2. . Выбор положений механизмов, соответствующих рабочему и холостому ходам, и определение внешней силы f .

В механизмах металлорежущих станков и прессов ( задания 1-10) ведомое звено ( ползун) за один оборот кривошипа совершает рабочий и холостой хода. В этих механизмах заданная внешняя сила F является силой полезного сопротивления, возникающей в процессе обработки. Поэтому при рабочем ходе происходит движение ведомого звена навстречу силе сопротивления F . При движении ведомого звена в обратном направлении происходит холостой ход.

При работе механизмов большинства технологических машин рабочий процесс совершается только на части рабочего хода исполнительного звена. Так как для положения механизма, соответствующего рабочему ходу, требуется выполнить силовой расчет с учетом внешней силы на ведомом звене, то при выборе рабочего положения механизма необходимо использовать заданную диаграмму внешней силы F = F( S ).

Размещаем эту диаграмму так, чтобы ее ось абсцисс была направлена по линии перемещения ведомого ползуна, а начало координат совпадало с крайним положением ползуна, соответствующим началу рабочего хода. Например, для механизма, показанного на рис. 4, это верхнее крайнее положение. На отрезке Н, изображающем ход ползуна, строим диаграмму силы по заданным соотношениям. Масштабный коэффициент сил _F [ н/мм ] по оси F произвольный.

Выбираемое положение механизма при рабочем ходе должно быть таким, чтобы для него сила F не была равна нулю (для станков), или имела бы одно из наибольших значений (для прессов). Например, положение обозначенное индексом 8 на рис. 4. Таким образом, положение механизма при рабочем ходе выбираем по положению ведомого ползуна, а положение остальных звеньев определяем методом засечек. Выбор положения механизма, соответствующего холостому ходу, не ограничивается никакими условиями.

В компрессорах внешняя сила F действует во всех положениях механизма и переменна по величине. Для двухцилиндрового компрессора (задание 11) за рабочий ход ведомого ползуна условно принимаем его движение от левого крайнего положения (ЛКП) до правого крайнего положения (ПКП). Движение ползуна в обратном направлении примем за холостой ход. Для определения сил F  и F , действующих соответственно со стороны правого и левого цилиндров, строим две индикаторные диаграммы по заданным соотношениям, размещая их таким образом, чтобы крайние точки диаграммы соответствовали крайним положениям правого поршня. Так как процессы, происходящие в правом и левом цилиндрах, смещены по углу поворота кривошипа на 180^о, удобно индикаторную диаграмму для левого цилиндра построить повернутой по отношению к диаграмме правого цилиндра, как показано на рис 5. Масштабный коэффициент давлений _p [ ] выбирается произвольный, но удобный для расчетов.

Если принять направление силы F за положительное, тогда величина суммарной силы F для выбранного положения механизма определяется по формуле

F = F - F =  _р (у_р - у_р) D²/4 [ н],

где _{р –} масштабный коэффициент давлений,

у

_р и у_р - отрезки с диаграммы в мм,

D - диаметр цилиндра в мм.

В двигателях внутреннего сгорания.

Внешняя сила F определяется по индикаторной диаграмме, которая отражает процесс, происходящий в рабочем пространстве цилиндра двигателя (см. задания на курсовой проект: 12, 13, 14). Для исследования нужно выбрать два положения механизма. Одно из которых соответствует такту расширения в правом цилиндре. (В задании 12 такт расширения в правом цилиндре соответствует движению правого поршня справа налево, а в заданиях 13 и 14 – движению правого поршня от верхнего крайнего положения к нижнему крайнему положению). При этом положение правого поршня целесообразно выбрать в зоне наибольших значений давления газов в цилиндре. Можно порекомендовать повернуть кривошип на угол  60⁰ в заданном направлении от его положения, соответствующего началу расширения в правом цилиндре, как, например, на рис. 6.

В левом цилиндре происходит такой же процесс, но он смещен относительно процессов в правом цилиндре. При заданном направлении вращения кривошипа по часовой стрелке процесс в левом цилиндре будет запаздывать. Запаздывание, в зависимости от варианта заданий (угол развала цилиндров), может соответствовать углу поворота кривошипа от 240⁰ до 360⁰. Однако, если положение механизма на такте расширения выбрано как рекомендовано выше, то в левом цилиндре во всех заданиях этот момент соответствует такту впуска. Это позволяет ограничиться построением на листе индикаторной диаграммы только для правого цилиндра, поскольку давление при впуске постоянно.

Индикаторную диаграмму строим по заданным соотношениям, размещая ее таким образом, чтобы крайние точки диаграммы соответствовали крайним положениям правого поршня на схеме механизма. Масштабный коэффициент _р выбирается произвольный, но удобный для расчета.

Давление при расширении в правом цилиндре для выбранного положения определяется по соответствующей этому положению ординате у_р линии cd (рис. 6), давление в левом цилиндре – по постоянной ординате у_р линии ав. Отсчитывая обе ординаты от линии атмосферного давления, силы, действующие на правый и левый поршни, определим как

F^ = _р у_р πD²/4 [ н ] F = _р у_р  D ²/4 [ н]

где D– диаметр поршня в мм

.

Сила F на правый поршень действует в направлении его скорости, а на левый поршень, поскольку впуску соответствует разряжение в цилиндре, против скорости, как показано на рис. 6 (F″).

Второе положение механизма может быть любым из соответствующих движению правого поршня в обратном направлении (задания 13, 14 – от нижнего крайнего положения к верхнему; задание 12 – от левого крайнего положения к правому).