Всеки механизъм, който върши работа, трябва да получи енергия отнякъде, поради което се извършва тази работа. В най-простите случаи механизмът прехвърля само механична работа от източника на енергия към потребителя. Ето как работят простите машини и всички трансмисионни или задвижващи механизми, които са различни комбинации от прости машини; например ремъчно задвижване предава работа от двигател, който върти задвижваща шайба през задвижвана шайба към потребителя (машината).
Такъв задвижващ механизъм предава само определена мощност от източника към потребителя. Въпреки това, не цялата работа и следователно не цялата мощност, получена от механизма от източника, се прехвърля на потребителя.
Факт е, че във всеки механизъм има сили на триене, преодоляването на които изисква част от работата, изразходвана от механизма. Тази работа се превръща в топлина и обикновено е безполезна. Съотношението на мощността, която механизмът предава на потребителя, към общата мощност, подадена към механизма, се нарича коефициент на полезно действие на този механизъм (съкратено КПД).
Ако мощността, подадена към механизма, се означи с , а мощността, подадена от механизма към консуматора, се означи с , тогава ефективността на механизма ще бъде равна на
В този случай част от мощността, равна на , се губи в самия механизъм. Съотношението на тези загуби на мощност в механизма към общата мощност, подадена към механизма, е свързано с ефективността чрез прост израз:
.
Тъй като загубите на мощност са неизбежни във всеки механизъм, ефективността на всеки механизъм винаги е по-малка от единица; обикновено се изразява като процент. Те се стремят да направят всеки механизъм такъв, че безполезните загуби на енергия в него да са възможно най-малки, тоест ефективността да е възможно най-близка до единица. За да направите това, намалете колкото е възможно повече силите на триене и всяко вредно съпротивление в механизма. В най-напредналите механизми тези загуби могат да бъдат намалени толкова много, че ефективността да е само няколко процента по-малка от единица.
Много машини получават или отдават енергия не под формата на механична енергия, а под някаква друга форма. Например, парна машина използва енергията, притежавана от нагрята и компресирана пара; двигател с вътрешно горене - енергията, притежавана от горещи и сгъстени газове, образувани по време на изгарянето на горима смес. Електрическият мотор използва работа, извършена от електромагнитни сили. Напротив, генераторът на електрически ток получава енергия под формата на механична енергия и я освобождава под формата на електромагнитна енергия. Във всички тези случаи, в допълнение към загубите от триене, могат да възникнат и други загуби, например нагряване на проводниците от електрическия ток, протичащ през тях. Концепцията за ефективност в тези случаи запазва същото значение: ефективността на машината е съотношението на мощността, подадена от машината, към мощността, консумирана от машината, независимо от формата на енергия, в която тази мощност се консумира и доставя.
109.1 . В двоен блок с радиуси 40 и 5 cm върху въжето, навито около по-малкия блок, се прилага сила от 1000 N, за да се преодолеят силите на триене в блока и да се поддържа постоянна скорост на движението му, сила от 130 N се прилага към втория край на блока ефективност на блока?
109.2. Каква работа трябва да се извърши, за да се повдигне товар от 250 kg на височина 120 cm с помощта на верижен подемник, чиято ефективност е 65%?
109.3. Намерете ефективността на инсталация, състояща се от електрически двигател, задвижващ водна помпа, която доставя 75 литра вода в секунда на височина 4,7 m, ако електрическият двигател консумира мощност от 5 kW.
109.4. Електрически мотор с КПД 90% задвижва помпа с КПД 60%. Каква е ефективността на цялата инсталация?
109.5. Електрически влак се движи равномерно със скорост 60 km/h. Двигателите на електрическия влак консумират 900 kW мощност. Определете силата на съпротивление, изпитвана от целия влак по време на движение, ако е известно, че общата ефективност на двигателите и трансмисионните механизми е 80%.
109.6. Възможно ли е да се повдигне товар от 50 kg със скорост 3 m/s с електродвигател, който консумира 1,4 kW електрическа мощност?
Етапи (режими) на движение на механизма
В механизмите с една степен на свобода е обичайно да се разграничават три етапа (режима) на работа: движение, стабилно движение и движение надолу (фиг. 1.27). При изследване на изброените режими на работа на механизма ще използваме уравнение (1.65), в което разлагаме общата работа на всички сили на работата на движещите сили, работата на полезните и вредните съпротивителни сили:
На етап на излитанескоростта на връзките на механизма се увеличава от нула до определена работна стойност, съответстваща на скоростта на стойността в стационарно състояние. Следователно, на етапа на излитане и съгласно равенството (1.81), можем да запишем
Изразът (1.82) показва, че на етапа на излитане при стартиране на механизма задвижващите сили трябва не само да преодолеят силите на полезно и вредно съпротивление, но и да придадат кинетична енергия на механизма. В някои случаи, поради изискванията на технологичния процес, за да се намали времето за пускане, движещите се части на механизма на етапа на излитане не се натоварват с полезни съпротивителни сили. Например работният процес на рязане
Ориз. 1.27
обработката в металорежещите машини започва едва след завършване на етапа на подготовка.
Стабилен режим на движение на механизма– Това е движение, при което обобщената скорост и кинетична енергия на механизма са периодични функции на времето. Стабилно време на цикъла– това е минималният период от време, след който обобщената координата и кинетичната енергия на механизма приемат същите стойности като в началото на този интервал(виж Фиг. 1.27). Моментната скорост се променя по време на цикъла, но нейната средна стойност за цикъла и следователно за целия период на равномерно движение остава постоянна. Промяната в кинетичната енергия за целия период на стабилно движение е нула и уравнението (1.81) приема формата
От уравнение (1.83) е очевидно, че енергията на движещите сили в стационарно състояние на машините се изразходва само за преодоляване на полезни и вредни съпротивления. И колкото по-малко работа извършват силите на вредно съпротивление (триене и т.н.), толкова по-ефективно се използва енергията в машината.
На инерционен етап (Спри се) скоростите на връзките на механизма намаляват до нула. Следователно движещите сили са изключени. В края на изтичането и пренаписваме уравнение (1.81), както следва:
Когато цялата кинетична енергия на механизма се изразходва за преодоляване на силите на полезно и вредно съпротивление, механизмът спира. За да се намали времето за спиране, се използват спирачни устройства, които развиват допълнителна работа на спирачните сили. Използването на спирачни устройства е особено ефективно, ако по технологични причини полезните съпротивления са изключени по време на етапа на спиране.
Ефективност на механизма
Един от най-важните параметри, които оценяват качеството на машините и механизмите и ефективността на тяхното използване на входящата енергия, е коефициентът на полезно действие. Коефициент на ефективност (КПД)– това е отношението на работата на полезните съпротивителни сили към работата на движещите сили, извършени в същия период от време:
Ако ефективността се изчислява за безкрайно малък период от време (моментна ефективност), тогава вместо коефициента на работа се взема съотношението на мощността:
къде е мощността на управляваната връзка; – захранване на водещата връзка.
Тъй като равенството (1.83) е изпълнено през периода на равномерно движение, е удобно работата на полезните съпротивителни сили да се представи чрез разликата. Тогава ефективността на механизма по време на равномерно движение може да се изчисли с помощта на формулата
(1.84)
Отношението се нарича фактор на загуба/ При равномерно движение коефициентът на загуба се определя от равенствата
Коефициентите на ефективност и загуби са безразмерни величини. От практическа гледна точка най-голям интерес представляват техните стойности при равномерно движение на механизма.
Анализът на формула (1.84) ни позволява да направим следните заключения:
Ефективността се влияе от множество фактори, свързани с конструкцията на механизмите и машините и условията на тяхната работа. По този начин може да се постигне повишаване на ефективността чрез замяна на триенето при плъзгане с триене при търкаляне или използване на рационално смазване във фрикционните възли.
Лабораторна работа № 9
Определяне на ефективността на механизма
Цел на работата– изучаване на теоретичните основи за определяне на ефективността. прости механизми, научете се да определяте ефективността. двойка винтове експериментално и аналитично, сравнявайки получените резултати.
Коефициент на ефективност механизъм се нарича съотношението на работата на силите на полезно съпротивление (полезна работа) A ps към работата на движещите сили A dw за цикъл на стабилно движение
Тъй като по време на цикъл на равномерно движение работата на движещите сили е равна на сумата от работата на всички съпротивителни сили, полезни и вредни И всичко(последните включват сили на триене в кинематични двойки, сили на съпротивление на околната среда), след това
Съотношението на работата на вредните съпротивителни сили към работата на движещите сили се нарича коефициент на загуба:
Свързано е с ефективността. пристрастяване:
Ефективност определени само за режим на тегленеработа на машината, когато И п.с<0 и A dv>0.
За спирачен режим(с него И п.с>0 и A dv>0) ефективност неопределен.
Режимът на спиране е характерен за работата на машини, които използват самоспирачни механизми.
Работата на вредните съпротивителни сили И всичкоза дадена машина стойността не е постоянна и зависи от силата на полезното съпротивление. Колкото по-голяма е величината на тази сила, толкова по-голяма е величината на реакциите в кинематичните двойки и толкова по-големи са силите на триене.
Ефективност машината също е променлива стойност и зависи от силата на полезното съпротивление. До определена стойност на полезната съпротивителна сила, к.п.д. автомобили се увеличава, след това леко намалява. При нулева стойност на полезната съпротивителна сила ( Q =0), действайки върху изходната връзка, движещата сила или моментът на сила, приложен към входната връзка, не е равен на нула. Това се дължи на наличието на триене в кинематичните двойки на механизма, устойчивостта на околната среда и влиянието на гравитацията на връзките на машината.
Въртящият момент на двигателя, приложен към входната връзка, при Q =0Наречен въртящ момент на празен ход (М x.x.).
По този начин моментът на входната връзка ( М) има два компонента, първият е въртящият момент на празен ход ( М x.x.), вторият е моментът, причинен от силата на полезно съпротивление ( М Q) т.е.
Работните стойности за общото време на стабилно движение на машината са пропорционални на средните стойности на мощността за същия период от време. Коефициентът на работа във формула (1) може да бъде заменен с коефициента на мощност
Или
Където М1 и М 2 – съответно моменти на силите върху входните и изходните връзки;И – ъглови скорости на входните и изходните връзки;u 12 - предавателно отношение на механизма;- съотношение на мощносттамеханизъм като съотношението на момента на сила (сила) върху изходната връзка към момента на сила (сила) върху входната връзка.
Зависимостта (3) е удобна за използване за аналитично определяне на ефективността. За повечето механизми са получени формули за определяне на ефективността. Отклоненията в качеството на повърхностната обработка на частите, термичната обработка на материалите и условията на смазване обаче осигуряват редица допълнителни фактори, чието влияние върху величината на силите на триене и ефективността трябва да се вземат предвид. Не винаги е възможно при аналитичните изчисления. Ето защо е много важно да можете да определите ефективността. механизми експериментално.
Оборудване
Инсталация за определяне на КПД винтови двойки TMM-33 има основните технически данни:
1. Ефективността се определя при монтажа. за винтови двойки:
No1 – резба М 42х4,5. Диаметър на външната резбад =42 мм, стъпка на резбата Р=4,5 мм, едностранна резба n =1, където n – брой стартирания на нишка;
No2 – правоъгълна резба Права. 42 (3x8). Диаметър на външната резбад =42 мм, стъпка на резбата Р=8 мм, резба три въртяща се n =3.
2. Материал на винтовете – стомана 45. Материал на гайките – вложки – бронз ОТСС 5-5.
3. Въртенето на винтовете от електродвигателя е реверсивно, полуавтоматично - с ъглова скорост 60 1/s.
4. Работният ход на гайката по оста на винта е 300 mm.
6. Максималният въртящ момент на изходния вал на скоростната кутия е 100 Nm.
7. Консумирана мощност на електродвигателя – 50 W.
8. Захранване от АС – 110–127V, 50Hz.
9. Размери – 175х200х1440 мм.
Инсталацията е показана на фиг.1, принципната й схема е на фиг.2. Основата на инсталацията е рамка 1 от канал. Лагерите са фиксирани върху рамката в стелажи 2 и 3. В лагера на горния багажник 2 статорът на двигателя 4 и скоростната кутия 5 са монтирани с възможност за свободно въртене. Статорът на електродвигателя 4 е твърдо свързан с корпуса на скоростната кутия 5. В него е монтиран винт 6. лагерите на стелажите 2 и 3, който е свързан към изходящия вал на скоростната кутия 5. Той взаимодейства с винта чрез резбова гайка 7. Теглото 8 е монтирано върху окачване 9, прикрепено към гайката 7. Твърд лост 11 е прикрепен към капака на скоростната кутия 5, снабден с точкови ограничители, чрез които взаимодейства с листовата пружина 12. Циферблатният индикатор 13 взаимодейства с пружината.
Твърдо свързаната система - корпусът на двигателя (статор), корпусът на скоростната кутия - не е фиксиран към рамката, но може да се върти свободно в лагера на горния багажник 2. Когато двигателят е включен, роторът през скоростната кутия започва да се върти винта 6 и преместете гайката 7 с товар 8. Когато инсталацията работи (при въртене на винта), статорът на двигателя се стреми да се завърти в посока, обратна на въртенето на ротора. В този случай твърдият лост 11, прикрепен към статора, деформира листовата пружина 12. Индикаторът 13, имащ силова връзка с пружината, показва степента на деформация на пружината от влиянието на реактивния въртящ момент, равен на момента върху винтът 7. Работен цикъл (гайката се движи нагоре и се движи надолу в първоначалното си положение), Двигателят се включва и изключва чрез натискане на специален бутон 14, когато захранването е свързано с помощта на превключвателя 15. Бутонът и превключвателят са разположени на специален монтажен панел горе вдясно (фиг. 1). Когато гайката се движи нагоре, механизмът работи в режим на теглене, по време на който е необходимо да се вземат показанията на индикатор 13.
Ефективност двойка винтове се определя при различни аксиални натоварвания, създадени от набор от тежести. Въртящият момент на винта се определя с помощта на графика за калибриране.
Работен ред
1. Начертайте инсталационна схема. Запишете първоначалните данни: тип резба, стъпка на резбата, брой на началото на резбата, материал на винта, материали на гайката.
2. Използвайте превключвателя, за да свържете захранването.
3. В Q =0, като натиснете бутона "Старт", включете двигателя. Докато гайката се движи нагоре, вземете показания на индикаторната скала два до три пъти и ги въведете в таблицата. Тези показания на индикатора се използват за определяне на оборотите на празен ход М x.x на винта.
4. Задайте стойността на полезната съпротивителна силаQ тежести вариращи от 5 до 50 N. За всяка стойност на силата Q Чрез натискане на бутона "Старт" включете двигателя за цикъл на работа и при движение на гайката нагоре вземете показания на индикаторната скала.
5. Изчислете средните показания на стрелката на индикатора за всяка стойност на полезната съпротивителна сила. С помощта на диаграмата за калибриране определете моментите на винта (моментите на входната връзка).
6. Определете работата на задвижващите сили за един оборот на винта
Където М– стойността на въртящия момент на винта.
7. Изчислете полезната работа на оборот на винта
където Q – големината на полезната съпротивителна сила (аксиален товар);P h– ходът на гайката за оборот на винта.
8. Определете стойностите на ефективността. за различни стойности на полезната съпротивителна сила по формулата:
9. Определете въртящия момент на винта М Qс изключение на въртящия момент на празен ход М x.x . Изчислете актуализираните стойности на ефективността. винтова двойка. Въведете резултатите от изчислението в таблицата. Като използвате коригираните стойности, намерете средната ефективност.
|
Показания индикатор |
Въртящ момент на винта М |
И п.с =P h Q |
Момент на винта, без да се отчита М x.x М Q=М-М x.x |
||||||||
|
м 1 |
м 2 |
m c r |
|||||||||
|
мм |
мм |
мм |
Нмм |
Нмм |
Нмм |
Нмм |
Нмм |
||||
|
Q =0 Въпрос 1 |
М xx= |
||||||||||
"Московски държавен строителен университет"
Да сеКатедра "Механообзавеждане, машинни детайли и технология на металите".
Записки от лекции № 12 по дисциплината
"Теория на механизмите и машините"
за бакалаври в направление 190100.62
Москва 2013-12-02
Уравнение на енергийния баланс
В уравнението на движението можем да приемем, че промяната в кинетичната енергия е равна на работата на инерционните сили A и, а работата на съпротивителните сили се състои от сбора на работата: A ps - работата на производствените съпротивителни сили, A tr - работата на силите на триене и A st - работата на силите на гравитацията. Тогава, вместо уравнението на движението, можем да запишем
+ A u = A dv + A ps + A tr + ул
A dv + A ps + A tr + ул + А и =0.
Тук има знаци + преди работата на гравитацията и инерционните сили, защото те могат както да подпомагат, така и да възпрепятстват движението.
Като вземем тези работи върху елементарни движения и разделим на подходящото време, което получаваме уравнение на енергийния балансмашини във формата
N dv + N ps + N tr + N ул + N и =0,
по които може да се съди за ефективността на машината по отношение на енергията.
15.2. Механична ефективност
За решаване на конкретни проблеми е удобно този коефициент да се представи в друга форма като съотношението на съответните мощности η = N ps / N двигател. или чрез фактор на загубаφ= A tr/A dv.:
15.3. Ефективност на сложни механизми
15.3.1. Серийно свързване на механизми
За диаграмата на фиг. общата ефективност може да се намери като съотношението на работата A ps на полезните съпротивителни сили на целия механизъм, т.е. работата на неговия изход A n, към работата на движещите сили на целия механизъм, т.е. работата A 1 = A d на неговия вход: η = A n / A 1 . Подобен израз може да се напише за всеки от механизмите, а именно: η 1 = A 2 /A 1 ; η 2 = A 3 /A 2; η 3 = A 4 /A 3 ... η n = A n-1 /A n. Ако сега умножим всички тези ефективности, тогава междинната работа ще бъде намалена и съотношението на работата на изхода към работата на входа на целия механизъм ще остане и това е общата ефективност. Това е
η 1 ∙η 2 ∙η 3 ...∙η n = A n /A 1 = η.
Ориз. Схема на последователно свързани механизми
Разглежданият случай е доста често срещан в технологията, например в многостепенна скоростна кутия нейната ефективност е равна на произведението на ефективността на отделните етапи.
15.3.2. Паралелно свързване на механизми
При паралелно свързване на отделни механизми, например за веригата на фиг. общата ефективност може да се намери като съотношение на сумата от работата на изхода на паралелно свързани механизми към работата на входа. Това е
η = (A 2 + A 3)/A 1.
С известната ефективност на отделните механизми за всеки от тях можем да запишем:
(A 12 + A 13) = η 1 ∙A 1; A 2 =η 2 ∙A 12; A 3 =η 3 ∙A 13.
Тогава за целия механизъм, с изключение на междинната работа, получаваме:
η=η 1 ∙(A 2 +A 3)/(A 2 /η 2 +A 3 /η 3).
Ориз. Схема на паралелно свързване на механизми
Разглежданият случай може да възникне в разклонени устройства. В конкретния случай на двустепенна скоростна кутия с раздвоена втора степен, ако приемем, че те са практически еднакви, получаваме същата формула, както при конвенционална двустепенна скоростна кутия:
η=η 1 ∙η 2 ∙(η 3) 3 ,
където η 1 ∙η 2 е ефективността на зацепването на първия и втория етап, η 3 е ефективността на двойка лагери.
Пример. Средната тяга на двигателя е 882 N. За 100 км пътуване той изразходва 7 кг бензин. Определете ефективността на неговия двигател. Първо си намерете възнаграждаваща работа. Тя е равна на произведението на силата F и разстоянието S, изминато от тялото под нейното въздействие Аn=F∙S. Определете количеството топлина, което ще се отдели при изгаряне на 7 kg бензин, това ще бъде изразходваната работа Az = Q = q∙m, където q е специфичното гориво, за бензин е равно на 42∙10^6 J/ kg, а m е масата на това гориво. Ефективността на двигателя ще бъде равна на ефективност=(F∙S)/(q∙m)∙100%= (882∙100000)/(42∙10^6∙7)∙100%=30%.
Като цяло, за да се намери ефективността на всеки топлинен двигател (двигател с вътрешно горене, парен двигател и т.н.), където работата се извършва от газ, има коеф. полезен действияравна на разликата в топлината, отделена от нагревателя Q1 и получена от хладилника Q2, намерете разликата между топлината на нагревателя и хладилника и разделете на топлината на ефективността на нагревателя = (Q1-Q2)/Q1 . Тук ефективността е в подкратни единици от 0 до 1, преобразувайте резултата, умножете го по 100.
За да получите ефективността на идеална топлинна машина (машина на Карно), намерете съотношението на температурната разлика между нагревателя T1 и хладилника T2 към ефективността на температурата на нагревателя = (T1-T2)/T1. Това е максималната възможна ефективност за определен тип топлинна машина при зададени температури на нагревателя и хладилника.
Определете общия. Този вид информация може да бъде получена чрез позоваване на данни от преброяването. За да определите общата раждаемост, смъртност, бракове и разводи, ще трябва да намерите произведението на общото население и периода на изчисление. Запишете полученото число в знаменателя.
Поставете върху числителя индикатора, съответстващ на желания роднина. Например, ако сте изправени пред определяне на общия коефициент на плодовитост, тогава на мястото на числителя трябва да има число, отразяващо общия брой раждания за периода, който ви интересува. Ако целта ви е смъртността или брачността, тогава на мястото на числителя поставете съответно броя на смъртните случаи през изчислителния период или броя на браковете.
Умножете полученото число по 1000. Това ще бъде общият коефициент, който търсите. Ако сте изправени пред задачата да намерите общия темп на растеж, извадете смъртността от раждаемостта.
Видео по темата
източници:
- Общи жизнени показатели
Думата „работа“ се отнася предимно до дейности, които осигуряват на човек средства за съществуване. С други думи, той получава материална награда за това. Въпреки това хората са готови в свободното си време, безвъзмездно или срещу чисто символично заплащане, да се включат и в обществено полезен труд, насочен към подпомагане на нуждаещи се, облагородяване на дворове и улици, озеленяване и др. Броят на такива доброволци със сигурност ще бъде още по-голям, но те често не знаят къде могат да бъдат необходими услугите им.
Много хора искат да участват в подобряването на родния си град. Те трябва да се свържат със съответните структури на местната община, например отговорните за почистването на площите и озеленяването. Определено ще има работа. Освен това можете, например, по собствена инициатива да направите цветна леха под прозорците на къщата си и да засадите цветя.
Има хора, които много обичат животните и искат да помогнат на бездомните кучета и котки. Ако попадате в тази категория, свържете се с местни организации за хуманно отношение към животните или собственици на приюти за животни. Е, ако живеете в голям град, където има зоологически градини, попитайте администрацията дали са необходими помощници, които да се грижат за животните
Коефициент на влажност
Коефициентът на овлажняване е специален показател, разработен от метеоролозите за оценка на степента на влажност на климата в определен регион. Взето е предвид, че климатът е дългосрочна характеристика на метеорологичните условия в даден район. Поради това беше решено да се вземе предвид коефициентът на овлажняване за дълъг период от време: като правило този коефициент се изчислява въз основа на данни, събрани през годината.По този начин коефициентът на овлажняване показва колко валежи падат през този период във въпросния регион. Това от своя страна е един от основните фактори, определящи преобладаващия тип растителност в този район.
Изчисляване на коефициента на влажност
Формулата за изчисляване на коефициента на овлажняване е следната: K = R / E. В тази формула символът K означава действителния коефициент на овлажняване, а символът R означава количеството на валежите, паднали в даден район през годината, изразено в милиметри. И накрая, символът E обозначава количеството на валежите, което се изпари от повърхността на земята за същия период от време.Посоченото количество валежи, което също се изразява в милиметри, зависи от температурата в даден регион през определен период от време и други фактори. Следователно, въпреки привидната простота на дадената формула, изчисляването на коефициента на овлажняване изисква голям брой предварителни измервания с помощта на прецизни инструменти и може да се извърши само от достатъчно голям екип от метеоролози.
От своя страна стойността на коефициента на влага в определен район, като се вземат предвид всички тези показатели, като правило, позволява да се определи с висока степен на надеждност кой тип растителност преобладава в този регион. Така че, ако коефициентът на влажност надвишава 1, това показва високо ниво на влажност в дадена област, което води до преобладаване на такива видове растителност като тайга, тундра или горска тундра.
Достатъчното ниво на влажност съответства на коефициент на овлажняване, равен на 1, и като правило се характеризира с преобладаване на смесени или. Коефициентът на овлажняване от 0,6 до 1 е типичен за лесостепните райони, от 0,3 до 0,6 - за степите, от 0,1 до 0,3 - за полупустинните райони и от 0 до 0,1 - за пустините.
източници:
- Овлажняване, коефициенти на овлажняване