Глава 23. Расчет статических и динамических нагрузок производственных механизмов

23.1. Расчет статических моментов

Статические моменты сопротивления движению возникают под действием сил трения и тяжести, а также в результате обработки материала в технологическом процессе (обработки металлов давлением, сопротивление резанию и др.).

Несмотря на то, что расчет нагрузочных моментов всегда имеет индивидуальный характер, можно выделить основные виды сил сопротивления: силы трения (механизмы передвижения экскаваторов, кранов, подачи металлорежущих станков и т.д.); силы сопротивления при обработке металла давлением (прокатка, штамповка, ковка); силы сопротивления резанию (металлорежущие станки и экскаваторы); силы тяжести (грузоподъемные и транспортные машины) и ветра (при передвижении на открытом воздухе).

Как указано в главе 2, моменты (силы) сопротивления движению механизмов подразделяют на активные и реактивные. В зависимости от приложенных моментов сопротивления механизмы подразделяют на механизмы с реактивным моментом сопротивления на валу (механизмы передвижения и поворота кранов и экскаваторов, конвейеры, металлорежущие станки и т.д.) и на механизмы с активной нагрузкой (механизмы подъема кранов и экскаваторов, скиповые по-дъемники, лифты и т.п.).

Н

Рис.23.1. Механические характеристики механизма при совместном действии активного и реактивного моментов (1), только активного (2), только реактивного (3)

еобходимо отметить, что на валу двигателя ме-ханизмов второй группы, наряду с активным, всегда присутствует реактивный момент сопротивления, воз-никающий за счет трения в элементах кинематической цепи механизма и его рабо-чего органа. Механические характеристики при этом бу-дут иметь вид, представленный на рис.23.1.

23.2. Расчет момента сопротивления от сил трения

В зависимости от характера передвижения одной поверхности по другой (скольжение или качения) силы трения подразделяют на трение скольжения и трение качения.

Для трения скольжения

(23.1)

где N - нормальное давление, Н; μ - коэффициент трения скольжения; d - диаметр цапфы вала и т.п., м.

Для трения качения

(23.2)

где f - коэффициент трения качения, м; D_к - диаметр колеса, ролика и т.п., м.

Практически силы трения скольжения и качения часто действуют совместно, например, при качении колеса (механизмы передвижения крана, тележки, поворота) трение в цапфе рассматривается как трение скольжения, а трение колеса по рельсу (направляющим) – как трение качения.

В этом случае сила трения определяется по формуле

(23.3)

а момент сопротивления для механизма передвижения (моста, тележки роликов конвейера и т.п.) из выражения

(23.4)

Для механизма поворота

(23.5)

где d_ц - диаметр цапфы или подшипника качения, м; D_к, D_кр - диаметр колеса (ролика) и круга соответственно, м; N - суммарная вертикальная нагрузка, Н; - коэффициент трения скольжения (для подшипников скольженияμ= 0,06,...,0,09, для подшипников качения μ=0,005, ...,0,015); f=(0,4,...,1,0)·10^-3м – коэффициент трения качения.

К_тр - коэффициент, учитывающий трение колеса о рельсы, К_тр=1,5,...,2,5 в зависимости от типа колес и рельсов (направляющих).