Силы, действующие на звенья механизма

Динамика механизмов и машин

В динамике механизмов и машин рассматриваются две основные задачи:

1) Силовой анализ механизма – определение и изучение влияние сил на звенья механизма и кинематические пары, на неподвижные опоры и установление способов уменьшения динамических нагрузок, возникающих при движении механизма.

2) Определение режимов движения механизма под действием заданных сил и установление способов, обеспечивающих заданные режимы движения механизма.

Тема: СИЛОВОЙ  РАСЧЁТ МЕХАНИЗМОВ

Силы, действующие на звенья механизма

Условия статической определимости кинематической цепи

Определение реакций в кинематических парах групп

Силовой расчет ведущего звена

Силовой расчет механизма заключается в определении всех сил действующих на звенья механизмов при их движении.

Вопрос об определении сил имеет большое практическое значение для расчета на прочность отдельных деталей механизмов, для определения силы трения в кинематических парах выбора подшипников и т.д.

Будем считать, что сила нам известна, когда известны:

1. Длина вектора силы

2. Линия действия силы

3. Точка приложения силы

В ТММ широкое применение получил метод силового расчета механизмов на основе обыкновенных уравнений равновесия твердых тел. Сущность этого метода сводится к применению, при решении задач динамики, уравнений равновесия в форме Даламбера. В применении к механизмам сущность метода может быть сформулирована так: если ко всем внешним силам, действующим на звено механизма, присоединить силы инерции, то под действием всех этих сил можно звено рассматривать условно находящимся в равновесии.

Метод силового расчета механизма с использованием сил инерции носит название кинетостатического расчета механизмов.  

Силы, действующие на звенья механизма

Силы, действующие на звенья механизма, можно классифицировать следующим образом:

1. Внешние силы – силы движущие, силы сопротивления, силы тяжести и др.

2. Силы, возникающие в кинематических парах – силы трения, реакции в КП.

3. Силы инерции.

Движущими силами (F_д) будет считать силы, совершающие положительную работу, т.е. силы, проекция которых на вектор скорости точки приложения силы положительна.

Силами сопротивления (F_с) будет считать силы, совершающие отрицательную работу, т.е. силы, проекция которых на вектор скорости точки приложения силы отрицательна.

Силой полезного  или производственного сопротивления (F_пс) называется сила сопротивления, для преодоления которой, предназначена машина.

Силы движущие и силы полезного сопротивления определяются методами, разработанными в специальных технических дисциплинах (термодинамика, теория двигателей внутреннего сгорания, электропривод, теория резания металла, теория резания почвы и т.д.)

Эти силы выражаются или в виде аналитической зависимости, или в виде таблицы, или в виде диаграмм и т.д. Например

Механическая характеристика 3-х фазного асинхронного двигателя.

Индикаторная диаграмма ДВС

Индикаторная диаграмма насоса

Все эти характеристики приводятся в технических паспортах, в справочниках и т.д.

Сила тяжести определяется как G=mg, приложена в центре масс и направлена к центру земли. Силы тяжести в течение цикла движения, могут совершать как положительную, так и отрицательную работу, но за цикл движения суммарная работа этой силы равна нулю.

Сила инерции – это теоретическая сила, являющаяся реакцией массы тела на сообщаемое ему ускорение. Как правило, силу инерции частиц тела, сводят к главному вектору силы, приложенному в центре масс и к главному моменту силы инерции.

При сложном движении i-го звена (шатун)  а .

Где: m_i – масса i-го звена;

- ускорение центра масс i-го звена;

- момент инерции i-го звена относительно оси, проходящей через центр масс этого звена;

 - угловое ускорение i-го звена.

При поступательном движении звена, на него при неравномерном движении будет действовать только сила инерции, а при неравномерном вращательном движении, при условии, что центр масс находится на оси вращения, на него будет действовать только момент силы инерции. Более сложные случаи приведены в литературе [6].