Элементов конструкции оборудования

В механике под силой понимают меру механического взаимодействия материальных тел, которое проявляется в изменении их состояния и характеризуется значением и направлением воздействия одного тела на другое. Поэтому силу можно представить в виде вектора, исходящего из точки, к которой она приложена; при этом направление вектора будет соответствовать направлению действия силы, а его длина будет пропорциональна ее значению.

Все силы, действующие на материальное тело (или на отдельные элементы машины) можно разделить на две основные группы: задаваемые силы и силы реакций связей. В отличие от задаваемых сил силы реакций связей в общем случае заранее неизвестны ни по значению, ни по направлению.

Силы, действующие на материальное тело, разделяют на статические и динамические. Под действием статических сил тело не изменяет своего состояния, т. е. остается в покое или сохраняет равномерное движение, которое оно имело и до приложения силы. Динамические силыизменяют первоначальное состояние тела и обладают свойством сообщать ему ускорение.

В соответствии с характером задаваемых сил реакции связей также могут быть статическими и динамическими.

Силы, действующие со стороны связей на движущееся или находящееся в покое тело, оказывающие противодействие его движению, называют реакциями связей. Реакции связей могут быть нормальными по отношению к поверхности связи и касательными к ней. К последним относятся силы трения. Нормальные реакции связей направлены противоположно нормальной составляющей равнодействующей задаваемых сил и, согласно принципу равенства действия и противодействия, равны ей по значению. По характеру воздействия на тело и по физическому источнику задаваемые силы разделяют на движущие (тормозящие) силы, силы полезного сопротивления, силы упругости, тяжести, сопротивления среды. К задаваемым силам можно также отнести и силы инерции.

Движущими называются силы, сообщающие движение данному телу. В машинах источником движущих сил может быть давление сжатого воздуха или давление рабочей жидкости соответственно в пневматических и гидравлических подъемниках или домкратах; давление газов в цилиндрах двигателей внутреннего сгорания, движущая сила привода роликов стенда при проверки тормозов автомобилей. Движущие силы могут создаваться электрическим полем или напором ветра.

К силам полезного (рабочего) сопротивления относятся силы, для преодоления которых предназначена машина, например: сила тяжести поднимаемого груза, силы сопротивления качению колеса автомобиля при проверке тягово-экономических свойств, силы отворачивания гаек колес или стремянок грузовых автомобилей и т. п. Эти силы воздействуют на рабочие (исполнительные) органы машины (например, сменные головки гайковерта) и направлены против перемещения точек, к которым они приложены; следовательно, работа их всегда будет отрицательной. К силам вредного сопротивления относятся силы, возникающие при движении тела в жидкой или воздушной среде, направленные противоположно относительной скорости тела, а также силы трения в кинематических парах.

Укажем еще на один признак классификации сил: различают силы внешние и внутренние. Внешними называются силы, приложенные к телу извне, а внутренними – силы взаимодействия между точками (частицами), входящими в данное тело; к внутренним силам можно также отнести силы взаимодействия между элементами кинематических пар в сочленениях машин и механизмов.

Для иллюстрации этого положения приведем два примера.

Силы, обусловленные ударами в зазорах кинематических пар, или периодически действующие силы в зацеплении зубчатых колес коробки передач, вызывающие изгибно-крутильные колебания валов трансмиссии, не нарушают равновесия самой машины и, следовательно, по отношению к машине, как некоторой механической системе, являются внутренними и не входят в уравнения равновесия машины. Но те же силы следует отнести к задаваемым внешним, если коробка передач условно отделена от остальной части трансмиссии машины: в этом случае при рассмотрении условий равновесия валов и шестерен коробки передач силы, действующие в зацеплении зубчатых пар, являются внешними задаваемыми и их нужно учитывать в уравнениях статики.

Сила давления рабочей жидкости в гидросистеме рабочего оборудования машины и соответствующая сила на штоке гидроцилиндра, приводящая в движение стрелу погрузчика, крана или подъемника, не влияют на движение машины в целом и поэтому по отношению к машине являются внутренними силами. Но если рассматривается отдельно взятая стрела рабочего оборудования (передвижной кран), которое условно отделено от базовой машины, то та же сила, действующая со стороны гидроцилиндра на стрелу, будет уже задаваемой внешней (движущей) силой, которую нужно учитывать при статическом расчете стрелы.