1.2. Нагрузки, действующие на детали машин

Детали в машинах являются несвободными, т.е. связанными с другими деталями.

Тела, которые ограничивают движение рассматриваемого тела, называются связями. Виды механических связей будут рассмотрены ниже.

Силы, с которыми связь действует на рассматриваемое тело, препятствуя его перемещению в том или ином направлении, называются реакциями связей. Они зависят как от других, действующих на тело сил, так от вида и расположения связей. Они зависят как от других, действующих на тело сил, так от вида и расположения связей.

Таким образом, силы, действующие на тело, можно разделить на активные силы, значения и направления которых непосредственно не зависят от других действующих на тело сил и реакций связей.

Виды нагрузок:

а) Сосредоточенные силы. Следует отметить, что все нагрузки, вообще говоря, являются распределенными, т.е. действующими на некоторую площадь. Однако при решении многих задач их можно заменить воздействиями, приложенными в точке – сосредоточенными силами.

Остановимся еще на одном важно свойстве сил. Сила может вызывать поворот тела вокруг того или иного центра или оси. Вращательное действие силы характеризуется моментом силы.

Момент силы относительно точки (рис. 3) – векторная величина, которая вычисляется следующим образом:

(2)

где – радиус-вектор точки А, в которой приложена сила.

Рис. 3.

Направление вектора перпендикулярно плоскости, в которой располагаются векторыи. Модуль момента силы

(3)

Но r  sin = h, где h – плечо силы. Тогда .

Знак момента определяется направлением поворота тела. В дальнейшем будем считать момент положительным, если сила поворачивает тело против часовой стрелки и отрицательным, если – по часовой стрелке. Если линия действия силы проходит через точку О, то .

б) Распределенные нагрузки – это нагрузки, действующие по некоторой поверхности (рис. 4,а) или линии (рис. 4,б).

Величина распределенной нагрузки характеризуется интенсивностью – q. Размерность q в случае поверхностной – Н/м². На (рис. 4, в) показана равномерно распределенная по линии нагрузка. В задачах ее можно заменить равнодействующей силой F_q, равной произведению интенсивности на длину участка ее действия, т.е. F_q=qa.

а)	б)
	в)

Рис. 4

в) Пара сил – система двух равных по модулю, параллельных и направленных в противоположные стороны сил, действующих на тело (рис. 5,а).

Рис. 5

Пара сил не имеет равнодействующей и не может быть уравновешена одной силой. Вращательный эффект действия пары сил на тело характеризуется моментом пары.

Момент пары сил определяется произведением модуля силы на кратчайшее расстояние между линиями их действия (плечо пары): M=Fh.

Момент пары считается положительным, если она стремится повернуть тело против часовой стрелки и отрицательным, если – по часовой стрелке. Размерность момента пары сил – Hм. Так как действие пары на тело вполне определяется ее моментом, то на расчетных схемах пару сил часто изображают стрелкой, указывающей направление вращения, возле которой пишется модель момента M (рис.5,б).

Приведем без доказательств две теоремы о парах:

1. Всякую пару, не изменяя ее действия на тело, можно заменить другой парой, расположенной как угодно в той же плоскости и имеющей такой же момент.

2. Несколько пар, лежащих в одной плоскости, можно заменить одной равнодействующей парой, момент которой равен алгебраической сумме моментов составляющих пар.