3.3. Силовой анализ механизма

Силовой анализ проводится с целью определения усилий в кинематических парах. При работе механизма на его звенья действуют силы полезного сопротивления, силы тяжести, силы инерции, трения в кинематических парах и другие внешние силы. Для определения нагрузок, действующих на звенья, и реакций в кинематических парах применяется метод кинетостатики. Этот метод заключается в том, что если к движущейся системе кроме внешних сил приложить силы и моменты инерции и, то систему можно условно считать находящейся в равновесии и применить к ней уравнения равновесия.

Для выполнения силового анализа необходимо задать: внешние силы, действующие на механизм, размеры звеньев, их массу и момент инерции.

3.3.1. Разделение механизма на структурные группы

Для решения задачи силового анализа механизм разделяется на структурные группы и рассматривается равновесие группы или одного из ее звеньев. Расчленение механизма на структурные группы обусловлено необходимостью определения усилий во внутренних кинематических парах и тем, что они являются статически определимыми конструкциями. Достаточно для нахождения решения только системы уравнений равновесия, составленных для звеньев группы. Методика составления системы уравнений равновесия для тел разработана в теоретической механике.

Разбиение рассматриваемого (смотри рис.3.1) механизма на структурные группы показано на рисунке 3.5. Условие разбивки: нулевая степень подвижности каждой группы (). В простейших случаях это два звена и три кинематические пары пятого класса (включая внешнюю кинематическую пару), или одно звено и две кинематические пары, из которых одна пятого класса и одна четвертого класса.

Первая группа	Вторая группа	Третья группа

Рис 3.5. Разбиение механизма на структурные группы.

Расчет начинается со структурной группы, к звену которой приложены заданные силы полезного сопротивления, а заканчивается входным звеном.

Будем учитывать следующие категории сил:

1. Cилы полезного сопротивления.

2. Cилы тяжести звеньев.

3. Cилы инерции.

Ползун охарактеризуется как тело с массой , прикрепленное к звену.

Определим степень подвижности структурных групп Первая группа

Вторая группа

Третья группа

3.3.2. Силовой анализ механизма

_{Для выполнения силового анализа звена должна быть применена одна из программ пакета ТММ301 - ТММ325 (последние две цифры в имени файла соответствуют номеру задания) в соответствии с номером задания.}

Предварительно должна быть построена диаграмма полезной нагрузки . Способ построения диаграммы полезной нагрузки показан на рисунке 3.6.

На оси ползуна выбирается положение условного нуля хода ползуна. В сторону рабочего хода в порядке возрастания номеров положений ползуна измеряется перемещение ползуна и откладывается на диаграмме для соответствующего номера.

Далее строится график , на котором отмечаются экстремумы, соответствующие моментам останова ползуна и определяющие величину хода ползунаH.

В левую часть диаграммы от точек экстремумов проводим горизонтальные линии, строим ось силы полезного сопротивления в удобном масштабе и встраиваем заданную форму графика силы полезного сопротивления . Масштаб по осивыбирается исходя из заданного значенияДиаграмма полезной нагрузки должна быть приведена на чертеже (формат А4) в пояснительной записке.

Рис. 3.6. Построение диаграммы полезной нагрузки

Положение точек останова ползуна следует уточнить, рассчитав по формуле проекцию скорости ползуна на ось ползуна. В точках останова она должна менять свой знак.

Для каждого положения механизма необходимо снять, как это показано на рисунке 3.6, и занести в таблицу 3.4 величину силы полезного сопротивления. Для положений ползуна, соответствующих холостому ходу . Силаположительна, если её направление совпадает с направлением оси ползуна, и отрицательна, если они направлены в противоположные стороны.

С помощью программы ТММ05по данным таблицы 3.4 необходимо создать файл полезной нагрузки (zvsps). Программа запрашивает номер звена, к которому присоединен ползун. Последовательно для каждого положениявеличина силы.

Файл полезной нагрузки необходимо создать и для вспомогательных ползунов, к которым не приложена сила полезного сопротивления ().

Таблица 3.4 Полезная нагрузка

i	, кН
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

Массы и центральные моменты инерции массы звеньев должны быть заранее определены и приведены в таблице 3.5.

Таблица 3.5 Массы и моменты инерции звеньев

Номер звена	Масса, кг	Момент инерции, кг м2
1
2
3
4
5

Выполнение силового анализа с помощью программ ТММ301 - ТММ325(последние две цифры в имени файла соответствуют номеру задания) необходимо проводить руководствуясь методическими рекомендациями ( смотри файлИнструкции, приложенный к заданию, и указания программы).

Часть результатов (реакции в кинематических парах) следует снять с экрана и занести их таблицу 3.6.

Таблица 3.6 Реакции в кинематических парах

№ положения i	Время сек	кН	кН	кН	кН	кН	кН
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12