3. Силы, действующие на звенья механизма

Закон движения механизма в первую очередь определяется характером сил и моментов, приложенных к его звеньям. Все силы и моменты, действующие на звенья механизма, подразделяют на внешние и внутренние.

Внешние силы совершают работу и изменяют кинетическую или потенциальную энергию машины и в свою очередь их подразделяют: на движущие силы, работа которых положительна (система получает энергию);

на сипы сопротивления, работа которых отрицательна (система отдает энергию):

а) силы полезного, или технологического сопротивления, возникающие при выполнении машиной ее основных функций (работа по изменению координат, формы или свойств изделия и т. п.);

б) силы трения, или диссипативные силы, возникающие в кинематических парах (их работа всегда отрицательная величина);

на силы взаимодействия с потенциальными полями, или потенциальные (позиционные) силы, возникающие при перемещении объекта в потенциальном поле различной природы.

Сила в каждый момент времени характеризуется численным значением (модулем), точкой приложения и линией действия. Характерная особенность потенциальных сил заключается в том, что их работа за цикл, т. е. при возврате системы в исходное положение, равна нулю. В гравитационном поле потенциальными будут силы тяжести звеньев. Силы упругости пружин также являются потенциальными силами. Курсовое проектирование включает в себя механизмы, взаимодействующие и с некоторыми другими потенциальными полями (например, электромагнитными). Поле потенциальных сил характеризуется скалярным потенциалом.

Внутренние силы действуют между звеньями механической системы. Работа этих сил не изменяет энергии системы. В механических системах такими силами будут реакции в кинематических парах. При определении движения механизма их не учитывают.

Выделяют еще одну группу сил — расчетные (фиктивные) силы, которые не существуют в реальности, но их вводят с целью упрощения некоторых расчетов. К ним, например, относятся силы инерции. При анализе динамики механизма эти силы также не учитывают.

Относится ли сила к движущим силам или к силам сопротивления, можно определить по знаку скалярного произведения векторов силы и скорости точки приложения силы. При этом для движущих сил произведение положительная величина, для сил сопротивления — отрицательная. Если силовой фактор задан в виде момента силы, то моменты подразделяют на движущие и моменты сопротивления также по знаку скалярного произведения векторов момента и угловой скорости — при совпадении направления действия момента силы и направления вращения звена момент силы будет движущим моментом.

Следует отметить, что деление сил на движущие силы и силы сопротивления несколько условно. Одна и та же сила на разных этапах цикла работы машины может быть и движущей силой, и силой сопротивления. Например, сила тяжести кабины лифта при подъеме кабины является силой полезного сопротивления, а при ее спуске — движущей силой. Внешние силы, приложенные к различным звеньям механизма, в процессе работы механизма могут изменяться в соответствии с каким-либо известным законом или оставаться постоянными (например, силы тяжести).