Задачи и виды силового анализа

Проводя силовой анализ кинематической схемы рычажного механизма, необходимо решить следующие задачи:

- определить усилия в кинематических парах механизма;

- определить величину уравновешивающей силы (или момента).

Это необходимо для:

- расчёта звеньев механизма и элементов привода на прочность, устойчивость и пр.;

- выбора типа и расчёта мощности привода;

- прогнозирования износа трущихся поверхностей;

- выбора типа подшипников и способа их смазки;

- расчёта к.п.д. механизма и решения большого числа других более мелких вопросов конструирования механизма.

Обычно силовой анализ выполняется с использованием принципа Д`Аламбера. В этом случае такой расчёт (анализ) часто в литературе называют «кинетостатическим».

Существует несколько видов (этапов, стадий) силового анализа механизма:

А) Силовой анализ на начальном этапе. На этом этапе для выполнения полезных функций создаётся кинематическая схема механизма и на основании статистических данных выбираются некоторые параметры звеньев и параметры работы его.

На этом этапе обычно предполагается, что начальное (ведущее) звено механизма перемещается с постоянной скоростью (). Это предположение существенно уменьшает значения ускорений точек и звеньев механизма и приводит к тому, что определяются несколько усреднённые значения усилий в звеньях и кинематических парах. Но эти данные очень важны для предварительной конструкторской проработки механизма: конструирования звеньев механизма; более точного определения весовых и инерционных параметров звеньев; выполнения прочностных и иных расчётов звеньев; выбора коэффициентов запаса прочности; конструирования кинематических пар и т.д.

Б) Силовой анализ после предварительной конструкторской проработки. Определённые новые значения параметров кинематической схемы механизма учитываются при повторном кинематическом и силовом анализах механизма, после чего, при необходимости, вносятся корректировки в конструкцию механизма.

В) Силовой анализ после конструкторской разработки механизма. На этом этапе по определённым правилам массы и моменты инерции всех звеньев механизма приводятся к начальному звену, все внешние силы и моменты также приводятся к начальному звену. Составляется дифференциальное уравнение движения начального звена (динамическая модель механизма), дважды интегрируя которое определяют закон движения ведущего звена ().

Иногда на этом же этапе определяют параметры маховика, производят, если это необходимо, уравновешивание некоторых звеньев. Затем вновь производится кинематический и силовой анализ механизма и, при необходимости, вносятся корректировки в конструкцию механизма.

Г) Если механизм предназначен для работы на борту летательного аппарата или в условиях космоса, когда имеют место очень жёсткие ограничения на габаритные размеры и массу, то задаются минимальные коэффициенты запаса прочности и некоторые из рассмотренных этапов могут повторяться многократно.

Заметим, что курсовой проект студентами выполняется на этапе А) и в нём не предполагается проведение повторных кинематических и силовых анализов механизма.

С позиций кинетостатики все механизмы делят на два класса: тихоходные и быстроходные.

К тихоходным относят такие механизмы, в которых силы инерции звеньев значительно меньше некоторых внешних сил и силами инерции можно пренебречь. В этом случае проводимые расчеты называют «статическими».

К быстроходным относят такие механизмы, в которых силы инерции больше некоторых внешних сил и можно пренебречь некоторыми внешними силами, например, весом звеньев механизма. В этом случае проводимые расчеты называют «кинетостатическими».

Пример. Расчёты показывают, что в двигателе внутреннего сгорания при радиусе кривошипа (коленвала) 80 мм, частоте вращения 2500 об/мин и весе ползуна (поршня) 2 кГ, сила инерции, приложенная к ползуну может достигать величины 1500 – 1700 кГ. В данном случае сила инерции почти на 3 порядка превышает вес ползуна, следовательно весом ползуна можно пренебречь.

Замечание: При выполнении курсового проекта мы не будем пренебрегать никакими силами.