2. Режимы движения машины

В зависимости от того, какую работу совершают внешние силы в исследуемом интервале движения, различают три основных режима движения машины: разгон, установившееся движение и торможение (выбег). Функции положения звеньев механизма, кинематических пар и точек являются периодическими функциями положения начального звена. Совокупность периодически повторяющихся действий, т. е. изменение угловой частоты Δφ_ц, называют циклом, в подавляющем большинстве случаев Δφ_ц = 2π. Цикл является удобной мерой для оценки энергетических характеристик режимов движения. Так, в режиме разгона работа движущих сил за цикл превышает работу сил сопротивления. Поскольку суммарная работа внешних сил за цикл положительна, то кинетическая энергия системы за цикл увеличивается. Это приводит к тому, что угловая скорость начального звена и, следовательно, угловые скорости всех остальных звеньев увеличиваются. Машина движется в режиме разгона при пуске или переходе с меньшей скорости на большую.

В режиме установившегося движения периодически изменяется угловая скорость начального звена механизма. При этом работа движущих сил за цикл установившегося движения равна работе сил сопротивления. Если угловая скорость начального звена уменьшается, то такой режим движения называют торможением, или выбегом. Режим торможения осуществляется при остановке механизма или при переходе с большей скорости на меньшую. В отличие от режима установившегося движения режимы разгона и выбега называют неустановившимися, или переходными.

Существует также большое количество машин, выходное звено которых перемещается из начального положения в конечное, после чего останавливается, т. е. и в начале, и в конце интервала движения выходное звено неподвижно. Такой режим движения называют режимом пуска—останова.

Основной рабочий режим машины — режим установившегося движения. Методы анализа установившегося движения различаются для разных видов машин. Так, для технологических машин силы производственного сопротивления считаются заданными, тогда как движущие силы подлежат определению из условия поддержания установившегося движения с заданной средней угловой скоростью ω_ср начального звена. Для упрощения задачи обычно принимают движущий момент постоянной величиной, не зависящей от реально существующих периодических колебаний угловой скорости начального звена. По сравнению с технологическими машинами, для машин-двигателей постоянной величиной считают момент сопротивления нагрузки, также из условия поддержания режима установившегося движения.

На основании анализа периодических колебаний угловой скорости начального звена оценивают неравномерность хода машины (вычисляют коэффициент изменения угловой скорости — коэффициент неравномерности δ). Если коэффициент неравномерности δ превышает заданное допустимое значение, δ > [δ], то для уменьшения колебаний скорости систему дополняют маховиком, момент инерции J_M рассчитывают, например, методом Мерцалова.

При исследовании переходных режимов заданными являются движущие силы и силы производственных сопротивлений, а также начальные условия (t = 0) — начальная угловая скорость и начальная кинетическая энергия системы. В результате анализа определяют закон движения начального звена механизма, т. е. зависимость его угловой скорости от начального положения угла поворота, а при необходимости и время осуществления поворота из заданного начального положения в конечное.

При исследовании режима пуска-останова известными считают условия начала движения и останова выходного звена в конечном положении и действующие внешние силы, а также функции положения начального звена. Определяют закон изменения движущих сил, обеспечивающий выполнение требуемого режима, и реальный закон движения начального звена механизма.