8. Стадии движения машинного агрегата. Установившееся движение. Энергетическое соотношение. Понятие о кпд механической системы.

Коэффициентом полезного действия или КПД механической системы называют отношение работы сил полезного сопротивления к работе движущих сил за цикл ( или целое число циклов ) установившегося режима работы.

КПД механизма характеризует его эффективность при преобразовании энергии, определяет соотношение полученной на выходе полезной энергии и энергетических потерь в механизме на трение, перемешивание масла, вентиляцию, деформацию звеньев и др. Величину КПД можно рассчитать по следующей зависимости:

Рис. 9.10

где A_i - работа движущих сил, A_j - работа сил полезного сопротивления,  - коэффициент полезного действия,  - коэффициент потерь.

Работа движущих сил за цикл

работа сил полезного сопротивления за цикл

где М_дср и М_cср - среднеинтегральные значения движущего момента и момента сил сопротивления,

 _in , _jn и _{ i0} ,  _j0 - значения угловых координат звеньев i и j ,соответственно в начале и в конце цикла.

Подставим эти выражения в формулу для КПД и получим

где u_ji - передаточное отношение механизма.

С энергетической точки зрения главное предназначение любой машины – преобразование энергии двигателя, поступающей к нему от сети или другого источника, в работу сил полезной нагрузки, которые приложены к рабочему органу машины и выполняют отрицательную работу и являются сопротивлением объекта обработки. Большинство машин, прежде всего технологических, движутся периодически, т.е. их механизмы совершают некоторые законченные циклы. Различают:

-рабочий цикл – период движения механизмов, необходимый для выпуска единицы продукции

-кинематический цикл – промежуток работы машины, когда его механизмы приходят в начальное положение.

Полный цикл движения машины можно изобразить с помощью тахограммы в зависимости обобщенной координаты от времени, либо ее изменения.

Обобщенная координата – параметр машины, однозначно характеризующий движения ее звеньев. При одной степени подвижности это может быть угол поворота главного вала.

Главный вал – это такой вал машины, реальный или воображаемый, который совершает 1 оборот за 1 рабочий цикл.

W – угловая скорость главного вала; Тц – время работы цикла.

На тахограмме можно различить следующие промежутки:

1 w изменяется от 0 до среднего рабочего значения (разгон).

2 скорость w установилась и изменяется относительно wср (установившееся движение).

У большинства машин время работы и кинематического цикла совпадает.

Изменение кинетической энергии при 1 степени свободы можно наиболее просто исследовать с помощью уравнения изменения кинетической энергии:

Т-То=ΣА^(е) (1)

3 Выбег.

А^е = Адв. – Апс. – Авс. +_ Аg +_ Аупр.

Аg и Аупр – работа сил веса и сил упругости.

Т= То; Апс. =0

Из (1) получаем Адв = Т+Авс

При разбеге работа расходуется на создание заноса кинетической энергии.

При установившемся движении рассмотрим 1 цикл. Т=То; Адв=Апс+Авс (2), т.е. двигатель работает на преодоление полезных и вредных сопротивлений. Кинетическая энергия внутри цикла все же меняется из-за того, что движущие силы и силы сопротивления меняются по разным законам. Рассогласование работ – причина изменения w. Из (2) получаем:

Φ – коэффициент потерь

η – цикловой КПД