Задача силового расчета механизмов

В задачу силового расчета входит определение всех сил и моментов пар сил, приложенных к каждому отдельному звену механизма. Эти силы или моменты надо знать для расчета на прочность звеньев или их деталей. Если при силовом расчете в число известных внешних сил не входят инерционные нагрузки на звенья, то силовой расчет называется статическим, а если входит, то – кинетостатическим.

Как правило, при решении задач в большинстве случаев не учитывается трение в кинематических парах механизма. Обычно элементы кинематических пар работают со смазкой и поэтому реакции в них, рассчитанные без учета трения, мало отличаются по величине и направлению от реакций, найденных с учетом трения.

3.1.1. Силы, действующие на звенья механизма

При работе механизма к его звеньям приложены внешние задаваемые силы: движущая сила, сила тяжести, сила полезного сопротивления, вредного сопротивления, сила инерции вследствие движения звеньев с ускорениями.

Движущая сила стремится ускорить движение ведущего звена. Элементарная работа этой силы положительна.

Сила тяжести при подъеме центра тяжести звена оказывается силой сопротивления, а при опускании – движущей силой (например, вращение кривошипа: в двух четвертях сила тяжести помогает движению, в двух других – мешает).

Сила полезного сопротивления – сила, для преодоления которой создаются механизмы.

Сила вредного сопротивления – на преодоление этой силы затрачивается дополнительная энергия сверх той, которая необходима для выполнения полезной работы. К ней следует отнести силу трения, силу сопротивления окружающей среды.

Сила инерции – сила, возникающая при движении звеньев с ускорением. Направлена всегда противоположно полным ускорениям центров тяжести звеньев, приложена в центрах тяжести звеньев.

3.1.2. Определение реакций в кинематических парах

плоских механизмов с помощью планов сил

После определения величины всех действующих на звенья механизма сил находятся реакции в кинематических парах. При этом механизм расчленяется на группы Ассура, и силовой расчет проводится с самой удаленной группы от ведущего звена. Реакции характеризуются величиной (модулем), направлением и точкой приложения.

Для закрепления материала предлагаются задачи, в которых требуется определить реакции в кинематических парах О₁, О₂, А, В шарнирных четырехзвенников и величину уравновешивающей силы, приложенной к ведущему звену, с помощью планов сил.

На рис. 3.1 и 3.2, а изображены схемы механизмов задач 174 – 176, у которых заданы длины звеньев и действующие на них силы: F₂ = F₃ = 200 Н; w₁ = 0,3 с^-1.

На рис. 3.2, б, в изображены схемы механизмов задач 177, 178 с длинами звеньев и действующей силой F₃: F₃ = 1000 Н; w₁ = 0,3 с^-1.

К задаче 174 а

К задаче 175 б

Рис. 3.1

К задаче 176 а

К задаче 177 б

К задаче 178 в

Рис. 3.2

3.1.3. Применение теоремы Жуковского для определения

уравновешивающей силы

В случаях, когда требуется найти только уравновешивающую силу, можно не выполнять весь силовой расчет, а воспользоваться рычагом Жуковского. Для этого следует построить повернутый на 90º план скоростей механизма, в одноименные точки которого перенести параллельно самим себе силы, действующие на механизм, включая уравновешивающую. Приняв повернутый план за рычаг с точкой опоры в полюсе плана, написать уравнение равновесия этого рычага по формуле:

, (3.1)

где F_i – действующие на звенья силы, приложенные в соответствующих точках плана скоростей;

h_i – плечи от сил до полюса плана.

Используя схемы механизмов на рис. 3.1. и 3.2, предлагается определить уравновешивающую силу F_y для каждого механизма.

Часть 2

СИНТЕЗ МЕХАНИЗМОВ

4. СИНТЕЗ МЕХАНИЗМОВ С НИЗШИМИ ПАРАМИ.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ МЕХАНИЗМОВ РОБОТОВ-МАНИПУЛЯТОРОВ