3. Силовой анализ (исследование) механизма

3.1 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);

R_{4 3} – 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: