tmmivan

11

может принимать значения от 1до 2, а наименьшее допустимое значение – 1,05. [1.1], стр.548; [1.2], стр.240; [1.4], стр.228.

Кинематические свойства кулачковых механизмов оцениваются таким показателем как закон движения толкателя. В частности здесь подразумевается закон изменения ускорения толкателя (ведомого звена) кулачкового механизма, поскольку оно (ускорение) определяет величину сил инерции, возникающих при работе механизма:

Pu = −m a ;

Где m – масса толкателя; а – текущее значение ускорения.

В зависимости от вида кривой закона ускорений толкателя различают: а) безударные кулачковые механизмы; б)с мягким ударом; в)с жестким ударом.

Следует отметить, что в реальных кулачковых механизмах даже незначительный износ профиля кулачка, при определённых условиях, может спровоцировать переход к жесткому удару, что в быстроходных машинах приведёт к её разрушению. [1.1], стр.635; [1.4], стр.164; [1.5], стр.447; [1.6], стр.79.

1.3 Силовые нормативы.

Силовые взаимодействия звеньев в механизмах, определяющие их работоспособность, характеризуются углом давления - α или дополняющим его до 90° углом передачи движения - γ.

12

Рис. 1.1. Угол давления - α в поступательной кинематической паре (а) и вращательной (б).

Углом давления называется угол между вектором силы, действующей на ведомое звено и вектором абсолютной скорости этого звена.

В рычажных механизмах сила F (Рис. 1.1.), действуя в шарнире B со стороны шатуна 2 на ведомое звено 3, создает составляющую P – вдоль вектора абсолютной скорости (направления возможного перемещения ведомого звена) – Vb, которая и обуславливает его движение и нормальную, по отношению к траектории движения, составляющую N, от величины которой зависит сила трения в шарнире.

Для каждого конкретного значения коэффициента трения в кинематической паре, зависящего от материалов пары трения, состояния поверхностей и условий смазки, существует предельное значение угла давления - α, при котором сила трения превосходит полезную составляющую P движущей силы F, и механизм становится неработоспособным вследствие его самоторможения.

13

Самоторможением или заклиниванием называется невозможность движения звеньев механизма вследствие превышения сил трения, возникающих в кинематические парах, над движущими силами.

Допускаемые значения углов давления для поступательных кинематических пар αдоп=12÷17° для вращательных αдоп=45÷60°.

[1.2 стр. 115].

В кулачковых механизмах, т.е. механизмах с высшей кинематической парой, сила P (рис. 1.2.), действующая со стороны кулачка на толкатель образует составляющую T, направленную по линии вектора абсолютной скорости толкателя и вызывающую движение толкателя, а так же составляющую Q, направленную перпендикулярно поверхности направляющей толкателя и создающую силу трения.

Рис. 1.2. Угол давления - α в кулачковом механизме со штанговым толкателем (а) и коромысловым (б).

В случае, когда сила трения превысит движущую силу T, механизм перестает быть работоспособным, вследствие заклинивания.

Поскольку кривизна профиля кулачка изменяется при его вращении, то переменным является и угол давления.

14

Для обеспечения работоспособности кулачкового механизма необходимо, чтобы угол давления - α в пределах полного оборота кулачка не превышал допускаемых пределов. Для штангового толкателя

αmax=30°, для коромыслового αmax=45°.

[1.2] стр. 157, [1.4] стр. 193, [1.5] стр. 450, [1.6] стр. 82.

1.4 Механические потери в машинах.

Механические потери в механизмах машин оцениваются коэффициентом полезного действия (КПД).

Коэффициентом полезного действия называется отношение полезной работы (работы сил производственного сопротивления) Ап к

затраченной Аз (затраченная работа равна работе движущих сил) за цикл установившегося движения

η= AП АЗ

За цикл установившегося движения работа движущих сил равна сумме работ всех сил сопротивления, т.е. полезного (производственного) сопротивления, и вредного сопротивления Ав, обусловленного в основном силами трения. Поэтому можно записать также, что

Работа сил трения и другого вредного сопротивления не является величиной постоянной и зависит от режима работы машины. С увеличением реакций в кинематических парах и скорости относительного движения звеньев, их образующих, работа вредного сопротивления Ав (трения) увеличивается. Обычно, с ростом нагрузки на механизмы

15

или машины их КПД сначала увеличивается до определенного предела, а затем начинает уменьшаться.

Машина состоит из механизмов, знание КПД которых позволяет определить общий КПД машины. КПД простых механизмов обычно определяют аналитически. Однако, действительный КПД механизма может отличаться от аналитического вследствие отклонения от заданного качества и геометрии обрабатываемой поверхности, отклонения в термической обработки материалов и условий смазки, а также от влияния ряда дополнительных факторов.

Подробное изложение в разделе 6.

1.5 Прочность и долговечность машин.

Проблема прочности, решается на стадии проектирования машины в виде расчёте на прочность, сущность которого заключается в определении площади поперечных сечений звеньев машины исходя из полученных при силовом расчёте значений сил и моментов, действующих в этом сечении звена и значения допускаемых напряжений для материала, назначенного конструктором.

A = [σP],

где А – плошать поперечного сечения звена; P – усилие, действующее на звено;

[σ] – допускаемые напряжения.

При эксплуатации машин, ремонте или замене деталей аналогичными с других модификаций необходимо, чтобы в конструкции не нарушалось условие прочности:

16

σ= P ≤ [σ ],

A

где σ – действительное напряжение в конструктивном элементе машины.

Вопросы прочности и долговечности подробно рассматриваются в курсе ˝Техническая механика˝ раздел ˝Детали машин˝.

1.6 Уравновешенность звеньев и механизмов.

При вращении звеньев, центры масс которых не находятся на оси их вращения, а также при возвратно-поступательном движении звеньев механизмов возникают силы инерции. Изменение направления действия сил инерции при работе механизмов и циклический характер их действия приводит к возникновению колебаний самих звеньев и передаче этих – колебаний на корпуса, станины и опоры механизмов. Колебания и вибрации, вызванные действием сил инерции при работе механизмов и машин, приводят к ослаблению крепления болтовых соединений, разрушению деталей при резонансных режимах и оказывает вредное физиологическое действие на организм человека.

С целью устранения или снижения указанных негативных воздействий до допустимых пределов на стадии проектирования и после сборки при изготовлении механизмов и машин проводят мероприятия, называемые уравновешиванием или балансировкой. В тех случаях, когда балансировка не может быть выполнена или не исключает полностью колебаний, прибегают к виброизоляции или виброзащите.

Подробное изложение в разделе 7.

17

1.7 Регулирование скорости и хода машин.

Большинство машин способны эффективно работать на определённых скоростных режимах. Однако существует множество причин, обусловленных функционированием самой машины, а так же внешних воздействий, которые делают скоростной режим машины нестабильным. При этом если для одних машин эта нестабильность не влияет на технологический процесс и работоспособность, то у других нарушается работоспособность, ведущая к непрогнозируемой остановке или разносу (движению с недопустимой, разрушительной скоростью).

Значимость обеспечения регулирования скоростного режима может быть представлена на примере энергетической машины турбогенератора тепловой электростанции.

При снижении эффективности системы регулирования и тем более при её отказе частота вращения генератора зависела бы от давления пара на входе в турбину, а так же от величины нагрузки со стороны потребителей электроэнергии.

Нестабильность скорости генератора ведёт к изменению не только напряжения в электрической сети, но и частоты переменного тока.

Следствием колебаний напряжений явилась бы изменение яркости свечения осветительных приборов, изменение мощности и скоростей электродвигателей машин, станков, приборов, включённых в эту сеть, а при превышении некоторого значения привело бы к перегоранию электроламп и выходу из строя электромашин потребителей.

19

Поскольку различен характер нестабильности скоростного режима в самой машине и её нагрузке, то соответственно отличаются меры её оценки, различны причины, вызывающие эту нестабильность, характер её воздействия на машину и её элементы, на человека – оператора, рабочие тела или среду, а так же различны и средства управления нестабильностью, её регулированием.

Подробное изложение в разделе 8.

1.8 Показатели цикловых механизмов.

Движения звеньев механизмов и физические процессы большинства машин и систем носят циклический (повторяющийся) характер. А для устойчивой и эффективной работы таких машин необходимо обеспечение точной взаимосвязанности движений и процессов. При этом, изменение скоростного режима или изменение нагрузки часто требует коррекции этих взаимосвязей. В большинстве случаев причиной несовпадения движения и процессов, заложенных в конструкцию машин, является инерционность рабочих тел и сред, участвующих в работе машин. Несовпадение длительности тактов, характеризующих движение, и фаз, характеризующих процесс, оценивается обычно их временем или углом поворота главного вала машины, а рассогласование начала или конца – временем или углом опережения или запаздывания того или иного процесса.

В реальных машинах некоторые цикловые характеристики заложены в конструкцию машины и остаются неизменными в процессе ее эксплуатации, другие могут носить характер регулировок и корректироваться при настройке или регламентных работах.

20

Подробным графическим документом, описывающим функционирование машины или системы, является тактограмма или фазовая диаграмма, которые могут быть линейными (в виде графика) или круговыми.

[1.5] стр. 483, 434.

Подробное изложение в разделе 9.