1.3. Механические характеристики рабочих органов машины

Механической характеристикой (МХ) рабочих органов машины (РОМ) называют зависимость

. (1)

где – угловая скорость вращения РОМ; – момент сопротивления РОМ.

МХ РОМ называют также зависимость

. (2)

При анализе приводов часто используются не физические (1) и (2), а приведенные механические характеристики РОМ. Они представляют собой зависимости вида

, (3)

). (4)

где – угловая скорость вращения двигателя, – приведенный момент сопротивления РОМ.

Существует следующая классификация моментов сопротивления. Различают активные и реактивные моменты сопротивления.

Активными называют моменты сопротивления, обусловленные внешними источниками энергии. Характерной особенностью активного момента является его независимость от знака скорости ω. Классический пример активного момента – момент, создаваемый при подъеме или опускании груза (рисунок 1).

Рисунок 1-Схема подъема/опускания груза, создающего активный момент сопротивления

На груз, подвешенный к блоку радиуса r, действует сила тяжести P. Блок может вращаться по или против часовой стрелки с угловой скоростью . Момент сопротивления , создаваемый при этом, будет равен произведению модуля силы тяжести на радиус блока, т.е.

. (5)

Как видно из соотношения (5), момент сопротивления не зависит от скорости ω вращения блока. Механическая характеристика РОМ с активным моментом изображена на рисунке 2. Как видно, она параллельна оси ординат.

Рисунок 2-МХ РОМ с активным моментом

Реактивным называют момент, представляющий собой реакцию на электромагнитный момент двигателя. Характерной особенностью реактивного момента является его зависимость от знака скорости. Также реактивный момент зависит и от других факторов. По этому признаку выделяют следующие типы реактивного момента:

• момент сухого трения,

• момент вязкого трения,

• вентиляторный момент.

Приведем на рисунке 3 график МХ РОМ с идеальным моментом сухого трения. Момент сухого трения при положительных значениях скорости ω имеет положительные значения и не меняется, а при отрицательных скоростях – отрицательные и также не меняется. В общем случае амплитуда положительного и отрицательного моментов сухого трения различна. Однако для момента сухого трения, приведенного на рисунке 3, она принимается для простоты одинаковой.

Рисунок 3-МХ РОМ с идеальным моментом сухого трения

МХ РОМ с идеальным моментом сухого трения можно представить также и в обратном виде, т.е. в виде зависимости момента сопротивления от угловой скорости ω (рисунок 4).

Рисунок 4-МХ РОМ с идеальным моментом сухого трения

Аналитически такая МХ представима в виде

). (6)

При вязком трении знак момента сопротивления также зависит от знака угловой скорости, но с изменением скорости линейно изменяется. График указанной МХ представлен на рисунке 5.

Рисунок 5-МХ РОМ с моментом вязкого трения

Уравнение МХ в этом случае записывается в виде

, (7)

где – коэффициент вязкого трения.

Следующим типом момента сопротивления РОМ является вентиляторный момент. Нагрузкой привода в данном случае является вентилятор, перемещающий жидкую либо газообразную среду.

Качественно он напоминает вязкое трение. Характерной особенностью данного типа момента является то, что при увеличении угловой скорости момент возрастает достаточно резко – быстрее, чем возрастает скорость. Качественно график МХ вентиляторного момента представлен на рисунке 6.

Рисунок 6-МХ РОМ с вентиляторным моментом

Уравнение МХ РОМ с вентиляторным моментом записывается следующим образом:

), (8)

где – коэффициент; = 1.5...3 – коэффициент.

Таковы основные моменты сопротивления РОМ, рассматриваемые в теории электропривода.