8. Силовой анализ (исследование) механизма

Силы, действующие на звенья механизма

При проектировании и расчете машин необходимо знать и уметь определять все силы, действующие на звенья механизма.

Силы подразделяются на:

а) Движущие силы – силы, приводящие механизм в движение, т.е. совершающие полезную работу

-в двигателях внутреннего сгорания – это сила давления сгорающих газов на поршень;

-в электродвигателях – это вращающий момент, приложенный к ротору со стороны вращающегося электромагнитного поля.

б) Силы полезного сопротивления – это силы, которые совершают требуемую работу, т.е. силы, для преодоления которых создается механизм или машина (привод строгального станка)

в) Силы вредного сопротивления – это силы трения в кинематических парах и силы сопротивления среды (сопротивление воздуха)

г) Силы тяжести – совершают либо положительную, либо отрицательную работу (в зависимости от направления движения звена). Они зависят от размеров звеньев и материалов.

д) Силы инерции – обусловлены массой и движением звеньев с ускорением.

е) Реакции кинематических пар, т.е. силы, с которыми одно звено действует на другое.

Для того чтобы определить все силы, действующие на звенья механизма, сначала определяют структурные группы Ассура (диады).

Принцип Даламбера.

Если к телу, на которое действуют внешние силы и реакции связей, приложить силы инерции, то можно условно рассматривать это тело как находящееся в равновесии.

Рассмотрим силы, которые действуют на диаду шатун-ползун:

Рисунок 2.3 – План положений, скоростей, ускорений и план сил механизма

G₃ - вес ползуна;

Q_пс - сила полезного сопротивления;

F_и3 - сила инерции ползуна 3;

R_{1 2} - реакция со стороны отброшенного кривошипа 1 на шатун 2;

R_{4 3} – реакция, действующая со стороны звена 4 на звено 3.

1) Составляем векторное уравнение.

Под действием указанных сил группа Ассура находится в равновесии, описываемом векторным уравнением:

,

- дается по заданию, известна по величине и направлению (противоположно скорости ползуна);

- известна по величине и направлению;

- известна по величине и направлению (направленная противоположно ускорению ползуна);

R_{1 2} – известна по направлению (параллельно шатуну 2);

R₄₃ – известна по направлению (перпендикулярно направляющей ползуна).

2) Проводим вектор силы полезного сопротивления (отрезок длиной 70 мм).

3) Определяем масштаб плана сил механизма:

.

4) С учетом масштаба определяем отрезок , отображающий силу инерции ползуна, и отрезок , отображающий силу тяжести полуна:

, .

5) Из полюса плана сил параллельно шатуну 2 проводим линию действия реакции кривошипа на шатун , а из точки - направление действия реакции направляющей на ползун . Таким образом, получаем точку их пересечения , отсекающую отрезки и .

6) Величины реакций находим с учетом масштаба плана сил механизма:

; .

7) Определим движущий момент и мгновенную мощность.

Определим плечо h* силы относительно точки А и вычислим с учетом масштаба его длину h (m_L 1:1).

Тогда движущий момент, создаваемый реакцией на плече h, будет равен:.

Мгновенная мощность составит: