Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Конспект лекцій з предмету Теорія механізмів і....doc
Скачиваний:
13
Добавлен:
19.04.2019
Размер:
8.33 Mб
Скачать

Змістовий модуль 3. Динамічний аналіз механізмів Лекція 15.

Вступ до динамічного аналізу механізмів і машин

План лекції:

15.1. Загальні відомості. Основні задачі.

15.2. Сили, що діють в механізмах.

15.3. Механічні характеристики машин.

15.4. Режим руху механізмів.

15.1 Загальні відомості. Основні задачі.

При розгляді кінематичного аналізу механізмів, ми вважали, що закон руху ведучих /вхідних/ ланок заданий. Рух ведених /вихідних/ ланок вивчався в залежності від заданого закону руху ведучих ланок. При цьому сили, які діють на ланку механізму, і сили, що виникають при його русі, нами не враховувалися. Таким чином, при кінематичному аналізі, дослідження руху механізмів ведеться з врахуванням тільки структури механізмів і геометричних співвідношень між розмірами їх ланок.

Динаміка механізмів і машин вивчає рух ланок з врахуванням сил, які визивають цей рух.

Основні задачі динамічного аналізу механізмів:

а) Вивчення впливу зовнішніх сил на ланки механізму і їх елементи, на кінематичні пари і нерухомі опори і визначення способу зменшення динамічних навантажень, які виникають при рухові механізму;

б) Вивчення режиму руху механізму під дією заданих сил і визначення способів, які забезпечують задані режими руху механізму.

Перша задача має назву силового, або кінетостатичного аналізу механізмів, а друга задача - динаміки механізмів.

15.2. Сили, що діють в механізмах.

Усі сили, що діють в механізмах, поділяються на:

  1. рушійні сили Fp;

  2. сили виробничого /корисного/ опору Fко;

  3. сили тяжіння ланок Fg /гравітаційні сили/;

  4. сили тертя та інших невиробничих опорів Ff ;

  5. реакції зв’язків FR ;

  6. сили інерції Fі ;

Сила – це дія навколишнього середовища на тіло, яка прагне змінити його стан спокою, або руху.

Величина сили – це міра механічної взаємодії двох тіл.

Всі сили умовно можна розділити на зовнішні і внутрішні. Рушійні сили Fp створюються двигунами, які здійснюють перетворення якогось виду енергії /теплової, електричної, гідравлічної/ у механічну роботу. Ці сили намагаються прискорити рух ланок механізму. Елементарна робота dAp, що здійснюється рушійною силою на елементарному переміщенні dS, завжди додатна:

dAp= FpdScos(Fp^V). /15.1/

Отже, рушійна сила збільшує кінетичну енергію машин. В двигуні внутрішнього згоряння рушійна сила створюється в результаті тиску газу, що розширюється, на поршень. В електродвигуні момент рушійних сил виникає в результаті взаємодії між струмом і обмотці ротора і магнітним полем.

Сили виробничого /корисного/ опору Fко це сили, для переборювання яких призначена машина /сили опору різання в металообробних верстатах, опору, що виникає при стисканні повітря у компресорах та ін. /.

Сили виробничих опорів з напрямком швидкості точок їх прикладання утворюють тупий кут, або кут, що дорівнює 1800. Елементарна робота dAko, що здійснюється силою Fко на елементарному переміщенні dS, від’ємна :

- /15.2/

Сила Fко зменшує кінетичну енергію машин.

Робота Ag сил тяжіння Fg ланок, що визначаються матеріалом та конструкцією ланок, на деякому переміщенні h його центра ваги, що відлічується по вертикалі:

Ця робота буває додатна і від’ємна.

До сил невиробничих опорів належать сили опору повітряного чи рідинного середовища переміщенню ланок і сили тертя Ff в кінематичних парах машин. Сили опору і сили тертя виконують від’ємну роботу. Сили тертя являють собою дотичні складові реакції зв’язків у кінематичних парах.

Реакції зв’язків FR можна розкласти на дві складові, з яких одна направлена по нормалі до поверхонь, що утворюють кінематичну пару, а сила тертя – у бік протилежний швидкості елементів цієї пари. Реакції в кінематичних парах виникають не тільки внаслідок дії зовнішніх сил на ланки механізму, але і внаслідок руху мас механізму з прискореннями.

Рух ланок з прискореннями, визиває додаткові динамічні зусилля в кінематичних парах, які являються складовими реакцій і змінюють їх повну величину. Ці додаткові динамічні зусилля можна визначити із рівнянь рівноваги ланок, якщо в ці рівняння, крім заданих зовніш­ніх, нам уже відомих сил, і реакцій, добавити сили інерції .

Визначення сил інерції ланок, що рухаються з прискореннями, бу­де розглянуто нижче.

Сили рушійні і сили виробничих опорів, залежно від їх механіч­них, фізичних і технологічних характеристик, можуть бути сталими чи функціями різних кінематичних параметрів - переміщень, швидкостей, прискорень і часу.

Наприклад, у вантажопідйомних машинах, прокатних станах, сили виробничих опорів залишаються сталими. У машинному агрегаті з дви­гуном внутрішнього згоряння і поршневим насосом рушійні сили і сили виробничих опорів залежать від положення ведучих ланок.

Рушійні сили і сили виробничого опору визначають за допомогою динамометрів для ряду положень машини за цикл її роботи. Одержані числові значення зображаються у вигляді діаграми сил, робіт, момен­тів чи потужностей /рис.15.1/.

Діаграми сил

Рис.15.1