tmmivan

204

механических характеристик это состояние будет соответствовать разгруженному режиму ωр. Но на этом режиме имеет место дефицит крутящего момента по сравнению с моментом сопротивления нагрузки. Преобладание момента сопротивления над крутящим моментом двигателя приведет к замедлению его скорости вплоть до ωном (режим торможения двигателем).

Следовательно, машина с падающей механической характеристикой, при которой в зоне частот вращения выше номинальной создается дефицит крутящего момента, а в зоне частот вращения ниже номинальной – избыток крутящего момента, обладает свойством саморегулирования. При этом, чем круче расположена падающая ветвь механической характеристики двигателя, тем выше степень (интенсивность) саморегулирования машины.

Именно этим объясняется высокая устойчивость скоростного режима машин, оснащенных в качестве двигателей дизельными ДВС с регулятором и асинхронными электродвигателями. Эти двигатели обладают наиболее круто падающими механическими характеристиками.

Если механическая характеристика двигателя носит восходящий характер по отношению к кривой нагрузки (рис. 9.15.) то работа машины на всех режимах, кроме номинального, будет неустойчивой.

Это объясняется тем, что при кратковременной перегрузке и связанной с ней падением скорости машины возникает дефицит момента, способствующий дальнейшему падению скорости плоть до остановки двигателя. Напротив, кратковременная разгрузка двигателя ведет к росту скорости машины и образованию избытка крутящего

205

момента двигателя который, в свою очередь, способствует дальнейшему разгону машины (так называемому «разносу» двигателя).

Рис. 9.15. Механические характеристики двигателя и нагрузки машины с неустойчивым характером движения.

Эксплуатация машины с неустойчивым характером движении практически невозможна.

Более подробный анализ устойчиво работающей машины (рис. 9.14.) показывает, что если дополнительная нагрузка носит не кратковременный, а достаточно стабильный характер (например, затяжной подъем дороги, рыхлая или вязкая почва, стабильный встречный ветер), то результирующее значение нагрузки может быть представлено графиком Мн (повыш.)

При этом машина сохраняет свойства саморегулирования скоростного режима. Но вследствие изменения положения точки пересечения графиков момента двигателя - Мд и нового, повышенного сопро-

206

тивления нагрузки - Мн (повыш.) равновесное (устойчивое) или номинальное значение скорости машины уменьшится и станет иметь значение ωном (повыш. нагр.)

Точно так же при стабильном падении нагрузки на машину (движение по затяжному уклону, стабильный попутный ветер) чему соответствует кривая графика нагрузки Мн (пониж) саморегулирование обеспечит движение машины на скорости ωном (пониж.нагр), которая превышает скорость па исходном режиме ωном.

Степень падения или роста скорости при изменении нагрузки зависит, как и степень саморегулирования машины от крутизны падающей ветви механической характеристики двигателя по отношению к нагрузке.

В тех случаях, когда к машине предъявляется требование обеспечивать,возможность движения в широком интервале скоростей или значений сопротивления нагрузки, становится необходимым или:

1.Установка двигателя, с необходимым запасом крутящего момента (т.е. двигателя, мощность которого полностью может быть использована только на части рабочих режимов).

2.Установка между двигателем и исполнительной машиной или органом преобразователя момента (коробки перемены передач, ременного или зубчатого вариатора, гидротрансформатора или регулируемой гидрообъемной передачи) (рис. 9.16.).

207

Рис. 9.16. Схема машины с преобразователем скорости.

Полагая, что схема на рис. 9.16. отображает, например автомобиль, где преобразователь момента представлен ступенчатой коробкой перемены передач, можно проиллюстрировать режимы его движения на различных скоростях или нагрузках. Для этого необходимы механические характеристики нагрузки (дороги) и двигателя автомобиля приведенные по отношению к единому для них звену – например к колесу автомобиля на всех ступенях преобразователя момента (рис. 9.17.).

Механические характеристики двигателя имеют границы по скорости, которые, например для ДВС связаны с ухудшением процессов газообмена и, следовательно, с нарушением сгорания топлива, для электродвигателей с тепловой нагрузкой проводников обмоток и их изоляции, увеличением потерь в сердечниках ротора и статора.

208

Рис. 9.17. Механические характеристики автомобиля с четырехступенчатой коробкой перемены передач.

Если кривая нагрузки пересекается с кривой крутящего момента двигателя (рис. 9.17.) например на IV ступени, то в пределах падающей части механической характеристики машина будет устойчиво работать благодаря саморегулированию.

При увеличении нагрузки до значений, иллюстрируемой кривой МнIII работа двигателя становится неустойчивой, что может повлечь к его остановке. Если преобразователь момента (коробку перемены передач) переключить на III ступень, на которой передаточное отношение от двигателя к колесу выше, чем на IV ступени, при той же скорости колеса частота вращения двигателя выше, соответственно выше значение крутящего момента. Запас крутящего момента па III ступени обеспечивает машине устойчивую работу с саморегулированием на новом скоростном режиме – ω3. Падение скорости машин, двигающейся на III ступени из-за дальнейшего роста сопротивления

209

движению до значения ω2 потребует переключения коробки перемены передач на II ступень, а при необходимости и на I ступень.

Применение бесступенчатых передач (преобразователей момента), называемых вариаторами позволяет исключить манипуляции, связанные с переключением ступеней, и что более важно, повысить динамику разгона и торможения машинного агрегата при более эффективном использовании энергии двигателя.

Редко используемым способом регулирования скорости машин (но не снижения неравномерности хода) является установка маховика.

Этот способ находит применение в относительно маломощных машинах, приборах и технических устройствах.

Это связано с тем, что для обеспечения выравнивания или удержания скоростного режима в заданном интервале требуются значительные энергетические затраты, а следовательно и применение маховиков значительных размеров и масс.

Типичным примером использования маховика для регулирования скорости являются лентопротяжные механизмы профессиональных аудио магнитофонов, в которых для стабилизации скорости протяжки магнитной ленты вал маховика непосредственно охватывается ею в зоне расположения магнитных головок.

Функцию регулятора скорости и соответственно напряжения выполняет маховик электродинамического фонаря (фонаря с ручным приводом встроенного генератора).

213

Колесо с меньшим числом зубьев или диаметром принято называть шестерней, а колесо с большим числом зубьев или диаметром – колесом.

10.2. Геометрические и кинематические характеристики зубчатых колес.

Начальные окружности- dω зубчатых колес это условные окружности колес находящихся в зацеплении, которые в относительном движении перекатываются друг по другу без скольжения (рис. 10.5.).

Рис. 10.5. Начальные окружности зубчатых колес r1 и r2.

Радиусы начальных окружностей обратно пропорциональны их угловым скоростям.

Шаг зацепления - Р это расстояние между одноименными точками соседних зубьев, измеренное по начальной окружности (рис. 10.6.).