Материал: Бурлака, Кучеренко, Мазоренко, Тищенко, Основы теории механизмов и машин

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

Раздел 4. Силовой анализ механизмов

125

JS – момент инерции звена относительно оси, перпен-

дикулярной плоскости движения звена и проходящей через его центр масс S ;

– угловое ускорение звена.

Учитывая, что:

масса звена m измеряется в кг , а ускорение aS

центра масс звена – в мс2 , то модуль главного вектора сил инерции Fи будет иметь размерность:

Fи m a кг мс2 Н ;

момент инерции JS имеет размерность кг м2 ,

угловое ускорение – 1c2 , то главный момент

Mи сил инерции будет иметь размерность:

Ми JS кг м2с2 Н м .

Главный вектор

Fи

сил инерции

направлен

противоположно направлению ускорения

a

S

центра масс

звена, а главный момент

Mи

сил инерции направлен в

сторону, противоположную направлению углового ускорения звена.

Вращательное движение звена

1. Звено вращается вокруг оси, проходящей через его центр масс (рис.4.2).

В этом случае ускорение центра масс звена равно нулю aS 0 и, следовательно, главный вектор сил инерции равен нулю:

Fи m aS 0.

126

 

 

 

Лекция 7

 

 

 

 

 

 

 

Mи

 

 

 

Если угловое ускорение звена

не

 

 

равно

нулю

( 0),

то

к

звену

 

 

 

 

прикладывается только главный момент

С

S

 

 

сил инерции (рис.4.2), модуль которого

Рис. 4.2.

 

равен:

Mu ЈS .

 

 

 

 

 

 

2. Звено совершает вращательное движение вокруг

оси, не проходящей через его центр масс (рис.4.3).

 

 

Fи

S

 

 

В этом случае, как и при

аS

плоском

движении

 

звена,

 

все

Mи

 

 

элементарные

 

силы

 

инерции

 

 

сводятся

к

главному

 

вектору

 

сил

С

 

инерции

Fи

и к

главному моменту

 

 

Рис. 4.3.

 

Mи

сил инерции,

величины которых

 

определяются по формулам (4.1).

 

 

 

 

 

 

 

Поступательное движение звена

Если звено движется поступательно (рис.4.4) с ускорением, то ускорения всех его точек равны ускорению центра масс S .

С

S

Fи аS

Рис. 4.4.

Так как в этом случае угловое ускорение звена равно нулю 0 ,

то главный момент сил инерции равен нулю (Mи 0) и все силы инерции сведутся к главному вектору сил инерции: Fu m aS .

4.4. Реакции в кинематических парах

Реакции в кинематических парах по отношению ко всему механизму в целом являются силами внутренними, но по отношению к каждому звену, входящему в кинематическую пару, являются силами внешними.

Раздел 4. Силовой анализ механизмов

127

Как было показано в разделе 1.4, в плоских кинематических цепях могут использоваться только кинематические пары IV и V классов, причем кинематические пары IV класса только высшие.

Учитывая, что реакция, как и любая другая сила, характеризуется величиной, направлением и точкой приложения, то в дальнейшем рассмотрим определение этих характеристик.

Для реакций, возникающих между элементами кинематических пар, примем следующие обозначения: реакцию со стороны звена "k" на звено "n" обозначим

как Rkn . Очевидно, что Rkn Rnk .

Рассмотрим действие сил в кинематических парах при отсутствии трения.

Высшая кинематическая пара IV класса

 

 

Как известно из теоретической механики, реакция

двух

соприкасающихся тел

при

отсутствии

трения

 

 

 

 

 

 

 

(рис.4.5.) направлена по

общей

 

 

 

 

 

 

n

нормали

к

соприкасающимся

 

 

 

 

 

 

 

поверхностям и приложена в точке

 

 

А

 

 

12

их соприкосновения (точке А).

 

 

R

n

 

 

2

 

Следовательно,

в

высшей

 

 

 

кинематической

паре

IV

класса

1

 

 

 

 

 

 

Рис. 4.5.

 

 

 

 

неизвестной

является

только

 

 

 

 

 

 

величина реакции.

 

 

Вращательная кинематическая пара V класса

Сила взаимодействия звеньев R32, образующих низшую пару, представляет собой равнодействующую элементарных сил q32 , распределенных по поверхности соприкосновения звеньев (рис.4.6).

128

Лекция 7

R

В

q32

32

 

 

2

3

Рис. 4.6.

Поскольку линия действия каждой из элементарных сил при отсутствии трения проходит через центр вращательной кинематической пары (точку В), то элементарные силы образует систему сходящихся сил.

Как известно из теоретической механики, систему сходящихся сил можно свести к одной результирующей

R32, точкой приложения которой будет точка пересечения линий действия элементарных сил (центр шарнира В).

Таким образом, во вращательной кинематической паре известна только точка приложения реакции, а величина и направление неизвестны, так как они зависят от величин и направлений заданных сил, приложенных к звеньям.

При силовом расчете полную

R32 R32n

В

2 3

А

Рис. 4.7.

реакцию R32 во вращательной

кинематической паре, например В (рис.4.7), раскладывают на две

составляющие R32n и R32 .

Составляющую реакции R32n ,

направленную по оси звена, называют нормальной реакцией, а составляющую

R32 , направленную перпендикулярно нормальной, тангенциальной реакцией.

При таком представлении реакции во вращательной паре число неизвестных не изменяется, неизвестными

только становятся величины реакций R32n и R32 .

Раздел 4. Силовой анализ механизмов

129

Поступательная кинематическая пара V класса

Система элементарных сил q05 (рис.4.8,а),

распределенных по поверхности соприкосновения звеньев, представляет собой систему параллельных сил, которую

можно свести к одной результирующей

R05,

направленной перпендикулярно опорной поверхности.

R05

5

 

D

0

l

b

q05

а)

 

R05

 

R

5

 

 

05

D

5

D

0

0

 

 

 

 

q05

 

 

 

 

 

R05

б) в)

Рис. 4.8.

Неизвестными считаются точка приложения реакции (плечо b) и её величина.

При силовом расчете, используя известную из теоретической механики лемму о параллельном переносе

силы, реакцию, например R05 (рис.4.9), сохраняя

направление, переносят в известную точку на ползуне (как правило, в центр установленного на ползуне шарнира), при этом добавляют пару сил с неизвестным моментом M05.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Величина

момента M

05

опре-

M05

R05

 

 

 

 

 

 

 

деляет

положение

реакции

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R

05

 

 

 

 

 

 

 

 

5

относительно

центра

шарнира

 

D.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

D

 

 

Если

M05 0,

то

линия

действия

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

реакции

 

 

будет проходить через

 

 

 

 

 

 

 

R

05

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 4.9.

 

 

 

 

 

 

 

центр шарнира D (рис.4.8,б),

а эпюра

Источник: https://studfile.net/preview/16461242/