32. Потери энергии на трение. Механический коэффициент полезного действия.
В процессе передачи сил от начального звена к рабочему органу машины часть работы расходуется на преодоление полезных сопротивлений (т. е. тех, для преодоления которых создана машина), а часть – на преодоление вредных сопротивлений (т.е. сил трения, аэродинамических сопротивлений, сопротивлений смазывающей жидкости и т. д.).
где
АД – работа движущих сил;
АПС – работа сил полезного сопротивления;
АТ – работа сил вредных сопротивлений (главным образом сил трения).
Механическим
коэффициентом полезного действия (КПД)
называется отношение работы сил полезного
сопротивления к работе движущих сил:
где ψ – коэффициент
потерь, который показывает, какая часть
работы движущих сил расходуется на
преодоление непроизводственных
сопротивлений.
Поскольку
ни в одном механизме ψ не может быть
равным нулю, то КПД всегда меньше единицы:
Чем выше КПД, тем
совершеннее машина в энергетическом
отношении, тем большая часть энергии
затрачивается на выполнение полезной
работы.
33 Синтез рычажных механизмов
Синтез осуществляется в несколько этапов:
Структурный синтез (выбор структуры механизма);
Кинематический синтез (определение геометрических параметров кинематической схемы);
Динамический синтез (определение динамических параметров: масс, моментов инерции звеньев и др.).
Структурный синтез может осуществляться по «структурным слоям»: если к стойке присоединять структурные группы, то всегда будет получаться нормальный механизм. Таких механизмов может быть множество. Какой из получившихся механизмов выбрать? Для того, чтобы оценить качество проектируемого механизма, надо задаться критериями оценки (критериями синтеза) и их желательными абсолютными или относительными значениями.
Входными параметрами синтеза являются критерии оценки механизма, а выходными – геометрические или динамические параметры кинематической схемы. Если число входных параметров соответствует числу выходных параметров, то задача синтеза, скорее всего, может быть решена. Если имеется несоответствие между числом входных и выходных параметров синтеза, то задача может либо не иметь решения в общем случае (число входных параметров больше), либо иметь множество решений (число входных параметров меньше числа выходных). В последнем случае часть выходных параметров задают произвольно, а остальные вычисляют, пользуясь составленными соотношениями между входными и выходными параметрами. При этом может получиться некоторое множество вариантов механизма с различной структурой, разным числом звеньев, разными габаритами, массой, энергопотреблением и т.д. Сравнивая варианты, выбирают такой, который в наилучшей степени соответствует выбранным критериям синтеза.
Рассмотрим некоторые из критериев синтеза.
Ход рабочего звена (HMAX).
Ход рабочего звена – расстояние между двумя его крайними положениями:
HMAX = Пмах – Пмин, (3.1)
где Пмах и Пмин - соответственно наибольшее и наименьшее значение функции положения рабочего звена. В некоторых самых простых случаях одного этого критерия достаточно для того, чтобы полностью определить размеры механизма. Например, в синусном механизме (рис. 3.1) нужно определить только один размер – длину кривошипа l1, которую легко выразить через HMAX:
,
(3.2)
Угол давления [] (или коэффициент к2).
Об угле давления речь шла в лекции 6. Здесь рассмотрим случай, когда угол давления ограничен сверху: max < []. Если заданы два критерия синтеза (HMAX и []), то можно спроектировать механизм с двумя геометрическими параметрами, например, центральный кривошипно-ползунный (рис. 3.2). Центральный (в отличие от внецентренного) – такой кривошипно-ползунный механизм, у которого линия действия ползуна проходит через ось вращения кривошипа.
Выразим ход рабочего звена (ползуна) HMAX через длину кривошипа r, руководствуясь следующими соображениями. Наибольшее значение Пmax функция положения имеет в положении q = 0, наименьшее Пmin - при q = . Очевидно, что разность между ними будет определяться длиной кривошипа: HMAX = 2r. Отсюда:
r = HMAX/2 (3.3)