9.6. Коэффициент полезного действия (кпд) машины

Энергия, потребляемая машиной, расходуется на преодоление полезных и вредных сопротивлений. Полезные – это сопротивления, для преодоления которых машина предназначается. Вредные – это сопротивления, преодоление которых не даёт производственного эффекта.

Механическим КПД ( ) называется отношение полезной работы или мощности к затраченной ( ). Потери механической энергии в разного рода устройствах состоят главным образом из потерь на трение:

,

где - коэффициент потерь.

При холостом ходе машины , но могут быть случаи когда , что означает невозможность совершать движение из-за явления, называемого самоторможением. Например, червячный редуктор не может совершать вращение со стороны червячного колеса.

Рассмотрим машину как совокупность n элементов, соединённых различным образом между собой.

1. Элементы соединены последовательно и кпд ( ) каждого из них известны (рис. 95, а). Тогда

рис. 95

; ; … ,

т.е. общее кпд всей цепи равно:

Поэтому следует стремиться к созданию простых конструкций с малым числом элементов.

2. Элементы соединены параллельно (рис. 95, б). Тогда

,

где - коэффициент распределения энергии.

При получим , следовательно низкое качество отдельных элементов меньше влияет на общее кпд машины, чем при последовательном соединении.

Сложные механизмы могут образовывать разветвлённую систему, состоящую из последовательного и параллельного соединённых более простых механизмов, где кпд определяется согласно указанным выше правилам.

Так как любой механизм представляет собой кинематическую цепь с последовательно и параллельно соединёнными в кинематических парах звеньями, то общее кпд механизма вычисляется аналогично при известных кпд кинематических пар.

Например, необходимо определить механизма с низшими парами, изображённого на рис. 96.

- мощность сил полезного сопротивления;

-затраченная мощность.

.

рис. 96

Мощность, затраченная на трение в кинематических парах, равна:

; ;

; ,

где коэффициенты трения в парах; диаметры шарниров во вращательных парах. Мгновенный кпд, который является функцией положения звена 1, равен:

.