Силовой расчет рычажных механизмов

Во время движения механизма в его кинематических парах действуют силы, являющиеся силами взаимодействия между звеньями. Напомним, что эти силы относятся к категории внутренних по отношению к механизму в целом. Нагруженность кинематических пар силами взаимодействия является важной динамической характеристикой механизма. Знание сил в кинематических парах необходимо для расчета звеньев механизма на прочность, жесткость, вибростойкость, износоустойчивость, для расчетов подшипников на долговечность и для проведения других подобных расчетов, выполняемых при проектировании механизма. Определение внутренних сил, а также — в целом ряде задач — сил и пар сил, приложенных к механизму извне, составляет содержание его силового расчета.

Изложение методов силового расчета будет сделано только для плоских механизмов. При этом примем, что механизм имеет плоскость симметрии, которая параллельна плоскости движения и в которой действуют все приложенные силы. Указанному условию отвечает очень большое число механизмов энергетических, технологических, транспортных машин и различных приборов.

Силовой расчет следует выполнять с учетом ускоренного движения звеньев, так как их ускорения в современных быстроходных машинах весьма значительны. Неучет ускоренного движения звеньев вызовет недооценку нагружающих сил, что может привести к ошибкам в дальнейших инженерных расчетах.

Учет ускоренного движения звеньев выполним методом кинетостатики, условно приложив к каждому подвижному звену механизма главный вектор, и главный момент сил инерции. Тогда для каждого звена можно записать уравнения кинетостатики.

Главный вектор, и главный момент сил инерции определяются по уравнениям:

эти уравнения предполагают, что главный вектор сил инерции приложен к центру масс и направлен в сторону противоположную соответствующему ускорению, а главный момент сил инерции направлен против углового ускорения и его удобнее разбивать на пару сил:

.

Следует подчеркнуть, что никакой силы ; и никакой пары сил к звену в действительности не приложено. Главный вектор и главный момент сил инерции не имеют никакого физического содержания и в расчетных уравнениях играют роль не более чем чисто математических величин, посредством которых учитывается влияние ускоренного движения звеньев.

Силы в кинематических парах, являющиеся искомыми, определяют из уравнений, в которых они содержатся в составе сумм. Поскольку значения сил инерции зависят от ускорений, искомые силы также зависят от ускорений. Следовательно, для проведения силового расчета надо знать закон движения механизма.