Файл: Учебное пособие по дисциплине Механика Модуль Прикладная механика.docx

За цикл изменение кинетической энергии равно нулю  . Внутри цикла угловая скорость вала может меняться, что вызывает дополнительные динамические (инерционные) нагрузки, а также дополнительное трение в кинематических парах, снижающее надежность механизма и его кпд.

Ухудшаются условия работы механизма, приходится увеличивать материалоемкость машины, повышать прочность звеньев, нести дополнительные энергетические затраты на преодоление трения.


Рис. 9.41. Периодические колебания угловой скорости главного вала машины в период установившегося движения

 

Коэффициент неравномерности хода ведущего вала машины   выразим формулой

,                                                    (13)

где

.                                               (14)  

Из (13) и (14) получим

Величинаможет находиться в следующих пределах: для ударных машин и прессов  , для металлорежущих станков  , для двигателей  .

 

9.9. Регулирование периодических колебаний угловой скорости с помощью маховика
В случае необеспечения требуемой величины   при работе машины могут возникнуть нежелательные явления и процессы (вибрация, повышенные энергетические затраты, невозможность выполнения технологического процесса и т.д.). При условии периодических колебаний угловой скорости вала для получения заданной величины   используют маховик – массивное колесо с большим моментом инерции.

Основная задача при расчете маховика – это определение его момента инерции. Маховик с таким моментом инерции   в интервале скоростей от  до   (см. рис. 5.5) должен произвести работу, равную изменению кинетической энергии механизма за это время:

.

 

Расчет величины момента инерции маховика
Приведенный момент инерции механизма можно представить в виде

при  ,

при  ,

где  – постоянная составляющая приведенного момента инерции механизма;   – момент инерции маховика или маховых масс (колес, валов и т.д.), (величина постоянная для данного механизма);  – составляющая приведенного момента инерции при максимальной скорости в цикле  ;  – составляющая приведенного момента инерции при минимальной скорости в цикле  .

Тогда

.                                     (15)

Из (15) следует (если  , 

---

.

С учетом (13) и (14) получим

.          (16)

Для определения величины   задаются величинами   и  . Формулу (16) можно упростить, если принять  . Тогда

.

При больших маховых массах (когда  ) можно приближенно принять

.

Для определения величины   можно пользоваться диаграммами моментов сил движущих   и сил сопротивлений   (рис. 9.42).


Рис. 9.42. Моменты сил движущих и сил сопротивлений в цикле Т

 

Площади f₁…f₄, ограниченные кривой М_сопр и графиком М_дв, представляют собой разности работ движущих моментов М_дв и моментов сопротивлений М_сопр. Суммы площадей имеют соотношение 

Выбирают наибольшую из заштрихованных площадей. Если  , то величину максимальной избыточной работы можно определить по формуле

,

где   и  – масштабы графиков по осям   и М.
Регулирование непериодических колебаний скорости движения машин
В процессе выполнения работы приходится регулировать скорость рабочего органа машины. Например, в стационарных двигателях необходимо поддерживать скорость рабочего органа постоянной, а в двигателях транспортных машин эта скорость должна изменяться в широких пределах.

Из уравнения движения машины следует, что изменения скорости рабочего органа можно достигнуть за счет изменения разности работ движущих сил и сил сопротивления  ( ). 

Устройства, обеспечивающие изменения работы сил сопротивления применяются в виде тормозов, например, в транспортных машинах, которые снабжаются также и приспособлениями для одновременного разобщения двигателя с машиной – орудием.

Другим способом регулирования является изменение работы движущих сил путем воздействия на орган, подающий энергию к входному звену (поршню у двигателя внутреннего сгорания, лопаткам турбины и т.д.).

Регулирование может осуществляться либо человеком-оператором, либо автоматически – с помощью устройств, называемых регуляторами.

---

                                                

Рис. 9.43

 

Одним из них является центробежный регулятор (рис.42), приводимый во вращение валом двигателя В. Ползун А соединяется с органом, подводящим рабочее тело (пар, горючая смесь и т.д.). Регулятор автоматически поддерживает скорость вала двигателя постоянной, т.к. ее увеличение приводит к уменьшению подачи рабочего тела и наоборот.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
- Что является целью курса ТММ, какие задачи решаются в курсе ТММ?

- Какие основные разделы содержит курс ТММ?

- Что называется "проектом" и "инженерным проектированием"?

- Перечислите основные этапы процесса проектирования?

- Дайте определения понятий "техническая система" и "структура"?

- Что называется "машиной", какие виды машин Вы знаете?

- Дайте определения понятий "звено" и "кинематическая пара"?

- Какая техническая система называется механизмом?

- Почему вращательное движение наиболее распространено в механизмах и машинах?

- Какие функции могут выполнять механические передачи?

- Какие механизмы называют рычажными?

- Какие звенья всегда входят в состав шарнирных механизмов?

- Чем кривошип отличается от коромысла?

- В чем особенность зубчатой передачи и кулачкового механизма?

- Что такое кулачок?

- Что такое передаточное число?

- Как определяют передаточное число и КПД многоступенчатой передачи?

- Как изменяются от ведущего к ведомому валу такие характеристики передачи как мощность, вращающий момент, частота вращения?

- В какой форме может быть представлена структурная модель механизма?

- Какова цель структурного анализа?

- Что понимают под логическими приемами анализа и синтеза?

- Что называют звеном механизма?

- Что называют кинематической парой?

- Как классифицируются плоские кинематические пары?

- Что называется кинематической цепью?

- Как рассчитать подвижность плоского механизма?

- Какой физический смысл имеет подвижность механизма?

- Что собой представляет избыточная связь?

- Перечислите признаки по которым классифицируются кинематические пары?

- Что называют структурным анализом и структурным синтезом?

- Каким образом при выборе структурной схемы механизма учитываются ее функциональные возможности?

- Какие избыточные связи полезны для работы механизма?

---

- Чем кинематическая пара отличается от других подвижных соединений двух звеньев?

- Какими преимуществами и недостатками обладают низшие пары по сравнению с высшими?

- Напишите формулы для подсчета подвижности механизма для плоскости и для пространства?

- Как из кинематической цепи получить механизм?

- Чему равно минимальное число звеньев и кинематических пар в кинематической цепи?

- Что называется "функцией положения" для звена или точки механизма?

- В чем различие между кинематическими и геометрическими характеристиками механизма?

- Какие функции называются кинематическими передаточными функциями механизма?

- Какие передаточные функции механизма называются главными, а какие вспомогательными?

- Перечислите методы геометро-кинематического исследования механизмов?

- Что называется "центроидой", как центроиды используются при кинематическом исследовании механизма?

- Как метод кинематических диаграмм применяется при кинематическом исследовании механизмов?

- Как применяется метод преобразования координат при решении прямой задачи о положении точки выходного звена?

- Опишите последовательность кинематического анализа плоского механизма.

- По какому признаку можно установить, является ли равномерным (или неравномерным) относительное движение звеньев, образующих поступательную пару?

- Дайте классификацию сил, действующих в кинематических парах механизмов?

- Перечислите виды силового расчета механизмов?

- Как определить число неизвестных в силовом расчете?

- Назовите цели и методы силового анализа механизма.

- Сформулируйте условие статической определимости плоского механизма.

- Что изучается в разделе курса динамика машин и механизмов?

- Как формулируются прямая и обратная задачи динамики машин?

- Что называется "энергией", "работой" и "мощностью"?

- Как идеальные механизмы преобразуют энергию?

- Что называют коэффициентом полезного действия механической системы ?

- Как определяется КПД механической системы при последовательном и параллельном соединении элементов ?

- Какой режим движения машины называется установившимся ?

- Что называется "коэффициентом неравномерности" и какие величины этого коэффициента установлены для различных машин?

- Какими методами регулируется величина "коэффициента неравномерности" ?

- Как влияет момент инерции маховика на коэффициент неравномерности ?

- Как по коэффициенту неравномерности определяется необходимая маховая масса первой группы звеньев ?

---

- Изложите алгоритм решения задачи регулирования хода машины по методу Н.И. Мерцалова ?

- По каким зависимостям рассчитываются первые передаточные функции кривошипно-ползунного механизма ?

- Как определяются параметра динамической модели для двигателя внутреннего сгорания ?

- Как строится диаграмма кинетической энергии второй группы звеньев ?

- Как строится диаграмма угловой скорости звена приведения ?

- Как учитывается статическая характеристика асинхронного электродвигателя при анализе динамических процессов ?

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. 
   Александров А.В. и др. Сопротивление материалов: Учебник для ст-тов вузов – 2-е изд., испр. – М.: Высшая школа, 2008. – 559 с.
   
2. 
   Бояршинов, С.В. Основы строительной механики машин – М. : Машиностроение, 2006. – 456 с.
   
3. 
   Гафаров Р.Х. Что нужно знать о сопротивлении материалов: Учебное пособие для вузов обуч. по направлениям подгот. и спец. в области техники и технологии – М.: Машиностроение, 2007. – 275 с.
   
4. 
   Дарков, А.В. Сопротивление материалов. – М. : Высшая школа, 2007. – 623 с
   
5. 
   Миролюбов И.Н. и др. Пособие по решению задач по сопротивлению материалов: учебное пособие для технических вузов. – М.: Высшая школа, 2007. – 399 с
   
6. 
   Степин П.А. Сопротивление материалов. – М. : Высшая школа, 2008. – 303 с.
   
7. 
   Феодосьев В.И. Сопротивление материалов: Учебник для студ-ов высш. техн. учеб.зав. – 10-е изд., перераб. и доп. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. – 588 с.
   

---