Силы, действующие в механизмах

При проведении силового анализа решаются основные задачи:

1. Определение реакций в кинематических парах механизмов, находящихся под действием заданных внешних сил. Эти реакции затем используются для расчёта звеньев и элементов кинематических пар (например, подшипников) на прочность, жёсткость, долговечность и т.д.

2. Определение уравновешивающей силы или уравновешивающего момента , приложенных к ведущему звену. Они уравновешивают внешние силы, приложенные к механизму. Эти величины нужны, например, для выбора двигателя, приводящего в движение данный механизм.

Различают две группы сил.

Движущие силы Р_дв или моменты движущих сил М_дв, которые:

– совершают положительную работу;

– направлены в сторону скорости точки приложения силы или под острым углом к ней;

– задаются посредством механической характеристики двигателя.

Силы сопротивления Р_С и их моменты М_С, которые:

– совершают отрицательную работу;

– направлены противоположно скорости.

В свою очередь силы сопротивления делятся на силы:

– полезного сопротивления Р_п.с и моменты М_п.с;

– вредного сопротивления: трение в кинематических парах, сопротивление среды, внутреннее сопротивление (например, силы упругости звеньев).

Кроме этого существуют:

– силы веса , где r – плотность материала; V – объём звена детали;

– силы инерции ;

– моменты сил инерции , где m_u, J_S – масса и массовый момент инерции звена; и – линейное и угловое ускорения;

– силы реакций в кинематических парах .

Силы инерции звеньев и моменты сил инерции. Из теоретической механики известно, что все силы инерции звена, совершающего плоскопараллельное движение и имеющего плоскость симметрии, параллельную плоскости движения, могут быть сведены к силе инерции , приложенной в центре масс S звена, и паре сил инерции, момент которых обозначим (рис. 3.1).

– главный вектор сил инерции, или сила инерции; – главный момент сил инерции, или момент сил инерции; m – масса звена;

– ускорение центра масс;

J_S – массовый момент инерции относительно звена и момента центра масс;

– угловое ускорение звена.

и направлены в стороны, противоположные ускорениям и .

Рис. 3.1. Сила инерции

Для дальнейших расчётов удобно заменить и одной силой, использовав для этого 3 метода.

Метод замещающих точек.

Рис. 3.2. Перенос силы на плечо

при замене силы и момента одной силой

Перенос силы на плечо : момент сил инерции заменяется парой сил с плечом h_u (рис. 3.2), причём одна сила приложена к центру масс звена S и направлена противоположно преобразуемой силе , а другая смещена на плечо h_u и приложена к точке К – центру качания звена.