1.4 Силовий розрахунок

Основним завданням силового розрахунку механізму є визначення реакцій у кінематичних парах та зрівноважувальної сили або зрівноважувального моменту. У першому наближенні силовий розрахунок виконується без урахування сили тертя. Силовий розрахунок механізму, що розглядається, виконується кінетостатичним методом, в основі якого лежить принцип Д'Аламбера: якщо до зовнішніх сил, що діють на механічну систему, умовно додати сили інерції,то таку механічну систему можливо розглядати як таку,що знаходиться у стані умовної рівноваги. Цей метод є формальним математичним прийомом,що дозволяє записати рівняння рівноваги для визначення невідомих реакцій у кінематичних парах механізму.

В загальному випадку, якщо ланка здійснює плоско-паралельний рух, сили інерції зводяться до головного вектора сил інерції F_i, прикладеного у центрі мас ланки і головного моменту сил інерції М_і.

Головний вектор сил інерції F_i має напрямок,протилежний вектору прискорення центра мас а_s.

, (17)

де m=G/g- маса ланки;

G - вага ланки,

g - прискорення вільного падіння, g=9,81 м/с²

Головний момент сил інерції обчислюємо наступним чином:

, (18)

де I_S - момент інерції ланки відносно центра мас.

Для ланок з постійним поперечним перерізом

I_S2=m l /12 (19)

де l - довжина ланки.

Визначаємо інерційні навантаження для ланок кривошипно-шатунного механізму.

m₂=G₂/g (20)

m₂= 560/9,81 = 57 кг

Відповідно для ланки 3 отримуємо:

m₃= 720/9,81 = 73 кг

(21)

I_S2 = (57*0,407²)/12=1,97 кг м²

F_i2=m₂ a_S2 (22)

F_i3=m₃ a_B (23)

M_i2=I_S2 E₂ (24)

(25)

де - за індикаторною діаграмою для робочого положення.

Силовий розрахунок починаємо зі структурної групи 2-3. Для цього будуємо у масштабі план групи і прикладаємо до ланок групи сили ваги , сили і момент сил інерції Дію відкинутих ланок замінюємо реакціями і . Реакцію розкладаємо на нормальну R , що направлена по ланці АВ і тангенційну R , направлену перпендикулярно ланці АВ, складові.

Для визначення складової R складаємо рівняння рівноваги :

(26)

Плечі сил визначаємо шляхом вимірювання на кресленні в міліметрах.

Для спрощення подальших розрахунків рекомендується при побудові плану сил досліджуваної групи спочатку відкладати вектори сил, що діють на ланку 2, а потім на ланку 3.При складанні рівняння рівноваги необхідно починати і закінчувати невідомими складовими. З урахуванням вищезгаданого рівняння рівноваги сил, що діють на групу 2-3, запишемо в такому вигляді:

=0 (27)

У відповідності до наведеного рівняння будуємо план сил, починаючи з відомої складової послідовно відкладаючи усі сили в масштабі =18,6 Н/мм

Повну реакцію в шарнірі А отримаємо шляхом геометричного складання нормальної і тангенційної складових

Переходимо до силового розрахунку початкової ланки. На ланку діють дві реакції = та .

З умов рівноваги = . Реакції і утворюють пару, момент якої повинен бути зрівноваженим моментом М_зр, що прикладений з боку робочої машини, тому що привод робочої машини у відповідності до завдання здійснюється через муфту. Таким чином,

Отримані результати силового розрахунку зведені в таблиці 1.3

, (28)

де - плече пари сил, взяте з рисунка в натуральну величину в метрах.

М_зр = 2511 0,041 = 102,951 Н м

Таблиця 1.3 – Силовий розрахунок механізму

№	Позначення	Значення, Н	Довжина, мм
1		51,69	1,22
2	G2	560	11,2
3	G3	720	14,4
4	Fi3	281,68	5,634
5	Fi2	256,1	5,112
6		12000	0,0214
7		60	1,2
8		13000	130
9		13000	130