Раздел 3. Силовой расчет механизма

Основными силами, определяющими характер движения механизма, являются движущие силы, совершающие положительную работу, и силы полезного сопротивления, совершающие отрицательную работу. Это силы, для преодоления которых предназначен механизм.

Силовой расчет методом планов

Основные задачи состоят в определении реакций в кинематических парах механизмов и в определении уравновешивающих сил (или момен­тов), приложенных к ведущим звеньям, которые уравновешивают систему всех внешних сил и пар сил и всех сил инерция и пар сил инерции.

В теории механизмов и машин широкое применение получил кинетостатический метод силового расчета механизмов, который состоит в следующем. Если к точкам несвободной системы вместе с задаваемыми силами приложить мысленно фиктивные для этой системы силы инерции, то совокупность этих сил уравновешивается реакциями связей. Этот прием позволяет свести решение задач динамики к решению задач ста­тики.

Примечание: Определение реакций в кинематических парах механизма при постоянной угловой скорости кривошипа будем вести без учета сил трения.

Определение силы полезного сопротивления

Порядок построения разметки для силового расчета механизма не отличается от её построения в разделе кинематического анализа, поэтому здесь каких-либо дополнительных пояснений не требуется. После построения разметки переходим к силовой диаграмме, которую необходимо перенести из исходных данных на лист. При этом важно определить. величины сил сопротивления в каждом положении разметки и установить их соответствие этим положениям. На разметке механизма имеются отметки положения точки В ползуна. Направим ось ординат искомого графика параллельно траектории точки В от её нулевого положения в сторону другого крайнего положения. Перпендикулярно этой оси направим ось абсцисс. При этом по оси ординат, по существу, откладывается перемещение точки В, по оси абсцисс так же, как и на исходном графике, откладывается сила сопротивления Р.

В выбранной системе координат необходимо вдоль обеих осей нанести шкалы и затем координатную сетку точно так же, как это сделано на исходном графике в задании на курсовой проект. Прочитав координаты ряда характерных точек исходного графика, строим эти точки в приготовленной для этого системе координат, а затем соединяем нанесенные точки последовательно друг с другом, что и дает искомый график.

Опустив перпендикуляры из отметок траектории на ось ординат графика, получаем абсциссы Р в нужных положениях разметки рабочего хода механизма. Отметим, что масштаб по оси ординат графика равен масштабу разметки (рис 3 а)

Найдем силы сопротивления:

для 1-го положения:

Р_{с_1} = 0 Н,

Для 5-го положения:

Р_{с_5} = 113800 Н.

Рис 3а Определение силы полезного сопротивления

3. 1. 1. Силовой расчет структурной группы

Рассмотрим силовой расчет для 1-го положения ( остальные аналогично).

Силовое исследование начинают о самой удаленной от ведущего звена группы. В данном механизме это группа состоящая из звеньев 2 и 3 . Найдем значения этих сил:

Освобождаем группу от связей и прикладываем вместо них реакции: _{, , , . К звеньям группы прикладываем силы инерции, полезого сопротивления, силы тяжести.}

Схема нагружения структурной группы изображена на рис. 3.1

Рис. 3.1 Схема нагружения группы

Определим численные значения сил и моментов[2].

,

Н.

Силы инерции звена АВ:

,

Н.

Момент – направлен в сторону противоположную угловому ускорению[2].

Н*м.

Запишем сумму моментов относительно точки ползуна В[2]:

.

Выразим :

. (3.4)

Плечи моментов определим по формулам:

,

,

,

,

.

Запишем сумму всех сил, действующих на группу[2]:

Для нахождения двух неизвестных реакций, решим данное уравнение векторно. Для этого последовательно изображаем силы на плане отрезками, соответствующими их значению и направленными в ту же сторону (рис. 3.2).

Рис. 3.2 План сил структурной группы в 1 положении

Для определения численных значений неизвестных реакций и необходимо измерить отрезки, которыми обозначаются данные реакции на плане сил и умножить их на масштабный коэффициент .

Полученные значения вычислений и построений заносим в таблицу 4.

Таблица 4