Механические характеристики двигателей и рабочих машин

Схема механизма двигателя внутреннего сгорания

Для поршневого двигателя закон изменения движущих сил задается в виде индикаторной диаграммы, показывающей изменение давления рабочей смеси (газа, пара, сжатого воздуха) в течение цикла. Давление задано в зависимости от перемещения поршня , и указывает на перепад давления в рабочей и нерабочей полости цилиндра (Рис.1а). В нерабочей полости давление равно атмосферному. Диаграмма сил (Рис. 1б) отличается от диаграммы давлений (Рис. 1а) аргументом, величиной функции и знаком.

1. Давление задается в зависимости от перемещения поршня, сила строится как функция угла поворота кривошипа. Аргументом является угол поворота кривошипа, который можно считать обобщенной координатой механизма.

2. Величина силы определяется по формуле:

где: - сила, - давление, – диаметр поршня.

3. Знак силы определяется по знаку работы, которую выполняет сила. Работа положительна, если направление силы действующей на поршень совпадает с направлением движения поршня, и отрицательна, если направление силы и перемещение поршня противоположны (Рис.б).

Схема механизма компрессора

Аналогично из индикаторной диаграммы компрессора (Рис.2а) может быть получена диаграмма силы полезного сопротивления (Рис.2б):

1. рассчитывается величина силы ;

2. учитывается знак силы, соответствующий выполняемой работе;

3. диаграмма строится в зависимости от обобщенной координаты, то есть .

Схема механизма плунжерного насоса

Аналогично из индикаторной диаграммы плунжерного насоса (Рис.3а) может быть получена диаграмма силы полезного сопротивления (Рис.3б):

1. рассчитывается величина силы ;

2. учитывается знак силы, соответствующий выполняемой работе;

3. диаграмма строится в зависимости от обобщенной координаты, то есть .

Рис. 1. Двухтактный ДВС:

а) индикаторная диаграмма; б) диаграмма движущей силы

Рис. 2. Компрессор:

а) индикаторная диаграмма; б) диаграмма силы полезного сопротивления

Рис. 3. Силы полезного сопротивления для плунжерного насоса

Рис. 4. Силы полезного сопротивления для поперечно-строгального станка

Схема механизма поперечно-строгального станка

Иногда сила полезного сопротивления постоянна, например, силы трения в транспортных машинах или силы резания в станках (Рис.4). Для поперечно-строгального станка сила трения действует на рабочем и холостом ходу ползуна, сила резания действует на рабочем ходу, соответствующем длине детали , т.е. исключая перебег резца , необходимо определить угол поворота кривошипа, на котором происходит резание (Рис. 4). Диаграмма силы полезного сопротивления за один цикл дает значение этой силы в зависимости от угла поворота кривошипа, т.е. обобщенной координаты механизма.

Силы в кинематических парах плоских механизмов (без учета трения).

Сила, как векторная величина характеризуется относительно звеньев механизма тремя параметрами: координатами точки приложения, величиной и направлением. Рассмотрим с этих позиций реакции в КП плоских механизмов.

1. Вращательная КП. Во вращательной КП V класса результирующая реакции проходит через центр шарнира. Величина и направление этой реакции не известны, так как они зависят от величины и направлений заданных сил, приложенных к звеньям пары (рис.5а).

2. Поступательная КП. В поступательной КП V класса реакция перпендикулярна к оси движения этой пары, т.о. известно направление, но не известны точка приложения реакции и ее величина (рис.5б).

Вывод: в любой низшей КП плоского механизма могут возникнуть 2 неизвестные.

3. В высшей КП IV класса реакция приложена в точке контакта и направлена по общей нормали проведенной в точке контакта к соприкасающимся профилям звеньев. Т.е. для высшей пары известно направление реакции и точка ее приложения и неизвестна ее величина (рис.5в).

Р ис. 5а Рис. 5б Рис. 5в

Динамическая модель машинного агрегата и ее параметры

Динамическая модель – модель системы, предназначенная для исследования ее свойств в функции времени (или модель системы, предназначенная для исследования в ней динамических явлений).

При замене механизма динамической моделью необходимо выполнить следующие условия:

1. Закон движения входного звена механизма должен совпадать с законом движения модели его заменяющей.

Т.е. кинематические характеристики модели и звена приведения механизма должны быть одинаковыми или

Положение модели в пространстве и положение звена приведения должны быть одинаковыми или .

2. Модель должна быть нагружена условной силой или моментом, называемым приведенным моментом или силой и определяемым из условия равенства мгновенных мощностей модели и машинного агрегата. Т.е. или являются эквивалентом всей заданной нагрузки приложенной к машинному агрегату.

3. Модель должна обладать условной массой или моментом инерции, называемым приведенной массой или приведенным моментом инерции и определяемым из условия равенства кинетических энергий модели и машинного агрегата. Т.е. или являются эквивалентом все инерционности машинного агрегата.

Т.о. замена механизма динамической моделью заключается в:

1. Замене всех реальных сил силовым фактором.

2. Замене масс всех звеньев приведенным инерциальным фактором.

Замена сил и масс называется приведением, звено которое выбрано в качестве начального – звеном приведения.

Если звено приведения совершает вращательное движение, то все силы приводятся к приведенному моменту, а массы – к приведенному моменту инерции, если звено приведения совершает поступательное движение или приведение осуществляется к точке, то все силы приводятся к приведенной силе, а массы – к приведенной массе.