Силовой расчет начинается с последней, т.е. наиболее удаленной от ведущего звена группы Ассура, и кончается расчетом ведущего звена.
В качестве примера рассмотрим силовой расчет двухповодковой групп Ассура. На рис.5,а приведена схема двухповодковой группы второго класса первого вида. На звенья 2 и 3 действуют известные силы и моменты. В точках B и D прикладываем неизвестные реакции R12 и R43 отброшенных звеньев 1 и 4 на оставшиеся 2 и 3, условно направляя их вверх. Уравнение равновесия группы имеет вид
Разложим векторы реакций на составляющие по направлениям звеньев (нормальные) и перпендикулярно звеньям (тангенциальные):
; .
Тогда уравнение равновесия примет вид
Составляющие реакции и определяют из условия равновесия звеньев 2 и 3. Для этого составляют уравнения моментов для каждого из звеньев относительно точки C.
Для звена 2
MC() + MC() + M2 = 0,
откуда
Для звена 3
MC() + MC() + M3 = 0,
откуда
Составляющие реакций и и полные реакции и определяем из плана сил (рис.5б), построенного на основе уравнения равновесия.
Из начала плана сил (точка а) в некотором масштабе mF проводим вектор силы и из его конца – вектор силы .Из начала вектора и из конца вектора проводим найденные выше силы ^BC и ^CD. Из точек d и e проводим линии в направлении сил ^и ^. Точка f пересечения этих двух линий определит числовые значения и направления сил, , и . Полная реакция во внутреннем шарнире C двухповодковой группы определяется из условия равновесия сил, действующих на звенья 2 или 3:
Соединяя точки b и f , найдем реакции .
Расчет ведущего (входного) звена. Это звено входит со стойкой во вращательную или поступательную пару пятого класса Кинематическая цепь статически определима при условии 3n -2p5 = 0. Ведущее звено при n = 1 и p5 = 1 не будет находиться в равновесии. Для того чтобы ведущее звено находилось в равновесии, необходимо дополнительно ввести уравновешивающую силу или уравновешивающий момент , которые бы уравновесили все силы и моменты, приложенные к ведущему звену.
На рис.6 представлены два случая расчета реакции во вращательной паре пятого класса О.
В первом случае (рис.6,а) к ведущему звену приложена уравновешивающая сила Fур, линией действия которой задана. Для ее определения составляем уравнение моментов всех сил, действующих на ведущее звено, относительно точки А:
MA(+ MA(+ M1 + MA(= 0,
откуда
MA(= Fур = -M[A(+ M1 + MA(],
или
Fур = -[MA(+ M1 + MA(].
Уравнение равновесия для ведущего звена
Реакция определяется из плана сил (рис.6,б).
Рис.6. К кинетостатическому расчету ведущего звена:
а- силовое нагружение ведущего звена с уравновешивающей силой;
б – план сил при наличие Fур ; в – план сил при наличие Мур;
г – силовое нагружение с уравновешивающим моментом
Во втором случае (рис.6,б) к ведущему звену приложен уравновешивающий момент Mур. Из уравнения моментов относительно точки А определяем Mур:
Mур+ MA(+ M1 + MA(= 0,
Откуда
Mур = -[MA(+ M1 + MA(].
Уравнение равновесия для ведущего звена в данном случае имеет вид
.
Реакция определится из плана сил (рис.6д).
3.3. Трение в механизмах
Трением называется сопротивление относительному перемещению соприкасающихся тел, возникающее в месте их соприкосновения. Трение представляет собой очень сложное явление. В соответствии с современной гипотезой, имеющей смешанный характер, процесс трения при скольжении поверхностей является результатом механического взаимодействия поверхностей и сил молекулярного сцепления.
В зависимости от характера относительного движения элементов кинематических пар, а также от характера соприкосновения тел внешнее трение может быть двух видов:
- трение скольжение, при котором одни и те же точки одного тела приходят в соприкосновение с различными точками другого тела;
|
В зависимости от состояния трущихся поверхностей различают трение скольжения следующих видов:
- сухое, возникающее при отсутствии смазки и загрязнений между поверхностями;
- граничное, получающееся в том случае, когда поверхности разделены слоем смазки толщиной не более 0,1 мкм;
- жидкостное, при котором поверхности полностью разделены слоем смазочного вещества;
- полусухое – смешанное трение – одновременно сухое и граничное;
- полужидкостное – одновременно жидкостное и граничное.
Основная зависимость между силой FT, возникающей вследствие трения скольжения, и силой взаимодействия N тела 1 и 2 (рис.7) по нормали, установленная Амонтоном – Кулоном, имеет вид
FT = f N,
где f – коэффициент трения,
N = Q.
Коэффициент трения, являющийся. безразмерной величиной, зависит от физической природы и состояния трущейся пары, т.е.шероховатости поверхности, наличия и сорта смазки, давления, скорости относительного скольжения и др. Опыты показали, что следует различать коэффициент трения покоя fо ( при трогании с места или статического) от коэффициента трения движения (кинетического).
Из рис. 7 видно, что
tgr = = = f.
Полная реакция R отклонена от нормали N на угол r, который называют углом трения скольжения. Таким образом, для учета сил трения в поступательной паре реакцию R надо отклонить от направления нормали N так, чтобы она образовала тупой угол с вектором относительной скорости ползуна 1 относительно направляющей 2.
Трение качения. Вследствие контактных деформаций трение качение сопровождается неизбежным скольжением и рассеиванием энергии в результате внутреннего трения. Для расчета силы трения используют формулу Амонтона – Кулона. При качении цилиндра по плоскости (рис.8)
Fn,
где k – коэффициент трения качения; R – радиус цилиндра ; Fn – сила, с которой цилиндр прижат к плоскости.
Коэффициент трения качения составляет k = (0,01…0,05)мм в зависимости от твердости стали.
Для уменьшения сил трения в зону соприкосновения (контакта) вводят смазочный материал. Действие смазочного материала, в результате которого уменьшается сила трения, называют смазкой.
Эффективность использования машин и механизмов оценивается их механическим коэффициентом полезного действия (КПД), который определяется отношением полезной работы ко всей совершенной работе
h = = = 1 - = 1 - j,
где Aпс – работа сил полезного сопротивления;
Aд – работа движущих сил;
AT – работа, связанная с преодолением сил трения в кинематических парах и сил сопротивления среды;
j =AT/Aд - механический коэффициент потерь, который показывает, какая доля механической энергии, подведенной к машине, вследствие наличия различных видов трения превращается в конечном счете в теплоту и бесполезно теряется, рассеиваясь в окружающую среду. Так как потери неизбежны, то всегда j > 0. и, следовательно, всегда механический КПД h < 1.
Повышенные значения сил трения заметно снижают КПД механизма, существенно влияют на распределение сил и движения звеньев в механизме. При некоторых соотношениях между параметрами механизма вследствие трения движение звена в требуемом направлении невозможно независимо от величины движущей силы. Такое явление называется самоторможением механизма. В большинстве механизмов самоторможение недопустимо, но в некоторых случаях оно используется для предотвращения самопроизвольного движения в обратном направлении.