6.2 Классификация сил действующих на механизм

В зависимости от характера решаемых задач применяются различные виды классификации сил. Так в теоретической механике все силы разделяются на заданные (активные) и реакции связей или внешние и внутренние. В теории механизмов и машин все силы, действующие на механизм, разделяются на движущие и силы сопротивления.

Движущие силы – это силы, обеспечивающие заданное движение механизма. Их работа за время одного цикла движения механизма больше нуля. На отдельных этапах цикла их работа может быть отрицательной, например, в двигателе внутреннего сгорания работа силы давления газов во время такта сжатия. Если рабочий процесс двигателя не циклический (например, в турбине) то работа движущих сил все время положительна.

Силы сопротивления – силы противодействующие движению механизма. Эти силы можно разделить на:

- силы полезного сопротивления для преодоления, которых предназначен механизм. Эти силы обусловлены технологическим процессом в механизме.

- силы вредного сопротивления – силы трения в кинематических парах, гидродинамические, аэродинамические и т.д.

Силы тяжести подвижных звеньев могут быть как движущими (если центр тяжести звена понижается) так и силами сопротивления (если центр тяжести повышается).

В общем случае, как движущие силы, так и силы сопротивления зависят от кинематических параметров (перемещения, угла поворота, линейной и угловой скорости) ведущего звена и времени. Эти зависимости задаются аналитически или графически и называются механическими характеристиками механизма. Так же называются зависимости от этих параметров мощности движущих сил и сил сопротивления.

В качестве примера рассмотрим механическую характеристику асинхронного трехфазного двигателя (Рис 6.1а).

Рис. 6.1

На этом рисунке показаны графики зависимости крутящего момента на валу двигателя и мощности в зависимости от оборотов вала. При отсутствии нагрузки на валу двигателя ( его обороты будут определяться частотой синхронизации, и соответствовать оборотам холостого хода . При нагрузке двигателя обороты вала незначительно уменьшаются до номинальных и в области устойчивой работы двигателя (участок а-в) изменяются в незначительных пределах. При достижении нагрузки соответствующей моменту опрокидывания достигается крайняя точка устойчивой работы и при дальнейшем увеличении нагрузки происходит срыв синхронизации и двигатель останавливается.

Аналогичные характеристики строятся и для исполнительных механизмов (насосов, вентиляторов и т.д.). Эти характеристики, как правило, являются восходящими кривыми (Рис 6.1б).

6.3 Приведение сил в механизмах

Приведенной к данной точке данного звена силой называется воображаемая сила, которая будучи приложена в данной точке по касательной к ее траектории развивает такую же мощность как и все действующие на механизм силы и моменты вместе взятые.

(6.4)

Где - суммарная мощность всех сил и моментов;

- приведенная сила;

- скорость точки приведения.

Так как все силы и моменты, действующие на -тое звено можно привести к одной силе - и одному моменту - , то суммарная мощность будет

Тогда приведенная сила определится как

(6.5)

Общая приведенная сила может быть представлена как разность приведенной движущей силы и приведенной силы сопротивления.

Аналогичное определение можно дать и для приведенного момента сил.

Приведенным к данному звену механизма моментом сил называется воображаемый момент, который будучи приложен к этому звену, развивает такую же мощность, как и все действующие на механизм силы и моменты.

Откуда по аналогии с предыдущим выводом

(6.6)

Где - угловая скорость звена приведения.