Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

ЭКЗ / tmm_chapter9

.pdf
Скачиваний:
8
Добавлен:
19.07.2019
Размер:
819.31 Кб
Скачать

Полагая, что активные силы для машины являются внутренними, имеем

e

x mxC m

2

 

 

 

 

 

 

 

e

 

y myC m

2

 

 

Rx

 

xC ; Ry

 

 

yC .

 

Здесь xC , yC – координаты центра масс механизма.

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Разложим функции xc

 

yc в ряд Фурье и сохраним в этом ряду только

первые гармоники; получим

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R(e)

m 2 (a

x

cos b sin ) ...,

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

(7.26)

 

 

 

R(e)

m 2 (a

 

 

cos b sin ) ... .

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

Часто первая гармоника сил инерции

 

является наибольшей. Покажем,

что всегда можно установить два вращающихся противовеса m и

m так,

чтобы выполнялось условие

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

0 .

 

 

 

 

 

(7.27)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m-

K2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+α-

 

 

 

+α

 

C1

 

 

C2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

G2

 

 

B

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

G1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m+

 

K1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

G3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 7.13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При этом противовес m

закреплен на кривошипе, а m

установлен на допол-

нительном валу, связанном с кривошипом зубчатой передачей внешнего зацепления с i 1. Запишем выражение (7.27) в проекции на оси:

x : m 2r cos m 2r cos m 2 ax cos bx sin 0 , y : m 2r sin m 2r sin m 2 ay cos by sin 0 .

Приравняем коэффициенты при cos и sin :

x : cos : m 2r cos m 2r cos m 2ax 0,

sin : m 2r sin m 2r sin m 2bx 0; y : cos : m 2r sin m 2r sin m 2ay 0,

sin : m 2r cos m 2r cos m 2by 0.

После несложных преобразований получаем:

191

.

m r cos m

ax by ,

m r sin m

ay bx ,

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

2

 

 

m r cos m

ax by ,

m r sin m

a y bx ,

(7.28)

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

2

 

 

 

m

 

 

 

 

m

 

 

.

 

m r

 

ax by 2 ay bx 2

,

m r

 

a y bx 2 ax by 2

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

Определим массы противовесов и углы их установки для механизма

рис.7.13, если длины звеньев и массы определяются выражениями:

ОА = АС2-= r, АВ = 2r, m=m1 = m2= m3.

Координаты точек

 

A ,

B и их вторые производные по (аналоги ускоре-

ния):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xA r cos ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

yA r sin , xA

r cos , yA r sin ,

xB r cos

 

2r

 

r sin

,

yB yB 0 ,

 

 

 

 

2

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xB r cos

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Запишем выражение для первой гармоники главного вектора сил инерции (в

x оставляем только первое слагаемое):

B

 

 

 

 

x

 

 

x

x

 

 

 

 

 

2

m

A

 

m

 

A

B

 

m x 2,5 2mr cos ,

 

 

 

 

1x

 

 

1

2

2

 

 

2

3

B

 

 

2

 

 

y

 

 

 

y

y

 

 

 

2mr sin .

 

m

A

m

 

A

B

m y

 

 

 

 

1y

 

 

1

2

2

 

 

2

3

B

 

Учитывая, что масса механизма M 3 m , из (6.16) получаем коэффициенты при cos и sin :

ax 56 r , a y 0 , bx 0, by 13 r .

Принимаем радиусы установки противовесов r r r . Из (7.28) определяем углы установки противовесов и их массы:

m

3 m

5

 

1

 

 

3 m

, m

3 m

5

 

1

 

m , .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

6

 

6

 

 

2

 

2

6

 

6

 

 

Противовесы в этом случае оказываются менее громоздкими.

Чаще всего ограничиваются установкой одного противовеса, уменьшающего первую гармонику неуравновешенной силы, но не обеспечивающего полное ее устранение. Можно, например, минимизировать наибольшее значение моду- ля R e

192

7.7. Потери энергии на трение в цикловом механизме

Движение циклового механизма сопровождается преобразованием энергии. Баланс работ за цикл может быть за-

писан для механизма в следующей форме:

 

AДС АПС АТР ,

(7.27)

АДС

– работа движущих сил,

 

АПС

– работа сил полезного сопротивле-

ния,

 

 

АТР – работа сил трения.

Рассмотрим в качестве примера кривошипно-ползунный механизм, показанный.

Мощность сил трения

N

ТР

 

M R q

 

M R

 

 

M R

 

 

 

Fx

 

.

(7.28)

 

 

 

 

0z

 

 

Az

 

 

Bz

 

 

 

B

 

 

 

F – сила трения в поступательной паре,

 

 

 

 

 

 

 

MOzR , M AzR , M BzR – моменты сил трения

во вращательных парах.

 

Работа сил трения за цикл при равномерном вращении входного звена с уг-

ловой скоростью q 0

 

определяется интегрированием этого выражения

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

AТР 0 NТРdt 0

 

MOzR q

 

 

 

M AzR

 

 

 

M BzR

 

 

 

FxB

 

dt.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Учитывая, что

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M R q

 

 

 

 

 

M R

 

 

 

 

 

M R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dt

 

 

dq,

 

 

 

dt

M R

 

dq,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Az

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Az

dq

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dxB

 

 

 

 

 

 

 

dt

M R

 

 

 

 

 

 

dt

F

dq,

 

 

 

 

dq,

Fx

B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Bz

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Bz

 

dq

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dq

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Получаем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

M0Rz

 

 

 

 

M AzR

d

 

 

 

 

 

M BzR

d

 

 

 

 

 

 

dxB

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

AТР

 

 

 

 

 

 

 

 

F

 

 

dq.

(7.29)

 

dq

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dq

 

 

 

 

 

 

 

 

dq

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для приближенного вычисления этого интеграла определяются значения сил и моментов сил трения, а также геометрических передаточных функций

193

механизма d / dq, d / dq, dxB / dq в k дискретных положениях: q = 2 s/k (s=0,…, k – 1). Далее вычисляется приближенное значение по формуле

 

2 k 1

 

 

 

R

 

 

R d

 

 

 

 

R d

 

 

 

 

dxB

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A

 

 

 

 

M

0 z

 

M

Az

 

 

 

 

 

M

Bz

 

 

 

 

 

F

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ТР

k

 

 

 

s

 

dq

 

 

 

 

dq

 

 

 

 

dq

 

 

 

 

s 0

 

 

 

 

 

 

s

 

 

 

 

s

 

 

 

 

s

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Коэффициент полезного действия (КПД).

AПС .

АДС

Коэффициентом потерь.

1 ,

(7.30)

(7.31)

(7.32)

КПД и коэффициент потерь зависят не только от качества механизма, свойств его кинематических пар, коэффициентов трения в них, но и от режима работы, законов программного движения, рабочей нагрузки.

Так, при полном отсутствии полезной нагрузки (АПС = 0) силы инерции звеньев механизма будут вызывать реакции в кинематических парах, а следовательно, и силы трения. В этом режиме всегда = 0, 1.

Чтобы исключить влияние инерционных сил на КПД, можно пользоваться условной расчетной моделью механизма, учитывающей только действие движущих сил и сил полезного сопротивления. В этой модели принимается, что массы всех звеньев равны нулю.

Силы трения, рассчитанные по такой модели, будут в каждом положении механизма пропорциональными полезной нагрузке, и КПД будет характеризовать только свойства кинематических пар.

Для увеличения КПД и уменьшения потерь на трение при конструировании механизмов используются различные методы. Наибольший эффект дает уменьшение коэффициентов трения в кинематических парах. Это достигается применением опор качения вместо опор скольжения, использованием смазки в кинематических парах и т.п.

194

Соседние файлы в папке ЭКЗ