5. Силовой анализ механизмов
Силовой анализ механизмов является частью динамического анализа и сводится к определению действующих сил по заданному закону движения.
Определение сил, действующих на звенья механизма, необходимо для расчета на прочность отдельных деталей механизмов, для определения мощности, потребной для работы механизма, для определения потерь на трение в кинематических парах и т.д.
При силовом анализе механизма предполагают известным закон движения ведущего звена и внешние силы, приложенные к механизму.
Силовой расчет механизмов может быть произведен разными методами. В теории механизмов и машин широкое применение получил метод силового расчета механизмов на основе обыкновенных уравнений статики.
Сущность этого метода сводится к применению при решении задач динамики уравнений равновесия Даламбера.
Для этого силу инерции, которая является противодействием ускоряемого тела, условно переносят на ускоряемое тело. Перенесенная сила уравновешивается со всеми остальными внешними силами, в том числе и с реакциями, действующими на это тело, что позволяет задачу динамики решать с помощью уравнений статики.
5.1.Определение сил инерции звеньев
Вобщем случае все силы инерции звена, совершающего плоскопараллельное движение, могут быть све-
дены к силе инерции Fu , приложенной в центре масс звена и к паре сил инерции, момент которой равен M u (рис. 27).
65
Рис. 27. Схема звена с приложенным к нему главным вектором и главным моментом
сил инерции материальных точек звена
Сила Fu может быть определена по формуле
Fu maS ,
где m – масса звена; aS – ускорение центра масс.
Сила инерции Fи направлена противоположно ускорению aS точки S .
Момент пары сил может быть определен по фор-
муле
Mu J S ,
где J S – момент инерции звена относительно оси, про-
ходящей через центр масс и перпендикулярной плоскости движения звена (центральный момент инерции звена);
– угловое ускорение звена.
Направление момента M u противоположно угловому ускорению .
66
5.2. Направление реакций в плоских кинематических парах
Рассмотрим, как будут направлены реакции в различных кинематических парах плоских механизмов.
Силы реакции между двумя соприкасающимися звеньями, при отсутствии сил трения, всегда направлены по нормали к соприкасающимся поверхностям.
Во вращательной паре V класса, состоящей из звеньев 1 и 2, (рис. 28) результирующая сила реакции F проходит через центр шарнира (точка O ). Величина и направление этой реакции неизвестны.
Рис. 28. Изображение вращательной кинематической пары
В поступательной паре V класса, образованной звеньями 1 и 2, (рис. 29) результирующая сила F перпендикулярна к оси движения x x этой пары. Неизвестны еѐ точка приложения и величина.
67
Рис. 29. Изображение поступательной кинематической пары
В высшей паре IV класса, содержащей звенья 1 и 2, (рис. 30) реакция F приложена в точке касания звеньев и направлена по нормали n n . Неизвестна еѐ величина.
Рис. 30. Изображение высшей кинематической пары
Таким образом, для определения реакции в каждой из низших пар V класса необходимо найти по две неиз-
68