5 Тангенц силы на пальце кривошипа ск при комбинированном уравновешивании.

Для прочностного расчета элементов СК, ее уравновешивания , выбора мощности двигателя необходимо знать зависимости описывающие изменения усилий на элементы СК в течении двойного хода. Одним из важнейших силовых факторов является тангенциальное усилие (Т), действующее на палец кривошипа. Определим это усилие для общего случая.

Имеем М_кр = Т*r, где М_кр – крутящих момент на ведомом валу редуктора.

Т – тангенциальная составляющая усилия действующего на палец кривошипа

r – радиус кривошипа.

Т.к. r всегда постоянно, необходимо определить Т = f( от сил действующих на СК за полный оборот кривошипа).

Для того, чтобы определить Т в зависимости от сил, действующих на СК и от положения механизма применяют теорему Жуковского о жестком рычаге.

,

где _Т – скорость точки приложения силы Т

P_i – величина каждой действующей силы на эту систему

_i – скорость движения точки приложения P_i , P_i^и – силы инерции от действия силы

(P_i_i) – угол между силой и скоростью.

Используя данную теорему получим

где _В – скорость движения т.В

Q - общий вес балансира с уравновешивающим грузом

L – расстояние от центра тяжести балансира до оси качения

L_i – радиус центра массы

Q_P – вес кривошипного совместно с уравновешивающим грузом

a_t^B – тангенциальное значение ускорения т.В.

Анализ зависимости (1) показывает, что величина Т является:

• величиной переменной

• зависит от положения механизма

• зависит от закона изменения силы Р₀ (от скважины)

• от величины скорости и ускорения т.В

• от соотношения длин элементов СК

• от веса элемента СК и уравновешивающих грузов

Полученное выражение (1) можно представить по другому:

, (2)

где Т₀ - тангенциальное усилие от действия силы Р₀, т.е. от действия скважины

Т_б–тангенциальное усилие от веса бала-нсира и уравновешивающего груза на нем

Т_i – тангенциальное усилие от действия инерционных сил, возникающих при движении балансира и уравновешивающего груза на нем

Т_кгр=Т_р–тангенциальн усилие от кри-вошипа и уравновешивающего груза на нем.

С другой стороны,Аливерзаде было по-казано, что выражение (1) и (2) можно дос-таточно точно представить в следующем виде

где Аsin  - характеризует влияние статических сил

Bsin2 - характеризует влияние динамических сил.

В графическом виде имеем для неуравновешенного СК

Анализ рисунка показывает, что тангенциальные усилия, а следовательно и нагрузка на двигатель изменяется крайне неравномерно для неуравновешенного СК. Так Т достигает максимума при начале хода вверх. При ходе вниз Т становится меньше 0, т.е. система начинает двигаться под действием силы тяжести ШК, т.е. при ходе вниз двигатель не производит работы, а наоборот поглощает энергию, т.е. работает в режиме генератора. Изменение знака Т плохо влияет на долговечность элементов СК и зубьев редуктора.

В момент изменения знака от «+» к «-» происходит «перекидывание зубьев», т.е. редуктор стучит. Для того, чтобы избежать вредные явления применяют уравновешиван СК.

Уравновешивание позволяет уменьшить значение Т_мах , загрузить двигатель при ходе вниз, Уменьшить зоны где Т0. С другой стороны, у уравновешенного СК Т=var , это приводит к неравномерному износу зубьев редуктора.

С другой стороны, анализ (2) показывает, что тангенциаль Т можно уменьшить, уменьшив Т_i .

В свою очередь, Т_i больше ,чем больше масса балансира, балансирного груза и ускорение балансира, поэтому, при больших числах качания стараются не применять балансирного уравновешивания. Балансирное уравновешивание не рекомендуется при большой грузоподъемности СК. В этом случае лучше применять кривошипное уравновешивание.

Кривошипное уравновешивание не дает появлению инерционных сил, т.к. кривошипный груз вращается равномерно с постоянной угловой скоростью.