ЭКЗ / tmm_chapter9
.pdfПолагая, 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 |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
=π+α- |
|
|
|
=π+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