ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Механические и гидромеханические системы из "Измерения при теплотехнических исследованиях " Для постоянной массы при отсутствии сил сопротивления дви-же нию этот закон сводится к известной зависимости сила равна массе, умноженной на ускорение относительно любого инерциаль-ного пространства. Если ускорение определено относительно пространства, имеющего собственное ускорение относительно исходного инерциального пространства, то необходимо использовать теорему Кариолиса, которая связывает скорость изменения вектора в инер-циальном пространстве со скоростью изменения того же вектора относительно движущегося пространства. [c.96] Противодействие приложенной силе в механических системах оказывают силы трения и сила упругости. Различают два типа трения между двумя твердыми телами и. между твердым телом и жидкостью (или газом). Наиболее существенным в этом различии является совершенно разная зависимость сил трения от скорости движения. Именно в случае соприкосновения твердых тел, как бы ни была мала скорость их относительного движения, силы трения всегда имеют конечную величину и сохраняют ее при уменьшении скорости до нуля. В случаях же соприкосновения твердого тела с жидкостью или газом все силы трения (в том числе и сопротивление среды) изменяются с изменением скорости и исчезают при = 0. [c.96] В некоторых специальных случаях (однородные твердые материалы, специальная обработка поверхностей) сила трения скольжения может очень мало зависеть от скорости и быть примерно равной максимальной силе трения покоя (кривая 2 на рис. 22). [c.97] Силы упругости определяются как силы, пропорциональные деформации. Это скорее математическое утверждение, чем физиче ский закон сила как функция деформации может быть разложена в ряд Тейлора, поэтому для малых изменений аргумента всегда можно ограничиться первым членом ряда. Утверждение, заключа ющееся в законе Гука, состоит в том, что существует достаточно широкая область, в которой между напряжениями и относительной де( рмацией малого объема материала соблюдается линейная зависимость.- Однако границы этой области можно определить лишь опытным путем для каждого конкретного случая. [c.99] В качестве упругих элементов в измерительных преобразователях широко используются различные пружины. В табл. 10 приведены расчетные формулы для типичных форм пружин. [c.99] При малых угловых перемещениях линейным перемещением центра вращения можно пренебречь. По сравнению с другими конструкциями опора с перекрещивающимися пластинами практически не имеет трения. [c.102] К материалам для изготовления гибких пластин и пружин предъявляется ряд требований, главные из которых малые значения модулей и С малая зависимость модулей Е и С от температурй высокие значения пределов упругости и прочности низкий температурный коэффициент линейного расширения и т. п. [c.102] Нестабильность характеристик приборов, содержащих упругие элементы, в основном зависит от изменения размеров и модулей Е и О от температуры. В табл. 11 приводятся некоторые данные, характеризующие упругие свойства и температурные коэффициенты наиболее распространенных материалов. При изменении температуры одновременно изменяются модули и С и длина упругих элементов, поэтому общее изменение жесткости зависит от конфигурации упругих элементов иллюстрацией последнего обстоятельства могут служить данные, приведенные в табл. 12 [94]. [c.102] Анализ уравнений (IV.3) и (IV.4) позволяет сделать ряд заключений о принципах построения приемных преобразователей механических величин. Неоднозначность силы сухого трения приводит к неоднозначности связей, описываемых (IV.3) и (IV.4), поэтому всегда следует стремиться к уменьшению до нуля. Это может быть достигнуто либо исключением контактирующих элементов из конструкции преобразователей, либо уменьшением нормальной силы в месте контакта, либо назначением режимов работы преобразователя при V Ф О (что не всегда возможно). [c.104] Преобразователи, предназначенные для измерения усилий или моментов сил в статических режимах отличаются от измерителей перемещений только наличием в их конструкциях упругих элементов. Для уменьшения динамических погрешностей таких преобразователей необходимо, во-первых, всячески уменьшать массу подвижных частей и, во-вторых, исключить элементы с вязким трением. Измерители скоростей относительного движения должны иметь высокие значения или г, если при этом т (или J) и 1/С (или 1/С ) близки к нулю, то приемный преобразователь делается близким по свойствам к идеальному дифференцирующему элементу. Наличие конечной массы т (или J) всегда вносит определенную погрешность в показания измерителя скорости. Очевидно, что в приемных преобразователях измерителей ускорений должна иметься относительно большая подвижная масса т. Наличие вязкого трения и упругих элементов делают преобразователи ускорений неидеальными. [c.104] Кривые на рис. 15 и 16 позволяют ориентироваться при практическом выборе величин г , С и т. [c.105] Использование -связей параметров, описываемых основными уравнениями механических систем (IV.3) и (IV.4), позволяет построить разнообразные первичные преобразователи измерители ускорений, скоростей, чисел оборотов, сил, моментов сил, давлений, напряжений и т. д. [c.105] Гидромеханические системы. Преобразования параметров в этих системах основаны на взаимодействии твердых тел с жидкостями или газами. Жидкости и газы определяются как упругие тела только в отношении изменения объема и не выдерживающие статических касательных усилий. При отсутствии внешних сил жидкость занимает определенный объем, в то время как объем газа увеличивается беспредельно. Изменениям формы, не связанным с изменением объема, соответствует элементарная деформация сдвига. При быстрых деформациях сдвига в жидкости и газе могут возникать заметные силы однако эти силы зависят не от величины деформации, а от скорости ее изменения. И если скорость деформации стремится к нулю, то и силы стремятся к нулю, поэтому их следует рассматривать не как упругие силы, а как силы трения. Такие силы внутреннего трения называют силами вязкости и рассматривают только при быстрых движениях, когда сдвиги в жидкости или газе происходят достаточно быстро. [c.105] нормальные к поверхности твердого тела, контактирующего с жидкостью, передаются через жидкость в виде давлений, так как они действуют одинаково по всем направлениям. Давление в данной точке жидкости или газа зависит от степени сжатия в этой точке. Так же как и в твердых телах, связь между давлением (напряжением) и сжатием (деформацией) определяется упругими свойствами тел. Упругие свойства жидкостей и газов полностью характеризуются объемной упругостью. Жидкости и газы обладают со-ве1 шенно разной объемной упругостью. [c.105] Очевидно, что такой смеси нельзя приписывать свойства несжимаемой жидкости. [c.107] Еслл жидкость находится в движущемся сосуде, то поверхность жидкости всегда устанавливается таким образом, чтобы сумма всех сил, действующих на частицы жидкости, кроме сил давления, была нормальна к поверхности. По этой причине во вращающихся сосудах возникает своеобразная подъемная сила, направленная от периферии к оси вращения, при этом менее плотные погруженные тела будут располагаться ближе к оси вращения, чем более плотные. [c.107] При разработке гидромеханических измерительных преобразователей в ряде случаев приходится считаться с силами поверхностного натяжения, вызванными различным притяжением между молекулами внутри жидкости и молекулами жидкости и стенки сосуда. Если силы межмолекулярного притяжения в жидкости больше, чем силы притяжения между молекулами жидкости и стенки, то равнодействующая этих сил отклонена в сторону, противоположную стенке, и поверхность жидкости имеет выпуклую форму (несмачивающие жидкости) в противоположном случае поверхность принимает вогнутую форму (смачивающие жидкости). В тонкой трубке силы поверхностного натяжения имеют значительную осевую составляющую. Поэтому в капиллярных трубках смачивающие жидкости поднимаются выше того уровня, который они занимают в широких трубках несмачивающие жидкости (например, ртуть) в тонких трубках стоят на более низком уровне, чем в широких. Силы, обусловленные поверхностным натяжением, растут пропорционально периметру сечения трубки, а вес столба жидкости — пропорционально площади сечения, поэтому в трубках большого диаметра поверхностное натяжение не изменяет заметно высоты столба жидкости. [c.108] Силы вязкости нарушают распределение давлений, вытекающее из уравнения Бернулли. Этот закон будет приблизительно спра ведлив лишь в том случае, когда потери энергии на трение малы по сравнению с кинетической энергией текущей жидкости. Мерой отношения кинетической энергии элемента потока к работе сил вязкости является число Ке. Чем оно меньше, тем большую роль играют силы вязкости в движении жидкости. Для потоков с постоянной температурой принцип динамического подобия устанавливает, что если число Не одинаково для двух геометрически подобных условий, то потоки тоже подобны. Следовательно, при любом геометрическом положении любое свойство потока может быть выражено через функцию числа Ке. В немногих случаях (например, ламинарный поток в цилиндрической трубе) эта функция числа Ее является аналитической, но чаще эмпирической. [c.109] Потери давления при турбулентном потоке в гидравлических расчетах принято выражать в зависимости от скоростного напора Лц = 1,хю 2ц. Здесь — коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом сопротивления. Для отрезка прямолинейной трубы длиной I на достаточном удалении от входа в трубу коэффициент сопротивления равен = и й. [c.112] Уравнение (IV.6) позволяет связывать между собой скорости или плотности потока в различных его сечениях S,-. [c.113] Вернуться к основной статье