›
›

Bài giảng Cơ kỹ thuật - Chương 1b: Đơn vị hiệu suất công và năng lượng - Trương Quang Trường

ppt 30 trang ngocly 1020
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Cơ kỹ thuật - Chương 1b: Đơn vị hiệu suất công và năng lượng - Trương Quang Trường", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pptbai_giang_co_ky_thuat_chuong_1b_don_vi_hieu_suat_cong_va_nan.ppt

Nội dung text: Bài giảng Cơ kỹ thuật - Chương 1b: Đơn vị hiệu suất công và năng lượng - Trương Quang Trường

  1. CƠ KỸ THUẬT GV: ThS. TRƯƠNG QUANG TRƯỜNG KHOA CƠ KHÍ – CÔNG NGHỆ TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HCM Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
  2. Cơ kỹ thuật ĐƠN VỊ HIỆU SUẤT CÔNG VÀ NĂNG LƯỢNG, Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 2 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
  3. I. ĐƠN VỊ 1. CÁC ĐƠN VỊ THƯỜNG DÙNG TRONG HỆ SI Đại lượng Ký hiệu Đơn vị * Chiều dài l m mét - meter * Diện tích A m2 mét vuông – meter2 * Thể tích V m3 mét khối – meter3 * Thời gian t s giây - second * Khối lượng m kg kilogram * Nhiệt độ t oK Độ Kelvin oC Độ C * Góc rad, o radian Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 3 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
  4. I. ĐƠN VỊ 1. CÁC ĐƠN VỊ THƯỜNG DÙNG TRONG HỆ SI Đại lượng Ký hiệu Đơn vị * Vận tốc v m/s Mét/giây * Vận tốc góc  rad/s, 1/s Radian/giây * Gia tốc a m/s2 Mét/giây2 * Gia tốc góc  rad/s2, 1/s2 Radian/giây2 * Lực P N = kg.m/s2 Newton * Momen T Nm Newton - meter Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 4 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
  5. I. ĐƠN VỊ 1. CÁC ĐƠN VỊ THƯỜNG DÙNG TRONG HỆ SI Đại lượng Ký hiệu Đơn vị * Năng lượng, A, E, W J (= Nm) Joule (jun) công * Công suất N W (=J/s) Watt (oát) HP Horsepower (mã lực) (1HP = 746W 0,75 kW * Ứng suất, áp ,  N/m2 = Pa Pascal suất Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 5 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
  6. I. ĐƠN VỊ 2. CÁC TIẾP ĐẦU NGỮ THƯỜNG DÙNG Tên Ký hiệu Hệ số mega M 1 000 000 = 106 kilo k 1 000 = 103 mili m 0,001 = 10-3 micro  0,000 001 = 10-6 deka da 10 = 101 deci d 0,1 = 10-1 centi c 0,01 = 10-2 Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 6 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
  7. I. ĐƠN VỊ 2. CÁC TIẾP ĐẦU NGỮ THƯỜNG DÙNG Ví dụ: + 1 km = 1000 m = 103 m + 1 m = 10-6 m + 1 kW = 1000 W + 1 MPa = 106 Pa = 106 N/m2 = 1 N/mm2 Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 7 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
  8. II. HIỆU SUẤT Định nghĩa - Hiệu suất (, %) là tỉ số giữa công có ích và tổng công mà máy tiêu thụ: AAAA−  =ci = d ms =1 − ms AAAd d d Aci: công có ích Ad: công phát động (công mà máy tiêu thụ) Ams: công của lực ma sát - Hiển nhiên 0  < 1 Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 8 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
  9. II. HIỆU SUẤT Tên gọi Hiệu suất  Được che kín Để hở Bộ truyền bánh răng trụ 0,96  0,98 0,93  0,95 Bộ truyền động bánh răng côn 0,95  0,97 0,92  0,94 Bộ truyền trục vít Z1 = 1 0,70  0,75 Z1 = 2 0,75  0,82 Z1 = 4 0,87  0,92 Bộ truyền xích 0,95  0,97 0,90  0,93 Bộ truyền bánh ma sát 0,90  0,96 0,70  0,88 Bộ truyền đai 0,95  0,96 Một cặp ổ lăn 0,99  0,995 Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường Một cặp ổ trượt - 9 - 0,98  0,99 Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
  10. II. HIỆU SUẤT 1. Hệ thống khớp động, cơ cấu, máy, lắp nối tiếp A A1 A2 A3 An d     A 1 2 3 n ci Ad: công đưa vào chuỗi động Aci: công lấy ra sau chuỗi động Ai: công còn lại sau khi qua thành phần có hiệu suất i. - Hiệu suất chuỗi nối tiếp AAAA AA  ==ci n n−13 21 AAAAAA d n−−1 n 2 2 1 d An   = = nn. −1  2 .  1 Ai Ad i = Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường Ai−1 - 10 -  Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
  11. II. HIỆU SUẤT 1. Hệ thống khớp động, cơ cấu, máy, lắp nối tiếp Ví dụ Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường 3 2 3 2  = Aci / Ađ = đai x  ổ x - 11br- = 0,95.0,99 Trường.0,97 ĐH Nông= Lâm 0,867 TPHCM
  12. II. HIỆU SUẤT 1. Hệ thống khớp động, cơ cấu, máy, lắp nối tiếp Ví dụ  = ? Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 12 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
  13. II. HIỆU SUẤT 2. Hệ thống khớp động, cơ cấu, máy, lắp song song  A 1 ci1 Ad: công đưa vào chuỗi động Acii: công còn lại sau khi qua thành phần có  A hiệu suất i A 2 ci2 d ĐC Hiệu suất chuỗi song song  A i cii n  Acii Aci i=1  A với  == n cin A n A d  cii i=1 i n n A A  ci  ci n  = i=1 = i=1 . A = Đặc biệt: 1 = 2 = = n = c n A 1  ci c ci Khoa Cơ Khí – Côngi=1 Nghệ Ths. Trương Quang Trường  - 13 - i=1 c Trường ĐHc Nông Lâm TPHCM
  14. II. HIỆU SUẤT 3. Hệ thống khớp động, cơ cấu, máy, lắp hỗn hợp ' ' A 2 3 ci1  '' '' A ĐC 1 2 3 ci2 ''' ''' A 2 3 ci3 Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 14 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
  15. II. HIỆU SUẤT 3. Hệ thống khớp động, cơ cấu, máy, lắp hỗn hợp VD:  = ? Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 15 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
  16. III. CÔNG Định nghĩa: Công sinh ra bởi một lực F tác động tại một điểm trên 1 CTM, khi điểm di chuyển từ điểm đầu s1 đến điểm cuối s2: s2 W= F.ds s1 - Chuyển động trên đường thẳng: W= F.S.cos - Chuyển động trên đường cong: W= F.R. = T. Nếu F (N), S (m); đơn vị của công Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường là Joule, ký- 16 hiệu- là J Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
  17. III. CÔNG VD1: Một bánh đang quay dưới tác dụng của lực tiếp tuyến F đặt tại bán kính R. 1. Giả sử bánh quay n vòng. Hãy xác định công F sinh ra trong trường hợp này. 2. Giả sử bánh quay một góc  dưới tác dụng của lực. Hãy xác định công sinh ra trong R trường hợp này. Giải 1. W = F.S = F.(2 .R).n (Ở đây, S là quảng đường đi được của lực ) 2. W = T. = F.R. Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 17 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
  18. III. CÔNG - Nếu W > 0: chiều F cùng chiều chuyển động → lực sinh công - Nếu W < 0: chiều F ngược chiều chuyển động → lực tiêu thụ công (sinh công cản). VD: lực ma sát, lực cản, - Công sinh ra bởi lực (momen) = sự truyền năng lượng đến CTM: + Thế năng (potential energy) + Động năng (kinetic energy) + Nội năng (internal energy) + Nhiệt năng (heat energy) Năng lượng luôn được bảo toàn trong tất cả các quá Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường trình truyền năng lượng! - 18 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
  19. III. CÔNG VD2: Hình vẽ thể hiện 1 cam đang quay, dẫn động cho cần chuyển động theo phương thẳng đứng. Tại vị trí này, cần di chuyển lên trên dưới t/d của lực F = 1 (N). Biết rằng khi cam quay một góc  = 0,1 (rad) thì cần di chuyển một đoạn s = 1 (mm). Hãy xác định momen trung bình cần thiết để làm quay trục cam trong khoảng thời gian này? Giải Giả thuyết: - Momen là hằng số trong khoảng thời gian đang xét. - Bỏ qua mất mát năng lượng do ma sát. • Công trên trục cam: W = T. • Công trên cần: W = F.s F.s1 . 0 , 001 T= = =0 , 01Khoa Nm Cơ Khí – =Công 10 Nghệ Nmm Ths. Trương Quang Trường  - 19 - 01, Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
  20. VI. CÔNG SUẤT Định nghĩa: Công suất là công của lực sinh ra trong một đơn vị thời gian. dW F.ds N= = = F.v dt dt Trong hệ SI, đơn vị công suất là W (watt), 1 W = 1 J/s Thường dùng các đơn vị: kW hay HP 1 kW = 1000 W 1 HP = 746 W 0,75 kW Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 20 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
  21. VI. CÔNG SUẤT 1 HP = 746 W 0,75 kW Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 21 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
  22. VI. CÔNG SUẤT - Chuyển động trên đường thẳng: N= F.V.cos - Chuyển động trên đường cong: NT.= .n Chuyển động quay tròn với n vòng/ phút: NT.= 30 Nếu N (kW), T (Nm), n (vòng/phút) .n1 Tn Tn NT = = 30 1000 9549 9550 Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 22 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
  23. VI. CÔNG SUẤT VD3: Sử dụng dữ liệu của VD2, T = 0,01 Nm,  = 0,1 rad, quay với tốc độ 1000 vòng/phút. Hãy xác định công suất trung bình trong suốt thời gian này. Giải * Tính theo định nghĩa N = W/t + Vận tốc góc:  = n/30 = 104,7 (rad/s) + Thời gian để cam quay 0,1 rad: dt = / = 0,1/104,7 = 9,55.10-4 (s) Vậy, công suất trung bình là: dW T. 0 , 01 . 0 , 1 N,W= = = =1 05 dt dt9 , 55 . 10−4 * Tính theo công thức N = T. NT.,.,,W=  =0 01 104 7 = 1 05 Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 23 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
  24. V. BẢO TOÀN NĂNG LƯỢNG (Conservation of Energy) Trong 1 hệ thống, khi không có sự truyền khối qua biên của nó, sự bảo toàn năng lượng thể hiện bởi: E = KE + PE + U = Q + W Trong đó: + E: sự thay đổi trong năng lượng tổng của hệ thống; + KE: sự thay đổi trong động năng của hệ thống; + PE: sự thay đổi trong thế năng của hệ thống; + U: sự thay đổi trong nội năng của hệ thống; + Q: năng lượng nhiệt được truyền đến hệ thống; + W: công thực hiện trên hệ thống. 1 22 PE = mg( h − h ) KE = m( v21 − v ) 21 2 Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 24 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
  25. V. BẢO TOÀN NĂNG LƯỢNG (Conservation of Energy) VD4: Trục khuỷu của 1 máy dập quay với tốc độ n = 60 rpm để tạo ra các lỗ (được đột – dập) trên thép tấm với năng suất 60 lỗ/phút. Yêu cầu về momen trên trục khuỷu được thể hiện trên hình. Máy dập được dẫn động (qua hộp giảm tốc) bởi motor có số vòng quay 10 n = 1200 rpm. Bỏ qua ảnh hưởng của 8 Yêu cầu quán tính. Hãy xác định công suất momen thực cần thiết của motor để đảm bảo 6 momen lớn nhất của trục khuỷu? Giải 4 3 Thừa nhận: 2 + Mất mát do ma sát không đáng kể. + Năng lượng không được dự trữ dưới Momen trên trục khuỷu (kNm) (kNm) trêntrụckhuỷuMomen dạng động năng quay. 2 Góc trục khuỷu (rad) + Motor cung cấp momenKhoa Cơtối Khí –đaCôngmột Nghệcách Ths. Trương Quang Trường liên- 25 -tục. Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
  26. V. BẢO TOÀN NĂNG LƯỢNG (Conservation of Energy) Giải Bỏ qua ma sát Công suất động cơ = công suất trục khuỷu trucn truc T.T.TT.T.dc dc = truc  truc dc = truc = truc dcn dc Với hộp giảm tốc 20:1 (1200rpm/60rpm) 1 T =10 . = 0 , 5 kNm = 500 Nm dc 20 Công suất động cơ: n .1200 NT.=  = T.dc =0 ,. 5 = 62 ,kW 8 84 ,HP 2 dc dc dc dc 30 30 Lưu ý: Công sinh ra trên 1 vòng quay của trục là: W= T.  =500 ( Nm )x 2 ( rad ) = 1000Khoa Cơ Khí (J) – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 26 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
  27. V. BẢO TOÀN NĂNG LƯỢNG (Conservation of Energy) Nhận xét: 1. Sẽ là phí phạm nếu dùng 1 motor có công suất như trên, vì công suất đó chỉ cần 1 khoảng thời gian rất ngắn ( /3 của chu kỳ 2 ). 2. Nếu dùng 1 bánh đà phù hợp, sẽ cho phép sử dụng 1 motor có công suất nhỏ hơn nhiều. Trong suốt chu kỳ dập, năng lượng sẽ được lấy từ bánh đà, bánh đà sẽ quay chậm lại. Giữa 2 lần dập, motor sẽ làm tăng tốc bánh đà đến tốc độ cần thiết. Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 27 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
  28. V. BẢO TOÀN NĂNG LƯỢNG (Conservation of Energy) VD5: Tiếp tục VD4. Hãy xác định công suất của motor trong trường hợp sử dụng bánh đà. Biết năng lượng cần thiết cho quá trình dập được biểu thị trên hình. Giá trị đó là 2 (kNm) = 6238 (J) 10 Momen thực Giải 8 Momen trung bình 6 4 3 Momen 2 tương đương Momen trên trục khuỷu (kNm) (kNm) trêntrụckhuỷuMomen 2 Góc trục khuỷu (rad) Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 28 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
  29. V. BẢO TOÀN NĂNG LƯỢNG (Conservation of Energy) Giải Momen trung bình: T .=26 T = ( kNm ) tb3 tb Bởi việc sử dụng bánh đà, cho phép motor cung cấp momen tương đương qua toàn thể chu kỳ 2 (rad). Momen tương đương: W 2 T= = =1 ( kNm ) = T td 2 truc Momen trên trục khuỷu giảm 10 lần (10 kNm → 1 kNm) Công suất cần thiết N = 6,28 kW 8,42 HP Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 29 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM
  30. BÀI TẬP ◼ Bài tập phần xem trên web: Khoa Cơ Khí – Công Nghệ Ths. Trương Quang Trường - 30 - Trường ĐH Nông Lâm TPHCM