 |
Механические характеристики машин
|
|
|
|
ВВЕДЕНИЕ В ДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ МЕХАНИЗМОВ И МАШИН
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
При работе механизма к его звеньям приложены силы, заданные в аналитической или графической форме. Все силы, действующие на машинный агрегат, разделяют на две группы: задаваемые силы и реакции связей. Каждую реакцию связей можно разложить на две составляющие, из которых одна направлена по нормали к поверхностям, образующим кинематическую пару, а другая (сила трения) — в сторону, противоположную относительной скорости элементов этой пары.
К задаваемым силам относятся: движущие (Р д); силы производственных сопротивлений (Р п.с); силы тяжести звеньев (Р т) и силы трения и других непроизводственных сопротивлений (Р тр).
Силы Р д создаются двигателями, которые осуществляют преобразование какого-либо вида энергии (тепловой, электрической гидравлической и пр.) в механическую работу. Эти силы, стремящиеся ускорить движение механизма, называют движущими. С направлением скоростей точек приложения этих сил они образуют острый угол; в частном случае этот угол может равняться нулю.
Элементарная работа dА д, совершаемая движущей силой на элементарном перемещении ds, всегда положительна:
| dА д = Р д ds cos (Рд, и) |
Следовательно, движущая сила Рд увеличивает кинематическую энергию машины. В двигателе внутреннего сгорания движущая сила Рд получается в результате давления расширяющегося газа на поршень. В электродвигателе момент Мд движущих сил возникает в результате взаимодействия между током в обмотке ротора и магнитным полем и т, д.
Силы Р п. с.. производственных сопротивлений — это усилия, для преодоления которых предназначена машина (силы сопротивления резанию в металлорежущих станках; сопротивления, возникающие при сжатии газа или воздуха в компрессорах и пр.).
|
|
|
Силы производственных сопротивлений с направлением скорости точек их приложения образуют тупой угол или, в частном случае, угол, равный 180°.
Элементарная работа dA n.с., совершаемая силой Р п.с на элементарном перемещении ds, отрицательна:
Сила Р п с. уменьшает кинетическую энергию машины.
Работа А т силы тяжести Р т, определяемой материалом и конструкцией звена, на некотором, отсчитываемом по вертикали перемещении h его центра тяжести,
Эта работа положительна, если направление проекции перемещения центра тяжести данного звена на направление силы Р т совпадает с направлением последней, и отрицательна, если эти направления противоположны.
К силам Р тр непроизводственных сопротивлений относятся силы сопротивления воздушной или жидкой среды перемещению звеньев и силы трения в кинематических парах машин. Силы сопротивления и силы трения производят работу. Силы трения представляют собой касательные составляющие реакций связей в кинематических парах машин. Поэтому целесообразно силы трения условно перенести в категорию задаваемых, а под реакциями связей будем понимать те составляющие реакции, которые не производят работу. Силы трения образуют тупые углы со скоростями точек, к которым они приложены. Следовательно, работа этих сил отрицательна. Силы движущие и силы производственных сопротивлений в зависимости от их механических, физических и технологических характеристикмогут быть постоянными или функциями различных кинематических параметров — перемещений, скоростей, ускорений и времени. Например, в грузоподъемных машинах, прокатных станах силы производственных сопротивлений остаются постоянными. В машинном агрегате с двигателем внутреннего сгорания и поршневым насосом движущие силы и силы производственных сопротивлений зависят от положения ведущих звеньев. В машинном агрегате электродвигатель — центробежный насос движущие силы и силы производственных сопротивлений зависят от угловой скорости их ведущих звеньев.
|
|
|
Для машинного агрегата поршневой двигатель — генератор электрического тока движущая сила является функцией положенияведущего звена, а сила производственного сопротивления — функцией угловой скорости вала генератора. В камнедробилках, тестомесильных машинах силы производственного сопротивления являются функцией времени и т. п.
Силы движущие и силы производственного сопротивления обычно определяют с помощью соответствующих приборов (индикаторов, динамометров и пр.) для ряда положений машины за цикл ее работы. Полученные числовые данные изображаются в виде диаграмм сил, работ или мощностей.
На рис. 293 изображена диаграмма Р = P(s) силы Р, которая действует на ведущее звено двигателя. Сила Р дана в функции 
пути s точки ее приложения. Задача построения диаграммы А = A(s) сводится к интегрированию кривой Р = P(s).
Рис. 293.
Если дана диаграмма М = М (j) момента М, развиваемого на валу двигателя в функции угла j поворота вала двигателя, то вместо диаграммы А — A(s) следует строить диаграмму А = А (j) работы, совершаемой приложенной парой, момент которой равен М. В этом случае работа А1т выражается формулой
(14.2)
МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МАШИН
При кинематическом и динамическом исследовании машины или проектировании ее кинематической схемы должны быть известны силы движущие и силы производственных сопротивлений, приложенные к звеньям механизма. Так как в курсе теории механизмов и машин вопросы теории рабочих процессов в машинах не рассматриваются, то эти силы должны быть заданы в виде так называемых механических характеристик. Механической характеристикой двигателя или рабочей машины называют зависимость силового параметра от одного или нескольких кинематических параметров и времени.
При подборе двигателя к рабочей машине для согласования оптимального значения угловых скоростей необходимо, чтобы механическая характеристика двигателя соответствовала характеристике рабочей машины. Чтобы уменьшить габариты и вес агрегата, следует применять быстроходные двигатели, так как мощность N ддвигателя равна N д = Мд×wд. В большинстве машинных агрегатов непосредственное соединение двигателя с рабочей машиной осуществить нельзя. Поэтому для повышения величины крутящего момента и соответствующего понижения угловой скорости между двигателем и рабочей машиной необходимо установить редуктор.
|
|
|
:
Рис. 295. Рис. 296.
Если в процессе работы агрегата резко изменяется нагрузка :на рабочие органы, то для лучшей приспособляемости двигателя к нагрузке рабочей машины все большее применение получают вариаторы (ступенчатые и бесступенчатые).
|
|
|
