Механічний коефіцієнт корисної дії

З рівняння руху механізму для періоду усталеного руху видно, що А_р = А_к0 + А_ш0, тобто вся енергія рушійних сил, яка витрачається в маши­ні, поділяється на дві частини: одна частина йде на перемагання сил ви­робничих (корисних) опорів, друга - на перемагання шкідливих опорів (сил тертя, опору середовища). Механізм або машина вважаються тим до­сконалішими, чим більша частина енергії (за рівних інших умов), що під­водиться до них, витрачається на перемагання корисних опорів. Ефектив­ність використання енергії в машині характеризується так званим меха­нічним коефіцієнтом корисної дії (ККД).

Механічним ККД називають відношення роботи сил корис­ного опору до роботи рушійних сил за цикл усталеного руху, тобто

У реальних машинах механічний ККД завжди менший за одини­цю. Це пояснюється тилі, що робота сил корисного опору завжди менша за роботу рушійних сил. Дійсно, з рівняння (4.41) видно що А_к0 = А_р - Аш₀,а оскільки робота сил шкідливого опору А_ш0 = 0, то А_к0 < А_р і < і. Залежність (4.43) можна записати також у такому вигляді:

Відношення робота сил шкідливого опору до роботи рушійних сил прийнято називати механічним коефіцієнтом втрат . Відповідно до цього (4.44) можна записати так:

(4.45)
З (4.44) випливає, що механічний ККД може дорівнювати нулю, якщо робота рушійних сил дорівнює роботі всіх невиробничих опорів, які є у механізмі. За такої умови рух механізмів можливий, але без виконання будь-якої корисної роботи. Такий рух механізму називають рухом вхолос­ту. ККД не може бути меншим від нуля, оскільки для цього необхідно, щоб відношення робіт А_ш0/А_р було більше від одиниці, тобто А_шо > Ар .

У таких випадках наступає явище самогальмування машини або механізму. Отже, ККД машини або механізму може змінюватися у межах

(4.46)

Тоді з рівнянь (4.45) і (4.46) випливає, що коефіцієнт втрат зміню­ється у межах 0 < 1.

Слід зауважити, що механічний коефіцієнт корисної дії і коефіцієнт втрат не дають повної характеристики машини, вони нічого не говорять про її продуктивність, безпеку праці, вартість, якість продукції, яку вона випускає. Вони характеризують тільки ефективність використання енергії. ККД і коефіцієнт втрат придатні тільки для порівняння машин і пристроїв однакового призначення. У деяких машинах корисне навантаження дуже мале (наприклад, у поліграфічних і текстильних машинах, машинах швей­ної промисловості тощо), а тому і ККД невеликий.

ККД і коефіцієнт втрат можна виразити і через відношення відпові­дних потужностей.

Під час руху машини ККД і коефіцієнт втрат не залишаються ста­лим, тому що під час руху машини змінюються сили, які діють на ланки машин, а значить, змінюються сили тертя і робота сил шкідливого опору (робота сил корисного опору також може змінюватися). На практиці, як правило, обмежуються визначенням середнього значення ККД для будь-якого проміжку часу, найчастіше для одного циклу періоду усталеного руху. Такий ККД називають цикловим.При обчисленні ККД для даного положення механізму дістаємо миттєвий коефіцієнт корисної дії.

Для кожної машини існує деяка найвигідніша швидкість, при якій її ККД досягає максимального, значення. Більш високий ККД мають меха­нізми і машини з чисто обертовим рухом ланок - ротаційні машини. Машини зі зворотно-поступальним рухом ланок - поршневі машини, механізми періодичної дії, мають частіше за все низький ККД через не­сприятливу дію динамічних сил (сил інерції).