16. Силы, действующие на механизм, их классификация.
Характеристики реакций в кинематических парах.
Вектор любой силы характеризуется точкой приложения, модулем (величиной) и направлением; вместо величины и направления нередко используют две составляющих этой силы по каким-либо выбранным направлениям.
Реакция в кинематической паре всегда действует в тех направлениях, в которых невозможно относительное движение звеньев.
В плоских механизмах встречаются кинематические пары только IV и V классов (рис. 8 и 9). Очевидно, что реакции в таких парах характеризуются следующими сочетаниями известных и неизвестных величин:
пара IV класса – известны точка приложения и направление (действует вдоль контактной нормали), неизвестна только величина;
вращательная пара V класса – известна точка приложения, неизвестны направление и величина (или две составляющих по выбранным направлениям);
поступательная пара V класса – известно направление (перпендикулярно направляющей поступательного движения), неизвестны величина и положение точки приложения.
|
|
|
Пара IV класса |
Пары V класса |
|
а) вращательная |
б) поступательная |
|
Рис. 8
|
Рис. 9
|
|
Таким образом, при силовом анализе пара IV класса характеризуется одной неизвестной величиной, любая пара V класса – двумя.
Условие разрешимости задачи силового анализа плоского механизма.
Поскольку силовой анализ механизма выполняется методами кинетостатики, то он осуществим только при соблюдении условий статической определимости решаемой задачи.
При силовом анализе механизма помимо реакций в кинематических парах подлежат определению уравновешивающие силы и моменты: каждый такой момент – это одна неизвестная величина, каждая сила – это в общем случае три неизвестных; однако, как правило, для уравновешивающих сил заранее известны точка приложения и направление, тогда и для каждой такой силы остается одна искомая величина – ее числовое значение.
В связи со сказанным, сформулируем условия разрешимости задачи силового анализа:
· механизм статически определим только в том случае, если число неизвестных параметров, связанных с внешними искомыми силами и моментами (в большинстве случаев – это число неизвестных уравновешивающих сил и моментов), равно степени подвижности механизма; при расчете W должны быть исключены местные подвижности и пассивные связи;
· при расчете реакций в кинематических парах механизм разбивают на отдельные кинематические цепи; такая цепь статически определима тогда и только тогда, когда она является структурной группой.
При силовом анализе группы неизвестны только параметры реакций во внешних и внутренних кинематических парах рассчитываемой группы; известными силовыми факторами при этом являются все внешние моменты и силы, а также реакции от ранее рассчитанных групп.
Порядок силового анализа механизма.
В данном пособии рассматриваем только такие механизмы, которые подчиняются классификации Л. В. Ассура.
До начала силового анализа необходимо выполнить структурное исследование механизма, при этом должны быть устранены местные подвижности и пассивные связи, а также произведена замена высших кинематических пар цепями с низшими парами и т.д.
Для написания формулы строения механизма должны быть выбраны начальные звенья в количестве W – это всегда те звенья, к которым приложены неизвестные внешние силы и моменты.
Формула строения полностью определяет последовательность рассмотрения частей механизма: на каждом этапе расчета может быть выполнен силовой расчет той группы или начального звена, которые являются конечными в любой ветви этой формулы. Иными словами, никакой элемент формулы строения не может быть рассчитан ранее того, который в этой формуле следует за ним.
Методы силового анализа.
Силовой расчет механизмов без учета трения в кинематических парах допускает применение как аналитических, так и графо – аналитических методов.
В настоящем пособии предпочтение отдано графо – аналитическому методу планов сил.
Поскольку векторный план представляет собой графическое изображение векторного равенства, то при простой форме векторных силовых многоугольников их аналитическая обработка достаточно проста и позволяет рассчитать точные силовые соотношения для заданных положений механизмов.