Механічний коефіцієнт корисної дії

З рівняння руху механізму для періоду усталеного руху видно, що , тобто вся енергія рушійних сил, яка витра­чається в машині, поділяється на дві частини: одна частина йде на перемагання сил виробничих (корисних) опорів, друга — на перемагання шкідливих опорів (сил тертя, опору середовища). Механізм або машина вважається тим досконалішими, чим більша частина енергії (за однакових інших умов), що підво­диться до них, й де на перемагання корисних опорів. Ефек­тивність використання енергії в машині характеризується так званим механічним коефіцієнтом корисної дії (ККД).

Механічним ККД η називають відношення роботи сил корис­ного опору до роботи рушійних сил за цикл усталеного руху, тобто:

(9.13)

У реальних машинах механічний ККД завжди менший за одиницю. Це пояснюється тим, що робота сил корисного опору завжди менша за роботу рушійних сил. Дійсно, з рівняння (9.11) видно, що , а оскільки робота сил шкідливого опору не дорівнює нулю ( ), то і .

Залежність (9.13) можна записати також у такому вигляді:

(9.14)

Відношення роботи сил шкідливого опору до роботи рушійних сил прийнято називати механічним коефіцієнтом втрат ψ. Відповідно до цього (9.14) можна записати так:

(9.15)

З (9.14) випливає, що механічний ККД може дорівнювати ну­лю, якщо робота рушійних сил дорівнює роботі всіх невиробничих опорів, які є в механізмі. За такої умови рух механізмів можливий, але без виконання будь-якої корисної роботи. Такий рух механізму називають холостим рухом. ККД не може бути меншим від нуля, оскільки для цього необхідно, щоб відношення робіт більше від одиниці, тобто . У таких випадках настає само­гальмування машини або механізму.

Отже, ККД машини або механізму може змінюватися в межах

(9.16)

Тоді з рівнянь (9.15) і (9.16) випливає, що коефіцієнт втрат змінюється в межах .

Слід зауважити, що механічний коефіцієнт корисної дії і ко­ефіцієнт втрат не дають повної характеристики машини, а та­кож інформації про її продуктивність, безпеку праці, вартість, якість продукції, яку вона випускає. Вони характеризують тільки ефективність використання енергії. ККД і коефіцієнт втрат придатні тільки для порівняння машин і пристроїв одна­кового призначення. У деяких машинах корисне навантаження дуже мале (наприклад, у поліграфічних і текстильних машинах, машинах швейної промисловості тощо), тому й ККД невеликий.

ККД і коефіцієнт втрат можна виразити і через відношення відповідних потужностей.

Під час руху машини ККД і коефіцієнт втрат не залишають­ся сталими, тому що під час руху машини змінюються зусилля, які діють на ланки машин, а значить, змінюються сили тертя і робота сил шкідливого опору (робота сил корисного опору та­кож може змінюватися). На практиці, як правило, обмежуються визначенням середнього значення ККД для якого-небудь проміжку часу, найчастіше для одного циклу періоду усталеного руху. Такий ККД називають цикловим. При обчисленні ККД для даного положення механізму дістаємо миттєвий коефіцієнт ко­рисної дії.

Для кожної машини існує деяка найвигідніша швидкість, при якій її ККД досягає максимального значення. Вищий ККД мають механізми і машини з чисто обертовим рухом ланок — ротаційні машини. Машини зі зворотно-поступальним рухом ланок — поршневі машини, механізми періодичної дії, мають здебільшого низький ККД через несприятливу дію динамічних сил (сил інерції).