2.5.2. Уравновешивание механизмов. Основные понятия
При ускоренном движении звеньев механизма силовое воздействие машины на ее основание содержит динамические составляющие (силы инерции). При установившемся режиме динамические составляющие изменяются циклически, вызывают периодические возмущения и вибрацию. Для устранения вредного воздействия вибраций на механизм решается задача его уравновешивания, которая является задачей динамического проектирования механизмов.
Механизм,
а также его звенья, уравновешены, если
главный вектор
и главный момент
сил инерции равны нулю:
. (2.29)
Для звеньев, совершающих вращательное движение, это условие выполняется в случае, когда центр массы тела лежит на оси вращения, которая совпадает с одной из главных осей инерции.
Специальные мероприятия, выполняемые при проектировании механизма и ставящие своей целью достичь условия
,
называют
статическим
уравновешиванием
(mί
– массы звеньев;
– ускорение центра масс звеньев
механизма). Статическое уравновешивание
– это действия, в результате которых
центр масс системы подвижных звеньев
рабочего механизма становится неподвижным.
Достичь этого можно методом заменяющих
масс.
Специальные мероприятия, при которых выполняется условие Мu = 0,
называют моментным уравновешиванием механизма. Оно проводится при условии, что предварительно выполнено условие статического уравновешивания.
Экспериментальное определение неуравновешенности вращающихся звеньев (тел) и ее устранение называется балансировкой. Она производится на специальных балансировочных устройствах (станках).
Статическая балансировка производится для тел с малой угловой скоростью вращения и малыми осевыми размерами по сравнению с диаметром (маховики, зубчатые колеса и др.). Для уравновешивания достаточно с противоположной стороны смещению центра масс от оси вращения поставить определенную дополнительную массу (противовес).
Динамическая балансировка производится для быстровращающихся тел и тел, у которых длина соизмерима или больше диаметра (роторы электродвигателей, турбины, насосы и др.) путем постановки противовесов (дополнительных масс) в двух произвольно выбранных плоскостях относительно центра масс.
2.6. Коэффициент полезного действия машин и механизмов
Энергия, подводимая к механизму в виде работы Ад движущих сил и моментов, расходуется на совершение полезной работы Ап.с, т.е. работы сил и моментов полезного сопротивления, а также на совершение работы Ат, связанной с преодолением сил трения в кинематических парах и сил сопротивления среды:
Ад = Ап.с + Ат.
Показателем полезного использования энергии, подводимой к механизму, является коэффициент полезного действия.
Механическим коэффициентом полезного действия (КПД) называют отношение работы, затрачиваемой на преодоление сил полезного сопротивления, к работе движущих сил за период, т.е.
η = Ап.с/ Ад . (2.30)
КПД показывает, какая доля механической энергии, подведенной к машине, полезно расходуется на совершение той работы, для которой машина создана. Чем больше КПД, тем совершеннее механизм и машина.
Показателем потери энергии в механизме является коэффициент потерь.
Механическим коэффициентом потерь называют отношение
φ = Ат/ Ад . (2.31)
Этот коэффициент характеризует, какая доля энергии, подведенной к машине, из-за различных видов трения превращается в теплоту и теряется, рассеивается в окружающем пространстве. Между коэффициентом потерь и КПД существует связь: φ = 1 – η. КПД и коэффициент потерь – важнейшие характеристики механизмов и машин.
В уравнении (2.30) работу сил можно заменить соответствующими значениями мощностей:
η = Рп.с/ Рд . (2.32)
КПД и коэффициент потерь определяются, когда механизм находится в установившемся движении. Если оно периодическое, то указанные коэффициенты представляют собой средние за цикл энергетические характеристики механизма.
При последовательном соединении механизмов общий КПД определяется как произведение КПД отдельных механизмов:
(2.33)
При параллельном соединении механизмов работа движущих сил приложена к общему приводу, а силы полезных сопротивлений к каждому отдельному механизму
.
КПД при параллельном соединении
(2.34)
Из (2.34) следует, что параллельное соединение механизмов выгоднее, чем последовательное, так как низкое качество данного механизма меньше влияет на общий КПД.