15.3. Механічні характеристики машин.

Механічною характеристикою двигуна, або робочої машини називають залежність силового параметра від одного чи кількох кінематичних параметрів і часу.

При доборі двигуна до робочої машини для узгодження оптимального значення кутових швидкостей треба, щоб механічна характеристика двигуна відповідала характеристиці робочої машини. Щоб зменшити габарити та масу агрегату, треба застосовувати швидкохідні двигуни, бо потужність двигуна N дорівнює

N=M_pω, /15.3/

де M_p - момент рушійних сил, ω - кутова швидкість.

У більшості машинних агрегатів безпосереднє з'єднання двигуна з робочою машиною здійснити неможливо. Тому для збільшення величини крутного моменту і відповідного зменшення кутової швидкості між дви­гуном і робочою машиною встановлюють редуктор.

Залежно від типу двигуна чи робочої машини механічні характеристики бувають більш-менш складними. Розглянемо механічні характерис­тики деяких машин.

На рис 15.2 показані механічні характеристики електродвигунів постійного струму: а - з паралельним збудженням; б - з послідовним збудженням.

Механічні характеристики електродвигунів постійного струму

а - з паралельним збудженням; б - з послідовним збудженням

Рис.15.2

На рис.15.З показано механічну характеристику асинхронного еле­ктродвигуна трифазного струму.

Механічна характеристика цього двигуна складається з двох час­тин: перша - висхідна, нестійка частина розташована ліворуч М_мах; друга - низхідна, стійка частина розташована праворуч М_мах, ця частина являється робочою. При деякому значенні кутової швидкості ω , що відповідає номінальному моменту М_н, двигуна і номінальній швидкості ω_н, двигун розвиває максимальну потужність. Кутова швид­кість ω_с, при якій М_р= 0, називається синхронною і з цією швидкістю ротор обертається під час холостого ходу. Точка а діаграми визначає положення максимального перекидного моменту М_мах міні­мально допустимої кутової швидкості ω_min робочої частини характе­ристики, а т.О визначає початковий пусковий момент Мп при нульо­вій кутовій швидкості ротора. Умови роботи електродвигунів при низь­ких швидкостях обертання значно погіршуються.

М еханічна характеристика асинхронного електродвигуна

Рис 15.3

Механічна характеристика двигуна внутрішнього згоряння показана на рис.15.4 двома кривими, що виражають залежність моменту М, який розвивається на головному валу, і потужності N від швидкості ω.

Механічна характеристика двигуна внутрішнього згорання

Рис.15.4

15.4. Режими руху механізмів.

Механізм являє собою механічну систему з двосторонніми не залеж­ними від часу зв'язками, що рухається під дією сил. Тому при розв'я­занні деяких питань динаміки механізмів з одним ступенем вільності можна визначити закон зміни кінетичної енергії. Цей закон форму­люється так: приріст кінетичної енергії механізму на кінцевому його переміщенні дорівнює алгебраїчній сумі робіт усіх заданих сил і реакцій зв'язків на відповідних переміщеннях точок їх прикладання

T – T₀ = ΣA, /15.4/

де - кінетична енергія механізму в довільному положенні;

- кінетична енергія механізму в початковому положенні; ΣА-алгебраїчна сума робіт усіх сил і моментів, прикладених до механіз­му.

Якщо ланка здійснює плоскопаралельний рух, то кінетичну енергію визначають за формулою:

, /15.5/

де Іs_i - динамічний момент інерції i ланки відносно осі, яка проходить через центр мас ланки; ω_і - кутова швидкість i ланки; m_i - маса i лан­ки; Vs_i - швидкість центра мас i ланки. Перша складова правої частини рівняння /15.5/ являє собою кінетичну енергію в обертальному русі ланки, а друга - кінетичну енергію в поступальному русі тієї самої ланки.

При обертальному русі ланки навколо нерухомої осі 0 кінетична енергія визначається:

, /15.6/

де Іs_i - момент інерції ланки i відносно нерухомої осі 0 обертання.

Якщо ланка рухається поступально, то її кутова швидкість дорівнює нулю, і для обчислення кінетичної енергії цієї ланки досить ви­користати другий член правої частини рівняння /15.5/.

Кінетична енергія усього механізму дорівнює сумі кінетичних енергій усіх його ланок:

, /15.7/

де п - число рухомих ланок механізму.

За характером зміни кінетичної енергії повний цикл роботи машинного агрегату в загальному випадку складається з трьох частин: розгону /пуску/, усталеного руху і вибігу /зупинки/ /рис.15.5/.

Час розгону t_p характеризується збільшенням швидкості ведучої ланки від нуля до номінального значення, а це можливо за умови, як­що робота А_р рушійних сил більша, ніж робота А_оп усіх сил опору

А_р> А_оп. /15.8/

Режими руху

Рис 15.5

Час зупинки характеризується зменшенням швидкості ведучої ланки від номінального значення до нуля, тоді

А_р < А_оп. /15.9/

Час розгону і час зупинки машини не повинен бути тривалим. Час усталеного руху t_у найтриваліший, при цьому русі

А_р = А_оп. /15.10/

Протягом цього часу виконується корисна робота, для здійснення якої і призначений агрегат.

Робота А_оп усіх сил опору складається із суми робіт А_ко сил корисного /виробничого/ опору і робіт A_f сил тертя та інших не­виробничих опорів:

А_оп = А_ко+ A_f. /15.11/