Мощность машин и её преобразование в механизмах 1 страница

⇐ ПредыдущаяСтр 37 из 81Следующая ⇒

Человечество до сих пор ещё не научилось создавать энергию. Вся энергия, используемая даже самыми передовыми цивилизациями (США, Япония) добыта всего лишь примитивным грабежом у природы. В этом смысле современный человек не продвинулся качественно дальше дикаря с охапкой веток для костра.

Вся, так называемая "энергетика", а также все машины, механизмы, вся низкая и высокая технология − заняты всего лишь переработкой, преобразованием и, главное, тратой энергии, созданной природой (излучение солнца, ядерная энергия, ископаемые энергоносители, кинетическая энергия ветра и воды).

Ошибкой было бы думать, что какой-либо механизм в принципе способен производить, увеличивать или хотя бы сохранять энергию.

Поскольку люди и их машины существуют в режиме реального времени, то более практичной и наглядной величиной является мощность − производная от совершаемой работы по времени, которую можно фактически назвать "скоростью совершения работы" или "скоростью преобразования энергии". Мощность (исчисляемая в лошадиных силах или ваттах) является главнейшей характеристикой всех машин, от старинных паровых котлов до сложнейших мехатронных систем. В плане законов физики, законов сохранения, понятия мощности и энергии могут считаться практически синонимами. Когда теряется энергия, снижается и мощность.

Мощность, однако, не является параметром, её невозможно измерить непосредственно. В философии есть понятия "сущность" и "явление". Так вот, мощность это сущность процессов движения машин, а является она нам в виде силы и скорости, или в виде вращающего момента и угловой скорости. Эти параметры (сила F, момент M, скорость V или угловая скорость ω) поддаются измерению, а соответственно может быть вычислена и мощность N.

В несложных формулах (математических моделях) мощности при поступательном движении N=F∙V и при вращательном движении N=M∙ω видно, что сомножители могут изменяться в разные стороны, а произведение оставаться тем же. Так одна и та же мощность может быть реализована либо высокой скоростью и малой силой (высокоскоростные машины и механизмы), либо большой силой на малых скоростях (тихоходные высоконагруженные машины и механизмы).

Механическая мощность передаётся механизмами от двигателя (входного звена) к потребителю (выходному звену) и на этом пути может только убывать за счёт потерь на трениеглавным образом в кинематических парах, а также контакте деталей с окружающей средой (смазка, воздух и т.п.). Потери на трение в механизмах учитываются коэффициентом полезного действия (КПД), который показывает, сколько процентов составляет полезная мощность (полученная потребителем через выходное звено) от затраченной мощности (полученной входным звеном от двигателя). КПД фактически учитывает все потери на трение.

Так, мощность, доходящая до выходного звена и получаемая потребителем будет равна ,

где N_дв − мощность, развиваемая двигателем на входном звене;

− коэффициент полезного действия всего механизма.

В многоступенчатых механизмах с многозвенными кинематическими цепями с последовательным соединением (рис.29) общие потери учитываются произведением КПД всех η ступеней кинематической цепи.

Рис.29. Механизм с последовательным соединением звеньев

Так, для многоступенчатого механизма мощность на i-м звене кинематической цепи N_i=N_дв∙η₁∙η₂∙…∙η_i_-1, а мощность на выходном звене N_вых=N_дв∙η₁∙η₂∙…∙η_i∙…∙η_n, где η₁, η₂, η₃,....η₄− соответственно КПД 1-й, 2-й, 3-й и т.д. всех ступеней механизма.

В многоступенчатых механизмах параллельной структуры (рис.30) конструктором назначается распределение мощностей

Рис.30. Распределение мощности при параллельном соединении механизмов

где β_i долевые коэффициенты распределения мощности, которое подчиняются условию β₁+β₂+…+β_i+…+β_n=1.

Учитывая, что N _вых= N _вых1+ N _вых2+ ... + N _вых _i+ ... + N _вых _n, КПД такой схемы вычислим как

В частном случае, если мощность от двигателя распределяется по механизмам поровну и их КПД равны, то η=η_i/n, где n − число параллельно соединённых механизмов.

Скорости и угловые скорости звеньев в каждой кинематической паре жёстко регламентированы кинематикой механизма. Они вычисляются по формулам кинематики для каждого конкретного вида кинематической пары, как это делается в кинематическом анализе механизма.

Получив из кинематического анализа линейные и угловые скорости всех звеньев механизма, а также подсчитав мощности, передаваемые звеньями, нетрудно вычислить силы (поступательное движение) и вращающие моменты (вращательное движение) на всех звеньях механизма

Зная эти свойства преобразования мощности, частоты вращения и вращающего момента в механизме, можно оценить распределение нагрузок по звеньям и тем самым получить предварительные исходные данные для расчёта на прочность деталей машины.

Вопросы для самопроверки

- Каковы место и роль машин в современном обществе ?

- По характеру рабочего процесса и назначению, к какому классу можно отнести такие машины, как компрессор, электродвигатель, пресс ?

- Какие учебные дисциплины непосредственно служат базой для курса "Детали машин и основы конструирования" ?

- Какие различие между механизмом и машиной?

- На какие классы делятся машины в зависимости от их функционального назначения?

- Дайте определение основным видам изделий машиностроения.

- Что следует понимать под деталью машины? Какие детали называют общего назначения?

- Что такое деталь, узел, агрегат (блок), комплект, машина , комплекс?

- Какие основные требования предъявляют к машинам и их деталям?

- Каково различие между механизмом и машиной?

- В чем различия между передаточным, исполнительным и рабочим органами машины?

- Что следует понимать под деталью машины? Какие детали относят к деталям общего назначения?

- Какие детали машин общего назначения вы знаете?

- Что предусматривает творческий процесс проектирования?

- Какая разница между прочностью и жесткостью деталей?

- Какие основные требования предъявляют к машинам и их деталям?

- Назовите общие требования к машинам, сборочным единицам и деталям.

- В чем суть понятия «экономическая эффективность»?

- Какие решения обеспечивает технологичность конструкции?

- Как влияет выбор материала и способ получения заготовки на экономичность машины?

- В каких случаях конструктор должен думать о категориях «красота» и «удобство»? Поясните это на примере знакомой вам техники.

- В чем суть категории «композиция»?

- Как вы понимаете принцип «золотое сечение»?

- В чем суть эргономики при конструировании машин?

- Дайте определение основным критериям надежности машин.

- Какие виды изнашивания деталей машин существуют и как их предотвратить?

- В каких случаях категория «виброустойчивость» имеет особо важное значение?

- Раскройте понятие «триботехника».

- Какими способами решаются проблемы триботехнических задач всовершенном машиностроении?

- Что следует понимать под надежностью машин и их деталей? Какими свойствами, состояниями и событиями характеризуется надежность? Каково различие между ресурсом и сроком службы? По каким показателям оценивают надежность?

- Дайте определение категории «надежность».

- Раскройте суть главнейшего критерия надежности

- Какие критерии обеспечивают безотказное функционирование машин?

- Каковы основные критерии работоспособности и расчета деталей машин?

- Критерии работоспособности — перечислите и приведите примеры конструкций, где тот или иной критерий является главным?

- Объясните понятие номинальной и расчетной нагрузки?

- Конструкционные материалы — факторы, которые учитывают при выборе материала?

- Объясните понятие надежности? Способы повышения надежности?

- Какими методами осуществляется оптимизация конструкций? Приведите примеры?

- Каково различие между проектировочным и проверочным расчетами?

- Что такое работоспособность, прочность, жесткость, износо-тепло-вибро-коррозионная устойчивость, стойкость к старению?

- В чём заключается разница между проектированием и конструированием?

- В чем суть процесса проектирования?

- Какие стадии и какова последовательность процесса проектирования?

- Дайте определение категории конструирование.

- Назовите основные принципы конструирования.

- Что служит основой конструирования?

- В чем суть принципа «многопоточность передачи энергии»?

- Как Вы понимаете суть термина «оптимальное проектирование»?

- Что дает в проектной деятельности САПР?

- Как Вы понимаете суть терминов «структурная оптимизация» и «параметрическая оптимизация»?

- Какие правила и нормы регламентируются Единой Системой Конструкторской Документации ?

- Кем формулируется и составляется Техническое Задание ?

- Какие документы являются результатом конструирования ?

- Какие группы требований предъявляются к машинам ?

- Каковы основные требования к деталям и машинам ?

- Каковы основные критерии качества деталей и машин ?

- Что такое работоспособность и каковы её критерии ?

- Что такое надёжность и каковы её критерии ?

- Что является главнейшим критерием работоспособности и надёжности ?

- В чём заключается общее условие прочности деталей машин ?

- В чём разница между проектировочным и проверочным расчётами ?

- Что такое износ? Укажите пути уменьшения изнашивания трущихся деталей?

- Что произойдет с деталью, если в процессе работы температура будет выше предельно допустимой?

- Приведите пример ухудшения работы машин при вибрации.

- Каковы основные группы деталей машин общего назначения ?

- Что изучает динамика машин?

- Какие силы действуют в механизмах и машинах?

- Какие виды трения существуют в механизмах и машинах?

- Какова роль смазочного материала при трении деталей?

- Как вычисляют силы трения при скольжении и качении?

- Дайте определение таким понятиям триботехники, как внешнее трение, трение покоя и трение движения? Какие виды изнашивания характерны для трения покоя?

- Каково поведение смазки на трущихся поверхностях деталей машин?

- Каковы функции смазки по снижению и повышению коэффициента трения между сопрягаемыми деталями; где это используется?

- Какова «механика» возникновения питтинга у деталей?

- Какова роль трения поверхностей и смазки в питтинге?

- Для чего используют угол и конус трения?

- Как и почему происходит изнашивание деталей?

- Какие меры применяются для повышения износостойкости?

- Какие существуют виды изнашивания и при каких условиях?

- Какие стадии изнашивания наблюдаются в деталях машин?

- Как количественно оценивается интенсивность изнашивания?

- Как по виду поверхности распознать вид изнашивания?

- Какие машины относятся к установкам циклического действия?

- Что характеризует и как определяется продолжительность включения?

- Какие машины относятся к установкам непрерывного действия?

- Правильно ли учитывается коэффициент внешней динамики при определении мощности электродвигателя в машинах непрерывного действия? Если правильно, то чем это объясняется?

- Пути повышения качественных показателей работоспособности

- Что следует понимать под надежностью машин и их деталей? Какими свойствами характеризуется надежность?

- Что такое стандартизация и унификация в машиностроении?

- Как вычисляют коэффициенты повторяемости и применяемости?

- Какие показатели входят к эксплуатационным требованиям, производственным возможностям, экономическим факторам, механическим и технологическим свойствам?

- Какие из конструкций получаются более жесткими, работающими на сжатие, растяжение, изгиб или кручение? Дайте анализ каждому критерию.

- Почему расчеты по вероятности безотказной работы физически более логичны, чем расчеты по коэффициенту безопасности?

- Каковы стандартные физико-механические характеристики материалов наиболее важных для деталей, работающих на прочность, жесткость, износ, теплостойкость и вибростойкость? Каждому качественному критерию работоспособности ДМ дайте исчерпывающие ответы.

- Из каких элементов геометрических форм преимущественно составляются детали машин и почему?

- Составьте требование по конструированию, согласно технического задания вашему проекту.

- Какие машины относятся к установкам циклического действия?

- Что характеризует и как определяется продолжительность включения?

- Какие машины относятся к установкам непрерывного действия?

- В формуле для определения мощности электродвигателя механизма подъема крана в чем измеряется вес груза – G и скорость подъема груза - v_гр?

- Почему в вышеприведенной формуле не учитывается коэффициент внешней динамики?

- Устройство, осуществляющее механические движения для преобразования энергии, материалов и информации с целью облегчения физического и умственного труда человека называется…

1) машиной

2) узлом

3) механизмом

4) сборочной единицей

- Машины по назначению условно подразделяют на группы

1) энергетические, рабочие, информационные

2) двигатели, преобразователи, транспортные

3) вычислительные, кибернетические, машины-орудия

4) машинные агрегаты, машины-орудия, машины, состоящие из нескольких агрегатов

- Механизм представляет собой…

1) совокупность звеньев соединенных кинематическими парами

2) кинематическую цепь со стойкой

3) механическую систему для преобразования движения

4) систему тел, преобразующих энергию из одного вида в другой

- Деталью называют изделие, …

1) выполненное из одного материала без применения сборочных операций

2) представляющее собой законченную сборочную единицу, состоящую из деталей, имеющих общее функциональное назначение

3) составные части которого подлежат соединению между собой на предприятии изготовителе сборочными операциями

- Узлом называют изделие,…

1) выполненное из одного материала без применения сборочных операций

- Сборочной единицей называют изделие,…

1) выполненное из одного материала без применения сборочных операций

- Деталь представляет собой следующее техническое устройство:

1) подшипник

2) муфта

3) редуктор

4) болт

5) турбина

- Главным для большинства деталей является следующий критерий работоспособности и расчета деталей машин:

1) жесткость

2) прочность

3) износостойкость

4) теплостойкость

5) виброустойчивость

- К деталям общего назначения не относится…

1) вал

2) болт

3) шкив

4) поршень

- Установите последовательность стадий проектирования машин

1) техническое задание

2) техническое предложение

3) эскизный проект

4) технический проект

5) разработка рабочей документации

- К основным критериям работоспособности и расчета деталей и узлов относятся…

1) прочность, жесткость, износостойкость, виброустойчивость

2) производительность, надежность, долговечность

3) удобство сборки, разборки и замены

4) технологичность, эстетичность

- При выполнении проектного расчета определяют…

1) размеры детали и выбирают ее материал

2) напряжения в опасных сечениях

3) коэффициенты запаса прочности

- Проверочный расчет на прочность заключается в определении…

1) напряжений или коэффициентов запаса прочности

2) размеров детали в опасных сечениях

3) материала детали

4) внешнего вида и цвета детали

- Расчет деталей, узлов и механизмов начинается с…

1) проектного расчета

2) конструирования

3) проверочного расчета

- При конструировании узла или механизма целесообразно…

1) полностью выполнить все расчеты и затем сконструировать узел или механизм

1) сконструировать узел или механизм, а затем выполнить все расчеты

3) расчеты и конструирование выполнять параллельно

- Какой из перечисленных способов не является исследовательским?

1) теоретический;

2) экспериментальный;

3) аналитический.

- Критериями соответствия выбираемых технических решений не являются…

1) технические показатели;

2) общепринятые критерии сравнения;

3) технологии производств.

- При разработке методики инженерного расчета не выполняются…

1) графики зависимости технических показателей;

2) блок- схемы и программы расчетов;

3) таблицы вероятных отказов.

- К законам теории решения изобретательских задач не относится закон…

1) полноты частей системы;

2) сохранения энергии;

Дата добавления: 2019-01-14; просмотров: 985; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 32 33 34 35 363738 39 40 41 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!