3. Силовой расчёт механизма

Задачей силового расчёта является определение сил действующих на звенья в кинематических парах, решают вопросы об уравновешенности механизма.

В силовом расчёте кинематическую цепь разбивают на группы Ассура, которые являются статически определимыми. Расчёт ведётся путём последовательного рассмотрения условий равновесия каждой группы, начиная с наиболее удаленной от исходного механизма, последним рассчитывается ведущее звено.

Определение реакций в кинематических парах механизма ведем без учета трения методом планов сил при постоянной угловой скорости кривошипа.

3.1. Силовой расчет группы Ассура второго класса пятого вида 4 и 5 звеньев

Силовой расчет механизма ведем для положения № 1, для которого построен план ускорений. Изображаем схему нагружения в масштабе μ_l=0,002м/мм, сохраняя положения звеньев, сила сопротивления . Прикладываем силу веса и силу инерции .

Со стороны отброшенных звеньев в поступательной паре прикладываем неизвестную реакцию перпендикулярно направляющей ползуна и в шарнире С прикладываем также неизвестную реакцию , перпендикулярную коромыслу (рис. 13).

Рис. 13. Схема нагружения 4 и 5 звеньев.

Для того, чтобы определить и , запишем уравнение равновесия все группы в векторной форме

. (3.1)

Векторы сил, известные по величине и направлению, подчеркнуты двумя чертами, известные только по направлению линии действия одной, в данном случае это силы и (рис. 14).

Рис. 14. Пример построения плана сил выходного звена механизма.

Для построения плана сил определяем масштабный коэффициент плана сил , а отрезки, выражающие векторы сил на плане, получаются делением натуральных значений на масштаб плана. Размещая векторы и рядом, находим точку их пересечения, которая определяет величины этих векторов и их точные направления.

Зная реакцию можно определить реакцию , для того чтобы её определить, необходимо записать уравнение равновесия 4 звена в векторной форме

, (3.2)

где , .

Векторы сил, известные по величине и направлению, подчеркнуты двумя чертами, известные только по направлению линии действия одной, в данном случае это сила . Для построения также используем , определяем вектор полной реакции в шарнире С (рис. 15).

Таблица 5

1698,62	300	198,6171	300	30	21,1996	1718,63	1500

Для положения № 2

Таблица 6

1697,01	300	197,01165	300	30	19,78526	1717	1500

Рис. 15. Пример построения плана сил 4 звена механизма.

3.2 Силовой расчет группы Ассура второго класса первого вида 2 и 3 звеньев

Выделяем группу Асура 2-го класса 1-го вида, отбросив присоединенные к ней звенья, и заменяем их реакциями, вычерчиваем ее в масштабе. Прикладываем силы, действующие на звенья группы: в точке С действует реакция со стороны отброшенного звена 4 , которая определена как реакция при расчёте той группы, в которую входит звено 4, в центре масс приложен вес и сила инерции , приложен к звену 3 также момент сил инерции ; в точке О₂ прикладывается реакция со стороны отброшенной стойки (рис. 16);

Рис. 16. Схема нагружения 2 и 3 звеньев механизма.

, (3.3)

-направлена вдоль звена О₂И, - направлена перпендикулярна звену О₂B.

Для звена 2 в центре масс приложен вес и сила инерции , момент сил инерции , шарнире А прикладываем неизвестную реакцию

;

, (3.4)

-направлена вдоль звена АB, - направлена перпендикулярна звену АB;

Направления составляющих реакций в шарнирах неизвестны. Для того, чтоб определить тангенциальную составляющую реакции записываем уравнение равновесия сил звена 2 в форме моментов относительно точки В.

(3.5)

Откуда

,

где - плечо силы инерции , , - плечо силы веса , -момент силы инерции, Нм, ,

где - момент инерции относительно центра масс S звена 2,

- угловое ускорение звена, , - длина звена 2.

Для определения составим уравнение равновесия сил звена 3 в форме моментов относительно точки В.

(3.6)

Откуда

,

где - момент силы инерции, Нм, ,

- момент инерции относительно центра масс S₃ звена 3, - угловое ускорение звена, , - длины звена О₂В.

Для нахождения нормальных составляющих необходимо построить многоугольник сил. Составим уравнение равновесия всей группы в целом в век­торной форме

. (3.7)

Выбрав масштаб и переведя с учетом его величины натуральные значения сил в отрезки, строим план сил согласно принципу сложения векторов (рис. 17). Размещая нормальные составляющие рядом друг с другом, получаем точку их пересечения, которая определяет величины и точные направления этих составляющих. Соединив начало с концом , получим полную реакцию , аналогично можно определить полную реакцию . Полученные значения заносим в таблицу.

Таблица 7

1718,63	120	84,7845	17,1706	730,95	556,362	918,6	209,1973	995,116

1016,86	80	119,4586	34,57125

Для положения № 2

Таблица 8

1717	120	79,7751	14,91176	793,9905	302,02	849,49	287,72	1037,13

1076,59	80	112,0625	47,13625

Рис. 17. Пример построения плана сил 2 и 3 звеньев.