Размерно-подобные ряды

Проектирование размерно-подобных машин имеет свои особенности. Главная из них заключается в том, что выходные показатели машин зависят не только от геометрических размеров машины, но и от параметров рабочих процессов.

Для сохранения полного подобия машин различных размеров необходимо соблюсти, во-первых, геометрическое подобие, во-вторых, подобие рабочего процесса, т. е. обеспечить одинаковость параметров тепловой и силовой напряженности машин в целом и их деталей.

Критерии подобия разработаны для большинства типов машин и рабочих процессов. Например, для двигателей внутреннего сгорания (рис. 2.6) условий подобия два:

1) равенство среднего эффективного давления , зависящего от давления и температуры смеси на всасывании;

2) равенство средней скорости поршня

,

где s - ход поршня;

п - число оборотов двигателя,

или равенство произведения D∙n,

где D - диаметр цилиндра, связанный с ходом поршня в геометрически подобных двигателях соотношением .

В обобщенном виде

Рисунок 2.6 - Размерно-подобный ряд двигателей внутреннего сгорания

Если этот критерий одинаков, то у всех геометрически подобных двигателей одинаковы:

- термодинамический, механический и эффективный КПД;

- удельный расход топлива;

- тепловая напряженность (теплопереход на единицу охлаждающей поверхности);

- удельная мощность;

- напряжения от газовых и инерционных сил;

- удельные нагрузки на подшипники;

- конструкционный вес двигателя (вес, отнесенный к сумме квадратов диаметра цилиндра).

Рассмотренный пример двигателей внутреннего сгорания представляет собой частный случай обширной категории машин, напряженность деталей которых зависит от величины рабочих давлений и скоростей. Общую закономерность для машин этого класса можно формулировать следующим образом: напряжения в геометрически подобных конструкциях, работающих при одинаковых давлениях и рабочих скоростях, одинаковы.

Из предыдущего вытекают следующие выводы.

Размерно-подобные ряды следует строить на основе выходных характеристик (мощность, производительность и т. д.), а не геометрических характеристик (рабочий объем, диаметры цилиндров, размеры рабочих колес у роторных машин), так как в силу внутренних законов подобия, выходные характеристики располагаются по закономерности, отличной от закономерности изменения геометрических характеристик; последние получаются как производные.

Следует учитывать неизбежное у геометрически подобных машин изменение удельных показателей (например, удельного веса и литровой мощности у двигателей), а также изменение механических показателей (например, жесткости на изгиб).