- •Теория механизмов и машин
- •Предисловие
- •Введение
- •Узкое определение машины. Машина есть устройство, действующее на основе законов механики и предназначенное для преобразования энергии, материалов и информации и перемещения изделий.
- •Раздел 1. Структура, кинематика
- •1. Структура механизмов
- •1.1. Классификация кинематических пар
- •1.2. Кинематические цепи и их классификация
- •1.3. Расчет степени подвижности механизма
- •1.4. Структурная классификация плоских механизмов
- •1.5. Замена высших пар в плоских механизмах
- •1.6. Избыточные (повторяющиеся) связи и местные подвижности в механизмах
- •1.7. Структурный синтез механизмов
- •Вопросы для самопроверки
- •2. Кинематика и синтез зубчатых механизмов
- •2.1. Разновидности зубчатых передач
- •2.2. Понятие о передаточном отношении
- •2.3. Передаточное отношение простых зубчатых передач
- •2.4. Кинематика и синтез зубчатых механизмов с неподвижными осями колес
- •2.5. Кинематика механизмов планетарного типа
- •2.6. Синтез механизмов планетарного типа
- •Вопросы для самопроверки
- •3.2. Кинематические и передаточные функции механизмов
- •3.3. Аналитический метод
- •3.4. Метод планов положений, скоростей и ускорений
- •3.5. Метод кинематических диаграмм (метод графического дифференцирования)
- •3.6. Синтез рычажных механизмов
- •Вопросы для самопроверки
- •Раздел 2. Кинетостатика
- •4. Кинетостатика механизмов
- •4.1. Характеристика сил, действующих в машинах
- •4.2. Задачи кинетостатики
- •4.3. Расчёт сил инерции
- •4.4. Общие положения силового расчёта
- •4.5. Метод планов сил
- •4.6. Метод разложения сил
- •4.7. Аналитический метод
- •4.8. Определение уравновешивающей силы
- •Вопросы для самопроверки
- •5. Трение в кинематических парах и кпд
- •5.1. Виды трения. Законы трения скольжения
- •5.2. Понятие о коэффициенте полезного действия
- •5.3. Трение в поступательной кинематической паре
- •5.4. Трение в винтовой кинематической паре
- •5.5. Трение во вращательной кинематической паре
- •5.6. Трение качения
- •Вопросы для самопроверки
- •6. Динамика машин
- •6.1. Вспомогательные задачи динамики машин
- •6.2. Характеристики режимов движения машин
- •I . Неустановившийся режим
- •II. Установившийся режим
- •6.3. Формы уравнений движения машин
- •6.4. Исследование пуска машины при силах – функциях перемещений
- •6.5. Исследование установившегося неравновесного движения машины с маховиком при силах – функциях перемещений
- •6.6. Определение момента инерции маховика при внешних силах – функциях перемещений
- •6.7. Назначение маховика в машине
- •6.8. Исследование пуска машины при силах – функциях скоростей
- •6.9. Исследование устойчивости установившегося равновесного движения
- •Вопросы для самопроверки
- •7. Проблемы уравновешивания и балансировки звеньев и механизмов
- •7.1. Значение проблемы уравновешивания и балансировки в машинах
- •7.2. Виды неуравновешенности вращающихся звеньев и их устранение
- •7.3. Начальные сведения об уравновешивании механизмов
- •7.4. Виброгашение и виброизоляция
- •Вопросы для самопроверки
- •Раздел 3. Синтез элементов высших
- •8. Теория и геометрия зубчатых зацеплений
- •8.1. Элементы относительного движения звеньев высшей пары
- •8.2. Элементы зубчатых зацеплений, обусловленные их кинематикой
- •8.3. Основные качественные характеристики зацеплений
- •8.4. Эвольвента зуба колеса, её свойства и уравнение
- •8.5. Элементы зубчатого колеса
- •8.6. Элементы и свойства эвольвентного зацепления
- •8.7. Методы изготовления зубчатых колёс
- •8.8. Геометрия реечного производящего исходного контура
- •8.9. Подрез зуба колеса и его предотвращение
- •8.10. Качественные характеристики эвольвентного зацепления
- •8.11. Назначение коэффициентов смещения для нарезания зубчатых колёс
- •8.12. Типы эвольвентных колёс и передач
- •8.13. Расчёт геометрических размеров зубчатых колёс
- •8.14. Особенности зацепления эвольвентных косозубых колёс
- •8.15. Особенности зацепления конических колёс
- •8.16. Особенности зацепления в гиперболоидных передачах
- •Вопросы для самопроверки
- •9. Синтез профилей кулачков и элементов плоских кулачковых механизмов
- •9.1. Элементы кулачкового механизма и геометрические элементы кулачка
- •9.2. Разновидности плоских кулачковых механизмов
- •9.3. Кинематический анализ кулачковых механизмов
- •9.4. Понятие об ударах в кулачковых механизмах
- •9.5. Угол давления и его влияние на работоспособность кулачкового механизма
- •9.6. Связь между углом давления и геометро-кинематическими характеристиками механизма
- •9.7. Графическое определение угла давления
- •9.8. Определение радиуса основной окружности теоретического профиля кулачка
- •9.9. Определение радиуса основной окружности в механизме с плоским толкателем
- •9.10. Построение профилей вращающихся кулачков
- •Раздел 1. Структура, кинематика и элементы синтеза механизмов
- •3. Кинематика и синтез механизмов с низшими кинематическими
- •Вопросы для самопроверки
- •Библиографический список
- •Оглавление
- •Раздел 2. Кинетостатика механизмов и динамика машин
- •Раздел 3. Синтез элементов высших кинематических пар
- •9. Синтез профилей кулачков и элементов плоских кулачковых
4.2. Задачи кинетостатики
Основными задачами раздела являются:
1) определение реакций в кинематических парах механизмов с целью их использования в дальнейшем для прочностных расчётов звеньев и элементов кинематических пар, расчёта сил трения, КПД и т. д.;
2) определение уравновешивающей силы Pур или уравновешивающего момента Mур на ведущем звене.
Для решения этих задач необходимо знать:
1) кинематическую схему механизма и кинематические размеры его звеньев;
2) массы и моменты инерции звеньев.
3) внешние силы, действующие в машинах (применительно к технологическим машинам должны быть известны силы полезного, то есть технологического сопротивления, применительно к машинам-двигателям необходимо знать движущие силы).
Для
лучшего понимания задач кинетостатики
и необходимых для этого исходных данных
обратимся к примеру на рис. 4.2. Механизм,
представленный на этом рисунке, является
четырёхшарнирным кривошипно-коромысловым,
к звену 3 которого присоединён
исполнительный орган, например тигель
плоскопечатной машины. На это звено
против направления его движения действует
момент сопротивления
,
являющийся полезной нагрузкой. Движение
механизма происходит в результате
действия на ведущий кривошип 1
движущей силы, являющейся одновременно
уравновешивающей силой
.
Под её действием кривошип вращается по
направлению движения часовой стрелки
с угловой скоростью ω1.
На звенья механизма действуют также
силы веса звеньев, силы инерции и,
конечно, реакции в кинематических парах.
По всем указанным на схеме силам и моментам после кинетостатического расчета (анализа) должна быть полная ясность как в отношении их величин, так и в отношении направлений. Решение задачи может быть представлено в виде следующих ступеней:
1.
И с х о д н ы
е д а н н ы е:
схема механизма со всеми кинематическими
размерами его звеньев, массовые
характеристики звеньев (массы – m,
кг;
моменты инерции – J,
):
звена 1 – m1,
,
звена 2 – m2,
,
звена 3 – m3,
.
2.
П р е д в а р
и т е л ь н ы й р а с ч ё т:
силы веса звеньев (
,
ускорение свободного падения
)
– G1,
G2,
G3;
силы инерции и моменты сил инерции
звеньев –
,
Н;
Н,
,Нм;
,
Н,
,
Нм.
3.
О с н о в н о
й р а с ч ё т : реакции в кинематических
парах:
– в кинематической паре O1,
– в кинематической паре A,
– в кинематической паре B,
– в кинематической паре C.
Уравновешивающая сила
на кривошипе, приводящая в действие
механизм.
4.3. Расчёт сил инерции
Расчёт сил инерции относится к предварительному расчёту, предшествующему основной задаче определения реакций в кинематических парах.
Силы инерции возникают во всех случаях, когда звенья движутся непрямолинейно и/или неравномерно. Рассмотрим три вида движения звеньев.
П
о с т у п а т е л ь н о е д в и ж е н и е з
в е н а. Этот
вид движения чаще всего относится к
ползунам, движущимся относительно
прямолинейных направляющих (рис. 4.3).
Пусть при этом
– масса ползуна,
– его ускорение.
Сила
инерции элементарной массы звена
.
Если просуммировать все элементарные
силы инерции данного ползуна, то есть
найти сумму
,
то получится главный вектор сил инерции
звена, равный
.
То есть главный вектор сил инерции, или
просто сила
инерции звена в его поступательном
движении равна массе звена, помноженной
на его ускорение.
Знак «−» в правой части формулы указывает
на противоположность направления силы
инерции по отношению к ускорению.
В
р а щ а т е л ь н о е д в и ж е н и е з в е
н а. В
этом движении находятся кривошипы,
кулисы, коромысла и другие звенья
механизмов. Возьмём стержневое звено
ОА
(рис. 4.4), вращающееся вокруг неподвижной
точки О. Масса звена равна
,
момент инерции относительно центра
масс S
равен
.
Вращение происходит с угловой скоростью
и угловым ускорением
.
Расстояние между центром масс и центром
вращения равно
.
В
ычислим
ускорение, с которым движется центр
масс S.
Его нормальное ускорение равно
,
тангенциальное ускорение равно
.
Так как эти составляющие полного
ускорения перпендикулярны друг другу,
то полное ускорение
.
Результатом этого ускорения является
сила инерции, приложенная в центре масс
и направленная противоположно ускорению
.
Угловое
ускорение звена вызывает появление
инерционного момента (или момента сил
инерции), направленного по отношению к
нему в противоположную сторону
.
В
этой формуле момент инерции принимается
относительно центра вращения и
определяется как
.
Частные случаи
1.
2.
.
3.
.
П л о с к о-п а р а л л е л ь н о е д в и ж е н и е з в е н а. Такое движение совершают чаще всего шатуны механизмов. На рис. 4.5 изображён шатун, совершающий такое движение. Масса шатуна равна , момент инерции относительно центра масс равен .
Звено
движется, имея угловое ускорение
и ускорение центра масс
.
Аналогично вращательному движению в
этом случае также будут действовать
оба инерционных фактора: сила инерции
,
противоположная ускорению центра масс,
и момент сил инерции
,
противоположный угловому ускорению.
Замечание. Как видим, для расчёта сил инерции необходимо знать ускорения, с которыми движутся звенья механизма. Поэтому кинетостатическому расчёту должен предшествовать кинематический анализ механизма.
