TMM_Leonov (514470), страница 4
Текст из файла (страница 4)
рис. 1.6) можетбыть представлена в виде произведенияVВB =dS B dS B=ω1 = Vq ω1 ,dtd ϕ1где S B , V B – перемещение и скорость точки B;ϕ1 – угловая координата начального звена 1 и её производdSdϕная по времени ω1 = 1 – угловая скорость; VqB = B –d ϕ1dtпервая передаточная функция или аналог скорости точки В.Глава 1. Строение и характеристики машин24Ускорение аВ точки В получают дифференцированиемскорости VВ по времени. Учитывая, что первая передаточная функция не зависит явно от времени, дифференцирование произведения VB = VqBw1 проводится по правилам сложной функцииaC =где ε1 =aqB =d dS B d 2 S B 2 dSCω1 =ω1 +ε1 = aqB ω12 + VqB ε1 ,dt d ϕ1 d ϕ 21d ϕ1d ω1– угловое ускорение входного звена 1 (см.
рис.1.6);dtd 2SB– вторая передаточная функция или аналог ускоd ϕ12рения точки В.Для механизмов (см. рис. 1.5 и 1.6) аналог скорости Vqимеет переменное значение, зависящее от положения ведущего звена j1. Если число так называемых обобщённыхкоординат j, однозначно определяющих положение, а следовательно, и движение (скорости и ускорения) звеньев,равно единице, то степень подвижности механизма w = 1.Структурная формула для определения числа степенейсвободы (подвижности) w плоских механизмов впервыебыла предложена П.
Л. Чебышевымw = 3n − 2 pн − pв ,где рн – число низших кинематических пар, осуществляющих контакт звеньев по поверхности и ограничивающихдва относительных перемещения звеньев на плоскости,рв – число высших пар, осуществляющих контакт звеньев вточке или по линии и ограничивающих одно относительноеперемещение звеньев, n – число подвижных звеньев механизма, имеющих три возможных движения на плоскости.Твердые тела, совершающие свободные движения в пространстве, имеют число степеней свободы w = 6.
Подвижноесоединение двух звеньев – кинематическая пара, всегдаимеет w < 6, меньшее на число ограничений, накладываемым видом кинематической пары. В табл. 1.1 приведеныосновные виды кинематических пар, подразделяющиеся почислу подвижностей составляющих их звеньев. Одноподвижные кинематические пары с w = 1 представлены тремя1.2. Функциональные элементымашинного агрегата25видами.
Во вращательной кинематической паре звеньясовершают относительное вращательное движение, в винтовой паре – винтовое движение, в котором осевое перемещение и вращательное движение связаны между собой.В поступательной кинематической паре звенья совершаютпрямолинейное поступательной движение. Эти три видаодноподвижных пар наиболее распространены в технике.Видов двухподвижных кинематических пар несколько, нонаибольшее применение в технике имеет цилиндрическаякинематическая пара, в которой возможны два независимых относительных движения звеньев: поступательногопрямолинейного по оси и вращения вокруг оси пары. Трехподвижная кинематическая пара представлена в табл. 1.1в одном из возможных вариантов – так называемой сферической пары, в которой звенья совершают независимыевращения вокруг трех осей координат.
Линейная и точечная кинематические пары представляют варианты оформления четырех и пяти подвижных кинематических пар.К низшим кинематическим парам следует отнести поступательную, вращательную, винтовую, цилиндрическуюи сферическую кинематические пары, т.е. все кинематические пары, в которых соприкосновение звеньев происходитпо поверхности или плоскости. Поэтому низшие кинематические пары способны выдерживать более высокие нагрузки, чем высшие кинематические пары, представленныев табл. 1.1 линейной и точечной кинематическими парами.Число степеней свободы пространственного механизмаможно определить по формулеw = 6 – (5p1+4p2+3p3+2p4+p5),где p1, p2,…,p5 – число кинематических пар с w = 1, 2,…,5.При анализе числа степеней свободы механизма w неследует забывать, что накладываемые кинематическими парами связи не должны дублировать друг друга.
Такие дублирующие связи называют избыточными, так как удалениеих из механизма не вызывает реального повышения w. Избыточные связи могут быть получены при проектировании,т.е. назначении вида пар плоского механизма. Наличие ихможет привести к статической неопределимости реакцийв кинематических парах и не контролируемой расчетомГлава 1. Строение и характеристики машин26Таблица 1.1Основные виды кинематических парВид парыСхема парыи степеньее подвижности wwВращательная1Поступательная1Винтовая1Цилиндрическая2Сферическая3Линейная4Точечная5Условныеобозначенияпары на схемах1.2. Функциональные элементымашинного агрегата27нагрузке без учета упругой податливости звеньев.
Поэтомуот избыточных связей, число которых подсчитывается поформулеq = w – 6n + (5p1 + 4p2 + 3p3 + 2p4 + p5),обычно стараются освободиться. Однако для повышенияжесткости механизма их иногда вводят специально. Примером такой статически неопределимой конструкции можетслужить многоопорный коленчатый вал ДВС.Возможны случаи, например, кулачкового механизма(см. рис. 1.5) c толкателем, снабженным роликом, для которого расчет числа степеней свободы дает w > 1, тогда какреальное w = 1.
Ролик используется для снижения трения иего вращение не влияет на поступательное движение толкателя. Такая подвижность называется пассивной и благоприятно влияет на возможность снижения износов. Пассивнаяподвижность часто используется для «самоустановки» звеньев, снижения неравномерности нагрузки и износов кинематических пар.Большинство механизмов, применяемых в технике,имеют одну степень свободы.
Примером механизма с w = 2может служить механизм дифференциала автомобиля. Механизмы с тремя и более степенями свободы свойственныманипуляторам, число степеней свободы которых равночислу независимых приводов (двигателей).1.2.2. Характеристики энергетических и рабочих машин1.2.2.1. Характеристики тепловых двигателейПаровая и газовая турбиныПервым промышленным двигателем была паровая машина.
В паровой турбине используется пар высокого давления, потенциальная энергия которого превращаетсяв механическую работу при его расширении на лопатках,закрепленных на вращающемся валу. В газовой турбине,аналогично паровой, энергия газов после сгорания топливав камере сгорания преобразуется на лопатках. Воздух в камеру сгорания подается лопаточным компрессором.
Эконо-Глава 1. Строение и характеристики машин28123456Рис. 1.7. Схема передачи энергии в карьерном самосвале БЕЛАЗ,газотурбовозе и тепловозе:1 – тепловой двигатель, 2 – электрогенератор,3 – электродвигатель, 4 – редуктор, 5 – ведущие колёса,6 – объединенный регулятор скорости и нагрузкимичность расхода энергии газовой турбины обычно нижеДВС, но газовая турбина получила широкое использованиев авиации из-за небольшой массы и габаритных размеровпри высокой мощности.При использовании турбин на наземных транспортныхмашинах размеры передаточного механизма из-за высоких скоростей вращения роторов становятся неприемлемобольшими.
Поэтому часто идут на создание сложного МА(рис. 1.7), в котором в качестве передаточного устройстваприменяют электрический генератор и электродвигатель.Значительным преимуществом такой схемы передачи энергии является легкость управления МА в электрическомконтуре электрогенератор – электродвигатель.Двигатели внутреннего сгоранияИз-за низкого расхода топлива получили широкое распространение ДВС, преобразующие химическую энергиютоплива при сгорании его в его цилиндре.
Движениемвверх поршня 3 кривошипно-ползунного механизма (рис.1.8,а) производится сжатие горючей смеси или воздуха. Вконце сжатия близко к верхней мертвой точке (ВМТ) поршня начинается процесс сгорания, и при движении поршнявниз осуществляется расширение (рабочий ход) с совершением полезной работы. В двухтактном ДВС полный циклработы соответствует одному обороту кривошипа φцикла = 2,открытием клапанов около нижней мертвой точки (НМТ)начинается газообмен: процесс выпуска продуктов сгорания, затем процесс наполнения цилиндра. Изменение давления в цилиндре р и работа четырехтактного ДВС иллюс-1.2.
Функциональные элементымашинного агрегата2965Pp73BG42SBSBω189AOа1бРис.1.8. Схема дизельного ДВС (а) и индикаторная диаграмма (б):1 – коленчатый вал; 2 – шатун; 3 – поршень; 4 – цилиндр; 5 –клапан; 6 – топливная форсунка; 7 – топливный насос высокогодавления (ТНВД); 8 – регулятор скорости ω1 коленчатого вала 1;9 – редуктор привода; SВ – перемещение поршня 3; р – давлениев цилиндре 4; I – сжатие; II – рабочий ход; III – выпуск;IV – всасываниетрировано индикаторной диаграммой р(SВ) на рис. 1.8,б,где имеют место такты: I – сжатие; II – рабочий ход (сгорание, расширение); III – выпуск газов; IV – всасывание.Cжатие и рабочий ход осуществляются за два хода поршня (Н = 2LOA – максимальное перемещение поршня вверхи вниз; угол φ = 2π). Газообмен в цилиндре 4-х тактногоДВС и полный цикл работы осуществляются за два оборотаколенчатого вала φцикла = 4π с помощью кулачковых валов,связанных с коленчатым валом редуктором с передаточнымчислом U = 2 (см.
рис. 1.2 и 1.8).Схема многоцилиндрового ДВС выбирается таким образом, чтобы обеспечить равномерное чередование рабочихциклов разных цилиндров. Диаграммы работ отдельныхцилиндров накладываются друг на друга со сдвигом фазΘ=ϕ циклаi , определяемым числом цилиндров i. Площадьвнутри индикаторной диаграммы (см. рис. 1.8,б) характеризует работу за цикл. Одновременно индикаторная диаграмма относительно линии атмосферного давления являетсяи диаграммой сил, действующих на поршень. Посколькув такте расширения при движении поршня вниз работаГлава 1. Строение и характеристики машин30MкрПри постоянной подаче топливаРегулярная характеристикаωOωmaxРис. 1.9.
Механическая характеристика дизеля:Мкр – крутящий момент; ω, ωmax – текущая и максимальная скоростивращения валасил давления в цилиндре положительна и превышает отрицательную работу при движении поршня вверх в тактесжатия, то общая сумма работ сил давления за цикл положительна и сила давления газов на поршень является движущей. Индикаторные диаграммы ДВС определяются нетолько числом тактов, но также типом рабочего процесса:бензиновый ДВС с искровым зажиганием рабочей смесив цилиндре или дизельный двигатель с самовоспламенением топлива, впрыскиваемого в цилиндр форсункой в концетакта сжатия воздуха с помощью топливного насоса высокого давления (ТНВД).Схема механизмов дизеля показана на рис.
1.8, механическая характеристика представлена на рис. 1.9. Его работуобеспечивают следующие системы:• система питания топливом низкого давления из бака;• система питания топливом высокого давления –(ТНВД);• система охлаждения двигателя;• система смазки;• система газораспределения (кулачковые распределительные валы);• регулятор скорости, который осуществляет изменениеподачи топлива G через форсунку в зависимости от скорости вращения коленчатого вала ω1;• система турбонадува, которой часто оснащаются современные дизели, она позволяет повысить мощность и экономичность расхода энергии.
Турбокомпрессор включаетрасположенные на одном валу газовую турбину, исполь-1.2. Функциональные элементымашинного агрегата31зующую энергию отходящих газов, и компрессор, который сжимает воздух, поступающий в цилиндр ДВС.Преимущества дизельного ДВС:• автономность, так как используется энергия жидкоготоплива;• высокая экономичность расхода топлива;мощность• надежность и хорошее соотношение;весВ настоящее время получают распространение дизельэлектрические агрегаты (ДЭА) – комбинированные двигатели, обладающие повышенной экономичностью на неустановившихся режимах работы за счёт рекуперации энергиипри торможении.Бензиновый ДВС имеет меньшие массу и стоимость посравнению с дизелем, но экономичность его ниже. Наиболееэкономичным тепловым двигателем является дизельныйДВС, максимальный КПД которого достигает 0,35.
Энергетический баланс дизеля, характеризующий распределение энергии топлива, показан на рис. 1.10. Площадь кругадиаграммы пропорциональна химической энергии топлива,принимаемой за 100%, а площади отдельных сегментов –долям использования этой энергии топлива.15%35%25%Рис.1.10. Энергетический балансДВС на номинальном режимеработы:25%– КПД или доля полезной мощности на валу ДВС;– доля потерь тепла с отходящими газами (ОГ);– доля потерь тепла в системе охлаждения;доля энергии, затрачиваемая на привод– вспомогательных агрегатов.32Глава 1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
