тмм. ПЗ_2_Силовое исследование кривошипно-ползунного механизма. Задача силового анализа определение реакций связей между звеньями механизма

• Название: Задача силового анализа определение реакций связей между звеньями механизма
• Дата: 31.01.2022
• Размер: 0.64 Mb.
• Имя файла: ПЗ_2_Силовое исследование кривошипно-ползунного механизма.pptx
• Тип: Задача; #347194

2.9 Силовой анализ механизмов

Силовой расчет механизмов относится к решению первой задачи динамики.

Основная задача силового анализа – определение реакций связей между звеньями механизма

Для проведения силового анализа должны быть известны:

• массы звеньев mi и их главные моменты инерции Jsi ;
• внешние силы и моменты, действующие на звенья;
• законы движения звеньев механизма

Практическое применение результатов СА

• Определение сил и моментов, которые необходимо приложить к ведущим звеньям для реализации заданного закона движения
• Прочностной расчет деталей механизма
• Подбор подшипников для вращательных КП
• Выбор технических решений и определение конструктивных параметров для поступательных КП
• Определение потребной мощности приводного двигателя
• Уравновешивание движущихся масс

Силы, действующие в механизмах

Различают две группы внешних сил:

1) Движущие силы или моменты движущих сил Мдв, которые:

- совершают положительную работу;

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

• задаются посредством механической характеристики двигателя;

2) Силы сопротивления и их моменты Мс, которые:

- совершают отрицательную работу;

- направлены противоположно скорости.

Силы сопротивления делятся на силы:

• полезного сопротивленияи моменты Мп.с(силы тяжести при подъеме груза, силы давления на поршень в компрессоре);
• вредного сопротивления: трение в кинематических парах, сопротивление среды, внутреннее сопротивление (например, силы упругости звеньев)

Индикаторная диаграмма

=

 

Силы, действующие в механизмах (продолжение)

Кроме этого существуют:

• силы веса (тяжести)

где – масса звена в кг;

м/с2 – ускорение свободного падения.

• силы инерции Fин

- силы реакций в кинематических парах R

Силы инерции

Силы инерции – силы, возникающие при неравномерном движении звена и сопротивляющиеся его ускорению (замедлению).

При неравномерном движении возникает сила инерции Fин и момент сил инерции Mин :

 

Fин=-m . as ,  Mин=-Is . ε ,

где

Fин – главный вектор сил инерции, приложенный в центре масс звена;

Mин – главный момент сил инерции;

m – масса звена; 

Is – момент инерции звена относительно центра масс;

as – ускорение центра масс звена;

ε – угловое ускорение звена.

Принципы и последовательность силового расчета

При силовом расчете механизма в число известных внешних сил, приложенных к его звеньям, входит инерционная нагрузка на звенья.

Такой силовой расчет механизма называется кинетостатическим.

При этом используется следующие принципы:

1.Принцип Даламбера:

Если ко всем внешним нагрузкам, действующим на звено механизма, присоединить силы инерции и моменты инерции, то под действием всех этих нагрузок звено (механизм) можно рассматривать условно находящимся в равновесии.

2.Принцип освобождаемости от связей:

не нарушая движения или покоя системы, можно отбрасывать отдельные связи и прикладывать к системе соответствующие этим связям реакции.

Условие статической определимости плоской кинематической цепи

Для каждого звена, расположенного в плоскости, можно составить три независимых уравнения статики. Если в кинематической цепи имеется "n" подвижных звеньев, то в совокупности для этой цепи можно записать 3n независимых уравнений статики (равновесия).

Эти уравнения используются для определения реакций в кинематических парах и неизвестных внешних сил.

Алгоритм силового анализа

Силовой расчет ведется по группам Ассура, начиная с последней присоединенной группы.

Группы вычерчиваются в масштабе и в том положении, которое они занимают на механизме в рассматриваемый момент времени.

К каждой группе прикладывают все известные силы (включая силы инерции и моменты сил инерции, а также реакции в кинематических парах

Неизвестные реакции в шарнирах направляются произвольно;

реакции в поступательных парах прикладываются в произвольной точке на направляющей и перпендикулярно этой направляющей. 

Алгоритм силового анализа (продолжение)

Все силы на этом этапе можно прикладывать без определенного масштаба, но должны быть строго выдержаны их точки приложения и направления, т.к. при составлении уравнений моментов плечи измеряются непосредственно на чертеже и переводятся через масштаб в истинную величину.

Уравнение плана сил фактически представляет собой векторное уравнение равновесия (группы или отдельного звена).

План сил

Метод планов сил служит для графического определения реакций в плоских механизмах.

В отличие от аналитических методов, графический метод прост и нагляден.

Однако графический метод менее точен, чем аналитический.

Построение планов сил рассмотрим на примере кривошипно-ползунного механизма.

Силовое исследование механизма

К звеньям группы Ассура приложены силы:

- сила полезного сопротивления, направлена противоположно скорости ползуна (навстречу вектору )

- сила инерции ползуна направлена противоположно его ускорению (навстречу вектору ускорения)

- сила тяжести ползуна (всегда направлена вниз)

- реакция со стороны отброшенного звена 1 на звено 2, которая направлена вдоль звена 2;

- реакция со стороны отброшенного звена 4 на звено 3 направлена перпендикулярно направляющей ползуна.

Кинетостатика начального звена

Решение задачи заканчивается рассмотрением начальных звеньев. Обычно в качестве начального звена выступает кривошип.

Расчетная схема и порядок силового расчета кривошипа.

Мгновенная мощность привода

Силовое исследование группы начальных звеньев

Схема сил, действующих

на группу начальных звеньев

.