9. Действующие в механизмах силы

Все силы, действующие на звенья механизма, можно разделить на задаваемые и реакции связи.

Реакции связи кинематических пар, также как и силы трения, по отношению к каждому звену, входящему в кинематическую пару, являются внешними, а ко всему механизму в целом – внутренними.

Задаваемые силы разделяются на следующие виды:

1). Движущиеся – эти силы приводят механизм в движение, за всё время его рабочего цикла. Работа этих сил положительная и называется затраченной. Направление этих сил совпадает с направлением скорости точек их приложения или образуют с ними острый угол.

2). Силы полезных или производственных сопротивлений (технологическое сопротивление) – это силы, для преодоления которых создаётся механизм. Работа этих сил отрицательная и называется полезной. Они направлены в сторону противоположную скорости точек их приложения или образуют тупой угол.

3). Силы вредных сопротивлений (силы трения) возникают как результат взаимосопротивления соприкасающихся звеньев к их относительному перемещению. Работа этих сил отрицательна и называется вредной. Направлены они также как и силы полезных сопротивлений.

*Полная работа сил сопротивления будет складываться из полезной и вредной работ сил сопротивления

4). Силы тяжести. Всегда направлены вниз. Работа этих сил положительна, если центр масс звена опускается и отрицательна – если поднимается. Величина этих сил определяется конструкцией и материалом звеньев.

5). Силы упругости создаются пружинами, которые устанавливаются в кулачковых механизмах или в пружинных двигателях прибора – в этом случае силы упругости являются движущимися. При сжатии пружины сила упругости препятствует движению расположенному рядом с ней звена, а при распрямлении – способствует движению этого звена, а, следовательно, и механизма. Иногда установка пружины объясняется необходимостью восприятия инерционных нагрузок.

6). Силы инерции. Впервые исследовались Ампером в 1743 г. Звенья плоских механизмов имеют плоскость симметрии параллельно плоскости движения. Главный вектор и главный момент сил инерции этих звеньев определяется по формулам:

- вектор i-го звена

- момент i-го звена

- ускорение центра масс i-го звена

- момент инерции i_го звена механизма относительно оси, проходящей через центр масс перпендикулярно плоскости движения

- угловое ускорение i-го звена

10. Условие статической определимости групп звеньев

При выполнении силового расчёта необходимо определить какая часть механизма является статистически определимой системой.

Для статистически определённых систем число уравнений статики должно быть равно числу неизвестных. Обозначим n – число неизвестных звеньев механизма (плоского), тогда число возможных уравнений статики равно 3n. ??????

Выявим, какое число неизвестных даёт каждая кинематическая пара плоского механизма.

В плоских механизмах используются высшие и низшие кинематические пары 4-го и 5-го класса.

Кинематические пары 5-го класса могут быть вращательные и поступательные.

вращательная кинематическая пара 5-го класса

Силы, взаимодействия распределены по некоторому закону по поверхности механизма, принято представлять в виде равнодействующей, приложенной к центру шарнира. Известна точка приложения, а величина и направления неизвестны, следовательно, кинематическая пара даёт 2 неизвестных.

поступательная кинематическая пара 5-го класса

Силы взаимодействия распределены по соприкасаемым поверхностям пары и их принято представлять в виде равнодействующей направленной перпендикулярно направлению перемещения механизма. В этой кинематической паре известно направление реакции, а величина и точка приложения неизвестны, следовательно, пара даёт 2 неизвестных.

высшая кинематическая пара

В этой кинематической паре реакция направлена по нормали, проведённой к поверхности звеньев через точку их соприкосновения. Известно направление, точка приложения и величина неизвестны. Однако высшую кинематическую пару можно заменить на низшую, поэтому можно считать, что в состав плоских механизмов входят только низшие кинематические пары 5-го класса. Количество таких климатических пар в механизме P₅ и каждая будет давать 2 неизвестных. Следовательно, всего неизвестных 2Р₅. Часть механизма будет являться статически определимой если для нее будет выполняться усл 3n=2p₅. Это соотношение соотв группе Ассура, т.о группа Ассура явл статически определимой системой и для нее выполняется силовой расчет механизма.