Мощность машин и её преобразование в механизмах

В несложных формулах (математических моделях) мощности при поступательном движении и при вращательном движении 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 трение главным 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.20) общие потери учитываются произведением КПД всех ступеней кинематической цепи.

Рис.20. Механизм с последовательным соединением звеньев

Так, для многоступенчатого механизма мощность на i -м звене кинематической цепи , а мощность на выходном звене , где , , ,.... − соответственно КПД 1-й, 2-й, 3-й и т.д. всех ступеней механизма.

В многоступенчатых механизмах параллельной структуры (рис.21) конструктором назначается распределение мощностей

Рис.21. Распределение мощности при параллельном соединении механизмов

, ,... ,... ,

где долевые коэффициенты распределения мощности, которое подчиняются условию .

Учитывая, что N_вых = N_вых1 + N_вых2 +... + N_выхi +... + N_выхn, КПД такой схемы вычислим как

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

Раздел 3. Краткие сведения о машиностроительных материалах и основах их выбора

Эксплуатационные требования к материалу определяются условиями работы детали в механизме. Для выполнения этих требований учитываются следующие свойства материала: прочность – способность материала сопротивляться разрушению или появлению остаточных деформаций, характеризуется пределом прочности , пределом текучести , условным пределом текучести , пределом выносливости , твердостью по Бринеллю НВ или Роквеллу HRC_э; износостойкость – способность материала сопротивляться износу, характеризуется твердостью НВ, HRC_э или допустимым удельным давлением q _adm; жесткость – способность материала сопротивляться упругим деформациям, характеризуется при растяжении (сжатии) и изгибе модулем упругости Е, при кручении – модулем упругости G; упругость характеризуется пределом упругости и модулем упругости Е; антифрикционность характеризуется коэффициентом трения скольжения f; плотность; удельные характеристики – характеристики, приходящиеся на единицу массы; электропроводность, теплопроводность, коррозионная стойкость, жаропрочность и др.

При применении литья необходимо иметь в виду, что если принять стоимость 1 т отливок из серого чугуна равной единице, то для стоимости различного вида литья ориентировочно принимают следующее соотношение: серый чугун — 1, стальное литье — 2, ковкий чугун — 2 и бронзовое литье — 8.

Из технологических и экономических соображений колеса малых и средних размеров выполняют из поковок или проката. Колеса диаметром более 500 мм рекомендуется изготовлять из стального литья (35Л, 40Л, 50Л), применяя их в паре с кованой шестерней. Назначая материал, нужно стремиться получить одинаковую прочность зубьев шестерни и колеса. Зубья шестерни обычно имеют меньшее значение коэффициента формы зуба и работают в передаточное число раз интенсивнее, чем зубья колеса передачи. Поэтому для шестерни необходимо назначать материал с более высокими механическими характеристиками, твердость материала на поверхности зубьев шестерне рекомендуется принимать на 20...50 единиц НВ выше твердости поверхности зубьев колеса.

При проектировании червячных передач трудно обойтись без использования бронзовых отливок для изготовления венцов червячных колёс, но и здесь желательно по возможности использовать стандартный прокат из цветных металлов.

Таблица 6.Физико-механические характеристики

углеродистой и легированной конструкционной стали

Марка стали	, МПа	,МПа
Сталь углеродистая обыкновенного качества
Ст2 Ст3 Ст4 Ст5 Ст6
Сталь углеродистая качественная конструкционная
Отливки из углеродистой стали
35Л 40Л 45Л 50Л 55Л			>143 >147 >153 >174 155-217
Сталь легированная конструкционная
зохгс 35Х 40Х 40ХН	981-795 934-686 981-686 981-736	835-637 736-441 785-441 785-550	229-215 241 — 190 241-190 250-220

Чугуны

Чугун – сплав железа Fe и углерода С (свыше 2,14%), содержащие постоянные примеси марганца, кремния, фосфора и серы, а также при необходимости легирующие элементы. Повышенное содержание углерода улучшает его литейные свойства при одновременном увеличении хрупкости. Благодаря хорошим литейным свойствам и низкой стоимости чугун используется для изготовления конструкций сложных конфигураций. Из-за своей относительно низкой стоимости чугун применяется для изготовления массивных деталей, например, корпусных, и различного рода станин, а также для маховиков при окружной скорости не выше 30 м/с. Не рекомендуется применять серый чугун при действии на детали машин больших крутящих моментов. В случае ударов, больших усилий, необходимости экономии массы и т. п. при изготовлении деталей машин отливкой переходят от серого чугуна к высокопрочному чугуну или к стальному литью. Высокопрочный чугун значительно прочнее серого чугуна и с успехом может заменять стальное литье и поковки из углеродистой стали.

Таблица 7.Физико-механические характеристики

отливок из серого чугуна

Марка чугуна	,МПа	, МПа
СЧ10 СЧ15 СЧ18 СЧ20 СЧ21 СЧ24 СЧ25 СЧЗО СЧ35 СЧ40			143-229 163-229 170-229 170-241 170-241 170-241 180-250 181-255 197-269 207-285