Сили, що діють у машинах

Як відомо із курсу теоретичної механіки під силою слід розуміти взаємодію тіл при передачі або перетворенні руху. Л. Ейлер вважав: усе, що спроможне змінити абсолютний стан тіл, називається силою. У дина­міці механізмів і машин під силою слід розуміти як причину зміни меха­нічного стану тіла, так і опори, які при цьому виникають.

Рушійнісили - це такі сили, які приводять механізм або машину в рух. Рушійними силами можуть бути тиск пари або газу, тиск води, повітря, електромагнітні сили, сили пружності пружини, сила тяжіння тощо. Напрямки рушійної сили і швидкості точки, у якій прикладена ця сила, або збігаються, або складають гострий кут. Тому проекція вектора сили на напрямок руху тіла завжди додатна, що і визначає додатну роботу рушійних сил.

До сил корисного опорувідносять технологічні опори руху, на по­долання яких при виконанні технологічного процесу витрачається робота, тобто для здійснення якого і призначено машину або механізм. Прикладом може служити опір різанню металів або вага вантажу, який ми підіймаємо. Тут доречно відзначити, що при опусканні вантажу його вага вже буде рушійною силою. Звідси випливає, що в деяких машинах одну й ту ж силу не можна завжди відносити до якої-небудь певної категорії. Сила корисно­го опору направлена в протилежний руху бік або утворює з напрямком швидкості тупий кут. Тому ця робота завжди від'ємна.

До сил шкідливого опоруналежать сили тертя в кінематичних па­рах, а також опір середовища. Щоправда, є випадки, коли силу тертя не можна віднести до сил шкідливого опору. У гальмах, наприклад, або в місцях стику приводних коліс локомотива з рейками, автомобіля з поверхнею дороги тертя корисне.

Розрізняють також сили тяжінняланок G, сили інерції F_ін і сили реакції R у кінематичних парах. Проте ці сили не утворюють будь-якого нового класу. Залежно від напрямку їх дії ці сили треба віднести до рушій­них сил або сил опору.

Сили тяжінняє результатом взаємодії ланок із Землею. У резуль­таті того, що ця сила постійно спрямована в один бік, а в машинах траєк­торії точок як правило замкнені, робота сил тяжіння за період руху механі­зму Дорівнює нулю (без урахування витрат енергії на тертя). Всередині періоду руху ця робота відрізняється від нуля.

Сили інерціїз'являються при зміні швидкості за величиною або напрямком. При періодичному русі робота сил інерції за період руху також дорівнює нулю (без урахування витрат енергії на тертя). Це пояснюється тим, що швидкості й прискорення точок рухомих ланок по закінченні кож­ного періоду набирають початкових значень. Всередині періоду руху ця робота відрізняється від нуля, а самі сили інерції можуть набувати дуже великих значень.

Існують ще сили реакції,які виникають при взаємодії ланок у місцях їх стикання, тобто в кінематичних парах. Такі сили є внутрішніми силами для всього механізму в цілому, хоча для кожної окремо взятої лан­ки вони будуть зовнішніми. Робота сил реакцій ніколи не дорівнює нулю, оскільки не дорівнюють нулю сили тертя в кінематичних парах.

Усе досі сказане про сили стосується і моментів пар сил М. тому що вони характеризують дію сил при обертанні (М = Fr , де F - сила, r- плече цієї сили відносно осі обертання).

Рушійні сили і сили корисного опору, залежно від їх механічних, фізичних і технологічних характеристик, можуть бути сталими чи функці­ями різних кінематичних параметрів - переміщень, швидкостей, приско­рень і часу. Наприклад, у вантажопідіймальних машинах, прокатних ста­нах сили виробничих опорів залишаються сталими. У машинному агрегаті з двигуном внутрішнього згоряння і поршневим насосом рушійні сили й сили виробничих опорів залежать від положення ведучих ланок Для ма­шинного агрегата поршневий двигун-генератор електричного струму ру­шійна сила є функцією положення ведучої ланки, а сила корисного опору - функцією кутової швидкості вала генератора У каменедробарках, тістомі­сильних машинах сили виробничого опору є функцією часу і т.д.

Рушійні сили й сили опору, як правило, визначають експеримен­тальним шляхом, застосовуючи відповідні прилади. Здобуті дані відобра­жають у вигляді аналітичних залежностей або діаграм сил, робіт чи поту­жностей. Ці функціональні залежності мають назву механічних характе­ристик. У курсі теорії механізмів і машин питання теорії робочих проце­сів не розглядаються, а тому при розв'язуванні задач механічні характе­ристики двигунів і робочих машин вважаються відомими.