2.3.1.Силовой расчет начального звена
Расчет начального звена (рис. 2.18, а) проведем в следующем порядке: освобождаясь от связей, заменяем их действие силами реакций связи. В точке А прикладываем реакцию R32 = –R23, найденную ранее при силовом расчете группы. В точке 0 прикладываем искомую реакциюR1 . В точке S1 прикладываем силы Pu и G1.
В точке А прикладываем силу Py, направление которой известно. Сила Py – это сила, передающаяся на начальное звено со стороны отброшенной части механизма, а также это сила, представляющая действие на начальное звено со стороны двигателя и отброшенных вместе с ним звеньев. Это сила называется уравновешивающей и определяется исходя из заданного закона движения начального звена.
.
Если =const, то M0 = 0 = Py – R21h + G1а .
Если же звено вращается с угловым ускорением , то M0=J0 .
После определения Py
строится план сил, из которого
определяется реакция
.
Конструкция привода может быть такой,
что на начальное звено внешний силовой
фактор передается не в виде силы, а в
виде момента сил.
Расположение линии действия Py желательно выбирать так, чтобы реакция R10 была бы по возможности наименьшей.
Рассмотрим порядок расчета еще одной группы (рис. 2.20).
Группа с одной внутренней вращательной парой. Здесь все известные силы, действующие на звенья 2 и 3, представлены в виде эквивалентных систем сил (в виде главных векторов сил и главных моментов). Будем считать, что силы и моменты сил инерции также включены в число известных сил. Составляя уравнение равновесия для группы, будем иметь:
.
Рис. 2.47
Отсюда видим, что на известной стороне треугольника надо построить две другие стороны, направления которых известны. Такой треугольник строится, и поэтому решение задачи следует начать с построения плана сил для группы в целом, а затем, записав уравнение равновесия для какого-либо звена, найти внутреннюю реакциюR32 или R23, затем найти точки приложения реакций R30 и R21 из уравнений моментов относительно точки D.
Таким образом, составляя уравнение равновесия для группы в целом и анализируя его, можно найти кратчайший путь решения задачи не только для групп 2-го класса, но и для групп 3-го класса.
В примере на рис. 2.21 решение задачи следует начать с построения плана сил для звена 3.
Рис. 2.48
Вот другой пример (рис. 2.22), когда решение
следует начать с определения
,
затем построить план сил для звена
3.
Рис. 2.49
Если силовой расчет механизма необходимо провести с учетом трения в кинематических парах, тогда расчет без учета трения является только первым приближением, по результатам которого определяются нормальные давления в парах, а затем – приближенные значения сил трения на основании известных законов трения.
Метод кругов трения, используемый в силовом расчете кузнечно-прессовых машин, освещен в книге Желиговского «Теория плоских механизмов и динамика машин».
2.4.Движение машин и механизмов под действием приложенных сил
2.4.1.Характеристика сил, действующих на звенья механизма
Из предыдущего материала известно, что для кинематического и силового анализа надо знать законы движении начальных звеньев, т.е. зависимости обобщенных координат от времени. Эти зависимости определяются путем решения уравнения движения машины, т.е. путем решения второй задачи динамики: по заданным силам определить движение.
Силы, действующие на звенья механизма, могут быть функциями времени. Например, сила сопротивления, действующая на перемешивающий орган машины, изменяется во времени соответственно изменению во времени свойств перемешиваемого вещества (бетономешалка, тестомесильная машина). Часть силы зависит от положения и скорости. Например, сила пружины зависит от ее деформации и является функцией положения того звена механизма, которое непосредственно производит сжатие пружины, но в свою очередь положение этого звена является функцией положения начального звена механизма P=P(S) (рис. 2.23, б). Сила взаимодействия проводника с током и магнитного поля в электродвигателе связана со скоростью движения проводника в магнитном поле. Так момент на валу асинхронного двигателя зависит от скорости вращения его ротора М=М() (рис. 2.23, а).
Рис. 2.50
Функциональная зависимость, связывающая величину силы и кинематические параметры, называется характеристикой силы. При решении задач динамического анализа характеристики считаются заданными (если они не заданы, то их определяют в виде графиков экспериментальным путем).