Цели силового расчета:
1) Определение реакций в кинематических парах;
2) Определение уравновешивающей силы (момента), приложенной к начальному звену механизма
3) Наличие реакций позволяет:
a) Проводить расчеты звеньев и элементов кинематических пар на прочность, жесткость, износоустойчивость и виброустойчивость;
b) Определять тип и размеры подшипников качения
c) Рассчитать к.п.д. механизма и т.д.
Знание уравновешивающих сил позволяет определить требующуюся для работы механизма мощность.
Силовой расчет производится с учетом ускоренного движения методом кинетостатики. Суть метода основана на применении принципа Даламбера, при котором после добавления к внешним силам сил инерции механизм условно считается неподвижным и для определения неизвестных сил применяют уравнения статики.
Примечание: силами трения при расчете ввиду их незначительности пренебречь.
Порядок силового расчета:
1) Разбиваем механизм на структурные узлы (группы Ассура) с W=0, и первичный механизм (группа начальных звеньев);
2) Проводим силовой расчет групп Ассура, начиная с группы наиболее удаленной от первичного механизма;
3) Расчет заканчиваем первичным механизмом.
Силовой расчет в общем виде рассмотрим на примере механизма поршневого компрессора.
Пример: Определить реакцию в кинематических парах, а так же величину и направление уравновешивающего момента, для механизма поршневого компрессора (рис)
Дано:
· Основные размеры звеньев : ,, положение центров масс и (находятся в середине длин звеньев);
· План механизма в исследуемом положении (с 1-го места работы);
· Веса шатунов и поршней , ;
· Моменты инерции шатунов ;
· Индикаторная диаграмма.
Индикаторная диаграмма (И.Д.)
Индикаторная диаграмма показывает изменение давления на поршень и для любого исследуемого положения по заданному диаметру поршня позволяет определить силы, действующие на него.
Строить индикаторную диаграмму можно упрощенно по характерным и промежуточным точкам сетки. В качестве примера рассмотрим ИД для поршневого компрессора (рис. 1)
Строим координаты оси P-S, где
P - давление на поршень; S – перемещение поршня.
Откладываем по оси S отрезок , а по оси P отрезок , которые делим на равные участки в соответствие с заданием и расчерчиваем тонкими линиями сетку.
На сетку наносим базовые точки a, b, c, d и одну-две промежуточные точки на линии bc. По этим точкам строим линии ИД.
Масштабы индикаторной диаграммы равны
; ,
Где H – реальный ход поршня (находится результатам кинематического исследования на 1-м листе курсовой работы).
Определяем фазы индикаторной диаграммы для каждого цилиндра (в примере это звенья 3 и 5) и отмечаем точки на оси S, соответствующие исследуемому (3 и 5) положению механизма. Расстояния и при разных, в общем случае, масштабах планов положений и на ИД находятся легко, используя планы положения 1-го листа.
;
Здесь и - расстояния поршней 3 и 5 от НМТ. Давления, соответствующие данным положениям, теперь найдутся, если знать ординаты и , которые соответствуют фазам сжатия и нагнетания соответственно (оба поршня движутся вверх на фазы равные)
; ;
Силы, действующие на поршень равны:
;
Где ; – площади поршней.
Примечание:
1. Во многих заданиях диаметры поршней равны, т.е.
2. Студент не должен забыть провести размерность диаметра d в мм, т.к.
Найденные силы и прикладываются к поршням в направлениях соответствующих фазам их движения. Так, например, для поршневого компрессора для фаз сжатия и нагнетания сила направленная навстречу скорости поршня (сила сопротивления); для ДВС при фазе расширения сила направлена по скорости поршня (движущая сила).
Решение