Performanță mecanică

Eficiența mecanică reprezintă eficiența cu care componentele mecanice alunecă / rulează între ele fără a pierde energie.

Descriere

Această valoare este dată de raportul dintre energia dezvoltată la nivelul pistonului și energia efectiv disponibilă și utilizabilă, care poate fi obținută prin detectarea forței rezistente la rotația motorului : cu cât această forță este mai mare, cu atât este mai mare puterea disponibilă " la ieșire. "de la motor sau de la puterea disponibilă la arborele de acționare.

Conform definiției, în realitate eficiența mecanică nu poate presupune niciodată o valoare mai mare decât una, ceea ce reprezintă eficiența ideală (toată energia dezvoltată este utilizată / transferată complet fără pierderi).

Eficiența motoarelor endoterme

Factorii care afectează eficiența mecanică a unui motor cu ardere internă sunt:

Complexitatea motorului : motoarele cu mai puține componente au, în general, o eficiență mai mare, ca în cazul, de exemplu, al motoarelor în doi timpi care funcționează mai mult decât motoarele în patru timpi
Revizuiri : motoarele revizuite au, în general, performanțe mai bune decât motoarele neglijate, acest lucru se datorează faptului că componentele și fluidele utilizate tind să-și piardă performanța și funcționarea.
Bandă elastică și inel pentru răzuitor de ulei : cu cât numărul și grosimea acestuia sunt mai mari, cu atât este mai mare frecarea
Geometria pistonului : cu cât suprafața laterală este mai mare, cu atât fricțiunea este mai mare
Rulment , bucșă și bucșă ; sistemele de rulare au performanțe diferite în funcție de tip și de ungerea lor
Lubrifiant : cu cât calitățile lubrifiantului sunt mai bune, cu atât performanța este mai bună, deoarece frecarea este redusă, în special frecarea prin alunecare .
Pierderea prin pompare : orice necesită energie pentru golirea și reumplerea motorului

În motorul în patru timpi, disipările de energie atribuite componentelor mecanice corespund aproximativ 10% din energia introdusă în motor, din care arborele cotit este atribuibil 11% din acestea, în timp ce pentru piston este atribuit 7,5%., pentru biela 7%, pentru segmentele pistonului 9%, în timp ce pentru restul de 65,5% se datorează schimbului de gaze și piese accesorii, cum ar fi pompa pentru lichide, ulei, arbori de echilibrare, părți ale distribuției, alternatorului și servodirecție. ^[1]

Mișcare directă

Variația energiei cinetice a unei mașini este dată de suma algebrică a lucrării livrate, absorbite și disipate de mașină în sine.

\Delta E={L_{m}}\ -{L_{r}}-{L_{p}}

{\ displaystyle \ Delta E = {L_ {m}} \ - {L_ {r}} - {L_ {p}}}

{\ displaystyle \ Delta E = {L_ {m}} \ - {L_ {r}} - {L_ {p}}}

unde este ${L_{m}}$ ${\ displaystyle {L_ {m}}}$ ${\ displaystyle {L_ {m}}}$ este munca motorie, ${L_{r}}$ ${\ displaystyle {L_ {r}}}$ ${\ displaystyle {L_ {r}}}$ este o muncă grea și ${L_{p}}$ ${\ displaystyle {L_ {p}}}$ ${\ displaystyle {L_ {p}}}$ este o muncă pierdută de frecare. De sine $\Delta E=0$ ${\ displaystyle \ Delta E = 0}$ ${\ displaystyle \ Delta E = 0}$ în mod constant în timp, atunci regimul de funcționare al mașinii este absolut , altfel dacă $\Delta E=0$ ${\ displaystyle \ Delta E = 0}$ ${\ displaystyle \ Delta E = 0}$ regimul este periodic în timp .

Randamentul direct se exprimă prin raportul dintre munca absorbită de mașină și munca efectuată de aceasta:

\eta ={\frac {L_{r}}{L_{m}}}<1

{\ displaystyle \ eta = {\ frac {L_ {r}} {L_ {m}}} <1}

{\ displaystyle \ eta = {\ frac {L_ {r}} {L_ {m}}} <1}

Pierderea de performanță este definită ca raportul dintre munca pierdută și munca cu motor:

1-\eta ={\frac {L_{p}}{L_{m}}}

{\ displaystyle 1- \ eta = {\ frac {L_ {p}} {L_ {m}}}}

{\ displaystyle 1- \ eta = {\ frac {L_ {p}} {L_ {m}}}}

În cazul ideal de absență a fricțiunii, lucrarea absorbită, ${L_{r}}$ ${\ displaystyle {L_ {r}}}$ ${\ displaystyle {L_ {r}}}$ , coincide cu funcționarea ideală a motorului, ${L_{mo}}$ ${\ displaystyle {L_ {mo}}}$ ${\ displaystyle {L_ {mo}}}$ , iar randamentul ia următoarea formă:

\eta ={\frac {L_{mo}}{L_{m}}}

{\ displaystyle \ eta = {\ frac {L_ {mo}} {L_ {m}}}}

{\ displaystyle \ eta = {\ frac {L_ {mo}} {L_ {m}}}}

n utilaje dispuse în serie între motor și utilizator.

Eficiența a n utilaje dispuse în serie

Randamentul total este dată de produsul i - randamentele i - masini:

\eta _{\bot }=\prod _{i=1}^{n}\eta _{i}=\prod _{i=1}^{n}{\frac {L_{ri}}{L_{mi}}}

{\ displaystyle \ eta _ {\ bot} = \ prod _ {i = 1} ^ {n} \ eta _ {i} = \ prod _ {i = 1} ^ {n} {\ frac {L_ {ri} } {L_ {mi}}}}

{\ displaystyle \ eta _ {\ bot} = \ prod _ {i = 1} ^ {n} \ eta _ {i} = \ prod _ {i = 1} ^ {n} {\ frac {L_ {ri} } {L_ {mi}}}}

Se aplică următoarea relație: ${L_{ri}}\ ={L_{mi+1}}$ ${\ displaystyle {L_ {ri}} \ = {L_ {mi + 1}}}$ ${\ displaystyle {L_ {ri}} \ = {L_ {mi + 1}}}$

n mașini dispuse în paralel, cu n utilizatori.

Eficiența a n mașini dispuse în paralel

Rentabilitatea totală este dată de:

\eta _{\parallel }={\frac {\sum _{i=1}^{n}L_{mi}\eta _{i}}{\sum _{i=1}^{n}L_{mi}}}

{\ displaystyle \ eta _ {\ parallel} = {\ frac {\ sum _ {i = 1} ^ {n} L_ {mi} \ eta _ {i}} {\ sum _ {i = 1} ^ {n } L_ {mi}}}}

{\ displaystyle \ eta _ {\ parallel} = {\ frac {\ sum _ {i = 1} ^ {n} L_ {mi} \ eta _ {i}} {\ sum _ {i = 1} ^ {n } L_ {mi}}}}

Următoarele relații se mențin:

${L_{m}}=\sum _{i=1}^{n}L_{mi}$ ${\ displaystyle {L_ {m}} = \ sum _ {i = 1} ^ {n} L_ {mi}}$ ${\ displaystyle {L_ {m}} = \ sum _ {i = 1} ^ {n} L_ {mi}}$ ;

${L_{r}}=\sum _{i=1}^{n}L_{ri}$ ${\ displaystyle {L_ {r}} = \ sum _ {i = 1} ^ {n} L_ {ri}}$ ${\ displaystyle {L_ {r}} = \ sum _ {i = 1} ^ {n} L_ {ri}}$ ;

Mișcare retrogradă

Mișcarea retrogradă are loc cu randamente destul de mari, adică mai mari sau egale cu 50%. Constă în inversarea spontană a mișcării directe, prin urmare forța de rezistență a mișcării directe devine forța motrice a mișcării retrograde. Forța de rezistență a mișcării retrograde este diferită de forța de rezistență a mișcării directe. Evident, forțele care afectează mișcarea retrogradă sunt direcționate ca forțele respective corespunzătoare mișcării directe, dar au direcția opusă. Inversarea mișcării poate fi foarte periculoasă și este adesea de evitat (ascensoare, mașini de ridicat etc.), în timp ce este căutată în cazuri speciale.

Eficiența mișcării retrograde este:

\eta '={\frac {L'_{r}}{L_{r}}}

{\ displaystyle \ age '= {\ frac {L' _ {r}} {L_ {r}}}}

{\ displaystyle \ age '= {\ frac {L' _ {r}} {L_ {r}}}}

unde este ${L'_{r}}$ ${\ displaystyle {L '_ {r}}}$ ${\ displaystyle {L '_ {r}}}$ este o muncă rezistentă în mișcare retrogradă.

Pierderea de randament în mișcare retrogradă este dată de:

1-\eta '={\frac {L'_{p}}{L_{r}}}

{\ displaystyle 1- \ age '= {\ frac {L' _ {p}} {L_ {r}}}}

{\ displaystyle 1- \ age '= {\ frac {L' _ {p}} {L_ {r}}}}

unde este ${L'_{p}}$ ${\ displaystyle {L '_ {p}}}$ ${\ displaystyle {L '_ {p}}}$ este opera disipată în mișcare retrogradă.

Este posibil să găsești o relație care leagă $\eta$ ${\ displaystyle \ eta}$ ${\ displaystyle \ eta}$ cu $\eta '$ ${\ displaystyle \ age '}$ ${\ displaystyle \ age '}$ .

{\frac {1-\eta '}{1-\eta }}={\frac {\frac {L'_{p}}{L_{r}}}{\frac {L_{p}}{L_{m}}}}={\frac {L'_{p}}{L_{r}}}{\frac {L_{m}}{L_{p}}}

{\ displaystyle {\ frac {1- \ eta '} {1- \ eta}} = {\ frac {\ frac {L' _ {p}} {L_ {r}}} {\ frac {L_ {p} } {L_ {m}}}} = {\ frac {L '_ {p}} {L_ {r}}} {\ frac {L_ {m}} {L_ {p}}}}

{\ displaystyle {\ frac {1- \ eta '} {1- \ eta}} = {\ frac {\ frac {L' _ {p}} {L_ {r}}} {\ frac {L_ {p} } {L_ {m}}}} = {\ frac {L '_ {p}} {L_ {r}}} {\ frac {L_ {m}} {L_ {p}}}}

; (1)

Ei pozează:

$k={\frac {L'_{p}}{L_{p}}}$ ${\ displaystyle k = {\ frac {L '_ {p}} {L_ {p}}}}$ ${\ displaystyle k = {\ frac {L '_ {p}} {L_ {p}}}}$ ;

${\frac {1}{\eta }}={\frac {L_{m}}{L_{r}}}$ ${\ displaystyle {\ frac {1} {\ eta}} = {\ frac {L_ {m}} {L_ {r}}}}$ ${\ displaystyle {\ frac {1} {\ eta}} = {\ frac {L_ {m}} {L_ {r}}}}$

Deci ecuația (1) ia această formă:

${\frac {1-\eta '}{1-\eta }}=k{\frac {1}{\eta }}\Rightarrow 1-\eta '={\frac {k}{\eta }}(1-\eta )\Rightarrow -\eta '={\frac {k}{\eta }}-{\frac {k\eta }{\eta }}-1\Rightarrow \eta '={\frac {-k}{\eta }}+k+1={\frac {-k+k\eta +\eta }{\eta }}={\frac {+\eta (k+1)-k}{\eta }}$ ${\ displaystyle {\ frac {1- \ eta '} {1- \ eta}} = k {\ frac {1} {\ eta}} \ Rightarrow 1- \ age' = {\ frac {k} {\ eta }} (1- \ eta) \ Rightarrow - \ age '= {\ frac {k} {\ eta}} - {\ frac {k \ eta} {\ eta}} - 1 \ Rightarrow \ age' = {\ frac {-k} {\ eta}} + k + 1 = {\ frac {-k + k \ eta + \ eta} {\ eta}} = {\ frac {+ \ eta (k + 1) -k} {\ age}}}$ ${\ displaystyle {\ frac {1- \ eta '} {1- \ eta}} = k {\ frac {1} {\ eta}} \ Rightarrow 1- \ age' = {\ frac {k} {\ eta }} (1- \ eta) \ Rightarrow - \ age '= {\ frac {k} {\ eta}} - {\ frac {k \ eta} {\ eta}} - 1 \ Rightarrow \ age' = {\ frac {-k} {\ eta}} + k + 1 = {\ frac {-k + k \ eta + \ eta} {\ eta}} = {\ frac {+ \ eta (k + 1) -k} {\ age}}}$

Eficiența cuplului elicoidal

Eficiența mecanică a cuplului elicoidal este dată de următoarea expresie:

\eta ={\frac {M_{m0}}{M_{m}}}

{\ displaystyle \ eta = {\ frac {M_ {m0}} {M_ {m}}}}

{\ displaystyle \ eta = {\ frac {M_ {m0}} {M_ {m}}}}

unde este ${M_{m0}}$ ${\ displaystyle {M_ {m0}}}$ ${\ displaystyle {M_ {m0}}}$ este momentul motor ideal, adică în absența fricțiunii, în timp ce ${M_{m}}$ ${\ displaystyle {M_ {m}}}$ ${\ displaystyle {M_ {m}}}$ este momentul motor real, adică în prezența fricțiunii;

Demonstrație

Fig. 1. Cuplu elicoidal: șurub și șurub.

Se consideră o pereche elicoidală formată dintr-un șurub și șurubul cu piuliță respectiv, care acționează ca un cadru deoarece este fixat. Știind trecerea, $h$ ${\ displaystyle h}$ $h$ , a viței de vie, raza medie, ${r_{m}}$ ${\ displaystyle {r_ {m}}}$ ${\ displaystyle {r_ {m}}}$ , a fileului, unghiul, $\theta$ ${\ displaystyle \ theta}$ $\ theta$ , pe care generatoarele helicoizilor le formează cu un plan ortogonal față de axa de simetrie a șurubului și cunoscând, de asemenea, unghiul de frecare, $\phi$ ${\ displaystyle \ phi}$ $\ phi$ , vrem să găsim eficiența sistemului știind, de exemplu, că șurubul trebuie deșurubat și că momentul motorului care permite deșurubarea trebuie să depășească o forță de rezistență cunoscută, Q , direcționată în funcție de axa șurubului. Vezi Fig. 1 pentru o mai mare claritate.

În primul rând trebuie să găsim modulul vectorului M _m ; pentru a face acest lucru, se presupune o aproximare, având în vedere că reacțiile de constrângere exercitate de piulița asupra șurubului acționează numai asupra elicoidelor medii.

Fig. 2. Element infinitesimal, de dimensiuni ds, al helicoidului.

Pentru a studia forțele care acționează asupra helicilor medii, considerăm un element heliocoid de dimensiuni infinitesimale, ds. (Fig.2). Următoarele trei forțe insistă asupra elementinei:

q ds este forța de contact unitară și se găsește ca rezultantă care rezultă din triunghiul forțelor construite cu componentele fp ds și f ds; q ds este direcționat în acord cu mișcarea șurubului.
fp ds este componenta tangențială a q ds și se datorează fricțiunii, de fapt are direcția opusă celei a mișcării șurubului. fp ds este singura forță care provoacă o pierdere de muncă, notată cu L _p ;
f ds este componenta normală a q ds.

Cel mai convenabil mod de a găsi M _m este de a rezolva ecuația de lucru: lucrul motor al sistemului este dat de suma lucrării rezistente cu lucrarea pierdută.

{L_{m}}=\ {L_{r}}+{L_{p}}

{\ displaystyle {L_ {m}} = \ {L_ {r}} + {L_ {p}}}

{\ displaystyle {L_ {m}} = \ {L_ {r}} + {L_ {p}}}

Prin definiție de lucru și dacă o translație verticală a unei valori egale cu pasul șurubului corespunde unui unghi de 2Π radiani de rotație, se țin următoarele relații:

${L_{m}}=\ {M_{m}}2pi$ ${\ displaystyle {L_ {m}} = \ {M_ {m}} 2pi}$ ${\ displaystyle {L_ {m}} = \ {M_ {m}} 2pi}$
${L_{r}}=\ Qh$ ${\ displaystyle {L_ {r}} = \ Qh}$ ${\ displaystyle {L_ {r}} = \ Qh}$

Lucrarea pierdută este calculată prin studierea triunghiului dreptunghiular care se creează între pitch, unghiul α și helixul mediu.

Notă

^ Articolul 3 - Arborele cotit - prima parte

Elemente conexe

linkuri externe

Dicționar tehnic de automobilism , pe staff.nt2.it .

Portal de inginerie : accesați intrările Wikipedia care se ocupă de inginerie

[1] Articolul 3 - Arborele cotit - prima parte

[1]