Билет 15. Вопрос 1. Работа и мощность

Вопрос 1. Работа и мощность. Коэффициент полезного действия

Коэффицие? нт поле? зного де? йствия (КПД) — характеристика эффективности системы (устройства, машины) в отношении преобразования или передачи энергии. Определяется отношением полезно использованной энергии к суммарному количеству энергии, полученному системой; обозначается обычно? («эта»). КПД является безразмерной величиной и часто измеряется в процентах.

В силу закона сохранения энергии КПД всегда меньше единицы или равен ей, то есть невозможно получить полезной работы больше, чем затрачено энергии.

Работа и мощность при поступательном движении

Работа постоянной силы P на прямолинейном участке пути s, пройденном точкой приложения силы, определяется по формуле

(1) A = Ps cos?,

где? – угол между направлением действия силы и направлением перемещения.

При? = 90°

cos? = cos 90° = 0 и A = 0,

т. е. работа силы, действующей перпендикулярно к направлению перемещения, равна нулю.

Если направление действия силы совпадает с направлением перемещения, то? = 0, поэтому cos? = cos 0 = 1 и формула (1) упрощается:

(1') A = Ps.

На точку или на тело обычно действует не одна сила, а несколько, поэтому при решении задач целесообразно использовать теорему о работе равнодействующей системы сил (Е. М. Никитин, § 83):

(2) AR =? Ai,

т. е. работа равнодействующей какой-либо системы сил на некотором пути равна алгебраической сумме работ всех сил этой системы на том же пути.

В частном случае, когда система сил уравновешена (тело движется равномерно и прямолинейно), равнодействующая системы сил равна нулю и, следовательно, AR=0. Поэтому при равномерном и прямолинейном движении точки или тела уравнение (2) принимает вид

(2')? Ai = 0,

т. е. алгебраическая сумма работ уравновешенной системы сил на некотором пути равна нулю.

При этом силы, работа которых положительна, называются движущими, а силы, работа которых отрицательна, называются силами сопротивления. Например, при движении тела вниз – сила тяжести – движущая сила и ее работа положительна, а при движении тела вверх его сила тяжести является силой сопротивления и работа силы тяжести при этом отрицательна.

Вопрос 2.Вопрос 2.Виды соединений деталей машин

Звенья, образованные путем соединения деталей, есть в каждой машине. Практика конструирования выработала типовые конструктивные решения для соединений с использованием стандартных элементов и крепежных деталей. Поэтому соединения обычно представляют особый раздел курса.

В отношении возможности разборки соединения подразделяются на разъемные и неразъемные. Разъемные соединения являются временными и могут многократно разбираться и собираться без разрушения соединяемых деталей. Неразъемные соединения являются постоянными и не подлежат разборке и делаются составными только для того, чтобы облегчить их изготовление. Типичным примером неразъемных соединений являются заклепочныеи сварные.

Конструкция соединений во многом зависит от вида поверхности соприкосновения соеди­няемых деталей. В этом смысле соединения можно подразделить на охватывающиеи стыковыесразъемом по плоскости или, реже, по другой незамкнутой поверхности. К числу первых относится соединение вала со втулкой, («отверстием» – по терминологии учения о взаимоза­меняемости). Их отличительной особенностью является замкнутая поверхность соприкосновения (чаще всего цилиндрическая или коническая, но может быть и более сложная). Этим способом две детали могут соединяться без помощи других дополнительных элементов, так как замкнутая поверхность обеспечивает удерживающую связь.

Для осуществления стыковых соединений обычно применяют дополнительные крепежные детали, сжимающие соединяемые детали по плоскости разъема.

Важной характеристикой соединения является степень относительной подвижности соединяемыхдеталей, иными словами, возможность относительного скольжения поверхностей соприкосновения. В том случае, когда относительное скольжение отсутствует, соединение называется неподвижным. Именно такие соединения служат для образования составных звеньев.

Если при работе машины на поверхностях соприкосновения звеньев происходит непрерывное скольжение (или качение), соединение образует кинематическую пару.

Возможно, однако, такое использование кинематических пар, когда при рабочем движении механизмов эти пары остаются неподвижными, а подвижность соединения используется только для сравнительно редких перемещений, связанных с управлением механизмом, или вызывается побочными движениями, возникающими вследствие несовершенства кинематической схемы, неточности выполнения звеньев и т.д. Такие неиспользуемые при рабочем движении механизма кинематические пары обычно называют подвижными соединениями и рассматривают в разделе «соединения». К ним относятся зубчатые (шлицевые) и шпоночные соединениявтех узлах, где предусмотрена возможность осевого перемещения вдоль зубцов или шпонки, во время которого это соединение выполняет функции поступательной пары.

Еще одна важная характеристика соединений – их герметичность(непроницаемость). Она имеет особое значение для соединений трубопроводов и резервуаров, находящихся под внутренним давлением или вакуумом. Когда в связи с высокой температурой илипри необходимости точно соблюдать проектные размеры применение эластичных уплотняющих прокладок недопустимо, герметичность может быть достигнута только повышением класса чистоты поверхности разъема и величины давления на ней. Стягивая детали с большим усилием, можно деформировать оставшиеся после обработки неровности и обеспечить более или менее сплошное прилегание соединяемых деталей, необходимое для герметичности. На рис.