5 Динамическое исследование машин и механизмов

5.1 Задачи динамического исследования машин

Основными задачами динамического исследования машин и механизмов являются две задачи, сформулированные в курсе теоретической механики:

а) определение сил, действующих на звенья механизма, если задан закон движения механизма;

б) определение закона движения механизма, если заданы силы, действующие на его звенья.

Наряду с этими задачами в динамике машин и механизмов рассматриваются следующие вопросы:

- определение сил трения в кинематических парах;

- определение коэффициента полезного действия машин;

- регулирование хода машин;

- уравновешивание сил инерции звеньев машин и др.

5.2 Классификация сил, действующих в машине

Все силы и пары сил, действующие на звенья механизма, делятся на:

а) движущие силы;

б) силы сопротивления;

в) пассивные силы.

Движущими считаются силы и пары сил (моменты сил), работа (мощность) которых положительна:

.

Движущие силы - это силы, развиваемые двигателем и стремящиеся ускорить движение механизма. Эти силы приложены, как правило, к ведущему звену механизма. Направление их совпадает с направлением скорости точек их приложения или образуют с ней острый угол (рисунок 5.1). Следовательно, движущие силы совершают положительную работу. Работа некоторой силы это скалярное произведение силы на перемещение:

или ,

где  - угол между направлением силы и направлением перемещения ( ). Если <90 (острый угол), то работа силы - положительная величина.

Если к материальному телу приложена пара сил (момент), то работа пары сил (момента) определяется как произведение момента на угол поворота:

.

При этом работа пары сил положительна, если направление момента сил совпадает с угловой скоростью (направлением перемещения), отрицательна - если направление момента сил не совпадает с направлением угловой скорости материального тела (звена).

Примером движущей силы является сила давления расширяющегося газа на поршень в двигателе внутреннего сгорания, движущего момента - момент на валу электродвигателя привода любой машины.

Силами сопротивления называются силы (пары сил), работа которых отрицательна:

.

Силы сопротивления делятся на:

а) силы полезного сопротивления (производственных или технологических сопротивлений);

б) силы вредного сопротивления (непроизводственных сопротивлений).

Силами полезного сопротивления называют те силы, для преодоления которых создан данный механизм.

Силы полезных сопротивлений приложены, как правило, к ведомому звену механизма и совершают работу, необходимую для выполнения требуемого технологического процесса (силы сопротивления, возникающие при резании металла в металлорежущих станках, вес груза в грузоподъемных машинах и т.п.).

Рисунок 5.1- Движущая сила, сила сопротивления, пассивная сила

Силы вредного сопротивления - это силы внутреннего трения и силы сопротивления внешней среды. Они выражают влияние среды, в которой происходит движение звеньев механизма. Сюда же относятся силы трения в кинематических парах, силы сопротивления, обусловленные жесткостью гибких связей (ремней в ременных передачах). Силы вредных сопротивлений стараются по возможности уменьшить.

Пассивные силы - это силы, работа которых равна нулю:

.

При этом угол между вектором скорости и вектором силы равен 90 (рисунок 5.1).

Силы веса звеньев, приложенные в их центрах тяжести, производят положительную работу, когда центры тяжести опускаются; отрицательную - когда центры тяжести звеньев поднимаются. При горизонтальном перемещении центра тяжести сила веса является пассивной силой.