его важности мы рассмотрим позже отдельно.5.3.5. Самоторможение и заклинивание механизмаПри энергетическом анализе мы уже отметили иногдавстречающийся при расчётах с учётом сил трения случай,когда можно получить в каком-то положении механизмаотрицательную величину мгновенного КПД, например,когда мощность движущих сил Wдв на элементарном перемещении будет меньше мощности сил трения Wтрения. Приэтом возможно несколько случаев. Если при движении механизма кинетическая или потенциальная мощности имеютположительное значение, это положение механизма можетбыть пройдено, как бы по инерции.

Однако не при любыхзначениях кинематических параметров и движущих силдвижение механизма оказывается возможным, такой случайчасто называют заклиниванием. Если же механизм находится в неподвижном состоянии и его невозможно привести в движение какую бы движущую силу ни прикладывать,то это является частным случаем заклинивания и называется самоторможением. В последнем случае увеличение движущей силы не приводит к движению, а только вызываетувеличение сил трения. Иногда явление самоторможениянаблюдается при перемене ведущего и ведомого звеньев,т.е. при движении в обратном направлении (реверсировании).

В грузоподъемных механизмах это явление частоиспользуют, когда создают самоторможение при обратномходе, что страхует от произвольного опускания поднятогогруза. Расчетное выражение механического КПД винтовогомеханизма при подъеме нагруженного звена при самоторможении принимает вид5.3. Коэффициент полезного действия механизмовη=157tgβ< 0,tg (β + ϕ ),что возможно, если tg(b + j) < 0, или b + j > 90° илиb > 90° - j.При опускании самоторможение возможно при условииснижения расчётного КПД ниже нуля:η=tg (β − ϕ )tgβ< 0,что возможно, если tg(b - j) < 0, или b < j.Следует сопоставить значение мгновенного КПД с характером изменения сил при самоторможении механизма.Для этого профессором МГТУ им.

Н. Э.Баумана Л. Н. Решетовым был предложен особый критерий – коэффициентвозрастания усилий kус в виде отношения уравновешивающих друг друга усилий на ведомом и ведущих звеньях механизма. Для наклонной плоскости, имитирующей винтовой механизм (см. рис. 5.6), значение kус при подъёме грузаА имеет видR1kус = =,A cos(β + ϕтр)1где R = (N )2 + (Fтр )2  / 2 = N 1 + f 2  / 2 =– реакcos(β + ϕтр )ция с учётом трения.При самоторможении винтового механизма (b + jтр) = p/2значение реакции в кинематической паре R будет обра­щаться в бесконечность даже при ничтожном полезномусилии А на ведомом звене. Следовательно, явление самоторможения возможно при любом значении движущейсилы А и может вызвать огромное непропорциональноевозрастание реакций в кинематических парах механизма и,как следствие, поломку звеньев.Сравнение выражений мгновенного КПД и коэффициента возрастания усилий для рассмотренных механизмовпоказывает, что подкупающая простота метода определенияkус и ηмгн для механизма с постоянной передаточной функцией целесообразна, но без учёта скорости скольжения илипри переменной передаточной функции могут ­привести158Глава 5.

Критерии и показатели экономичности расхода энергиик ошибке расчёта КПД, где дополнительное влияние на ηмгнможет оказать закон изменения внешней силы, приведеннаямасса звеньев и закон изменения ускорений внутри цикладвижения. Условие самоторможения механизма с переменной передаточной функцией следует определять в зависимости от углового положения по мгновенному КПД и силинерции, равных нулю, соответствующих неподвижномуположению звеньев.5.4. Критерии расхода энергииЛюбая домашняя хозяйка инстинктивно чувствует необходимость соблюдать принципы экономичности расходаэнергии – «постоянно экономя в малом, выиграешь много».Например, при нагревании воды в чайнике он наливается неполностью, а меньше, ровно столько, сколько необхо­димо.Ведь за излишне израсходованную энергию на нагреваниеводы придётся заплатить.Экономичность расхода энергии часто характеризуетсяв удельных единицах:Gg= ,Πгде P – производительность машины (выработка продукции в единицу времени); G – абсолютный расход энергиив единицу времени.Например, экономичность ДВС оценивается удельнымрасходом топлива, который показывает, какое количествотоплива расходуется в двигателе на единицу эффективноймощности в течение часа:G,ge =Weгде G – абсолютный (часовой) расход топлива; We – эффект­ивная мощность на валу ДВС.Абсолютный расход энергии G зависит от многих факторов, но в условиях эксплуатации может быть связан спроизводительностью P машины.

Характеристики

Список файлов книги