Лекция №3 Тема 3. Силовой анализ плоских рычажных механизмов.

Задачи. Силы, действующие в машинах. Определение реакций в кинематических парах. Кинетостатика входного звена. Трение. Механический коэффициент полезного действия

3.1. Силы, действующие в машинах

Развитое машинное устройство, состоящее из двигателя, передаточных механизмов и рабочей машины и, в некоторых случаях, контрольно-управляющих машин, называется машинным агрегатом. К механизмам машинного агрегата во время его движения приложены различные силы. В зависимости от знака элементарной работы все эти силы подразделяются на силы движущие F_д (М _д ) и силы сопротивленияF _с (M_с), силы тяжести G и инерционные силы F_и (M_и), силы взаимодействия между k-тым и i-тым звеньями механизмов т.е. силы, действующие в кинематических парах (реакции в кинематических парах R_ki). Движущей силой называется сила, элементарная работа которой положительна, а силой сопротивления - сила элементарная работа которой отрицательна. Элементарная работа силы определяется как скалярное произведение силы на элементарное перемещения точки ее приложения. Силы сопротивления в свою очередь делятся на силы F_пс (или моменты сил M_пс) полезного сопротивления (силы, для преодоления которых предназначена данная машина) и силы F_вс (или моменты сил M_вс) вредного сопротивления(силы трения и силы сопротивления окружающей среды). Для определения силы трения рекомендуется использовать формулу Амонтона-Кулона. Силы тяжести G могут быть или силами движущими, или силами сопротивления в зависимости от направления перемещения центра тяжести звена.

Инерционные силы F_и и их моменты M_и определяются по известным из теоретической механике формулам:

F_и = -ma_s,

M_и = - I_s,

где m – масса звена, кг;

a_s – ускорение центра масс звена, м/с²;

I_s – момент инерции звена относительно оси, проходящей че-

рез его центр масс перпендикулярно к плоскости движения, кгм²;

 - угловое ускорение звена, с^-2.

Методы динамического анализа (исследования) в данном курсе рассматриваются применительно к плоским механизмам с одной степенью свободы, которые являются наиболее распространенными. Одной из задач динамического анализа механизма является проведение кинетостатического (силового) расчета, при котором определяются реакции в кинематических парах и уравновешивающий момент (уравновешивающая сила), приложенный к исходному механизму от действия внешних сил и сил инерции.

Силовой расчет ведется с использованием принципа д'Аламбера методом планов сил по отдельным структурным группам Ассура, представляющих собой кинетостатически определимые системы (кинематические цепи). Для этих цепей число неизвестных реакций в кинематических парах равно числу условий кинетостатики. Знание реакций в кинематических парах необходимо для расчета звеньев механизма на прочность. Уравновешивающий момент обеспечивает заданный закон движения входного звена, а, следовательно, и всего механизма. Для технологических машин по уравновешивающему (движущему) моменту и частоте вращения входного звена определяется мощность приводного двигателя.