Раздел 4. Силовой анализ механизмов |
135 |
|
|
|
|
Врезультате силового анализа группы
определяются реакции в кинематических парах А,
Ви С .
Вкинематической паре А на звено 2 со стороны звена 1 действует реакция R12 , а в кинематической паре В
на звено 3 со стороны стойки – реакция R03. Учитывая, что эти кинематические пары вращательные, раскладываем реакции R12 и R03 на нормальные и тангенциальные составляющие: R12n и R12 , R03n и R03 (рис.4.10,а).
Направления этих составляющих принимаем произвольно. Если в результате расчета значение составляющей получим с отрицательным знаком, то это будет свидетельствовать о том, что ее истинное направление противоположно ранее принятому.
1). Значения R12 и R03 можно получить из
уравнения равенства нулю суммы моментов всех сил, действующих на звенья 2 и 3, относительно шарнира В.
Для звена 2:
mB Fk R12 |
AB l G2 h2 l |
|
|
2 |
Fu2 hu2 l Mu2 |
0. |
(4.2) |
|
|||
Для звена 3: |
|
|
|
mB Fk R03 |
BC l G3 h3 l |
|
|
3 |
Fu3 hu3 l Mu3 |
0. |
(4.3) |
|
В уравнениях (4.2) и (4.3): h2 и h3 плечи сил тяжести G2 и G3 относительно точки B; hu2 и hu3 плечи сил инерции Fu2 и Fu3 относительно точки B.
136 |
|
|
Лекция 8 |
|
||
Из уравнения (4.2) определяем величину и |
||||||
направление составляющей R12 : |
|
|||||
R |
|
|
G2 h2 Fu2 hu2 Mи2 l |
, |
(4.4) |
|
|
|
|
||||
12 |
|
|
AB |
|
||
|
|
|
|
|||
а из уравнения (4.3) величину и направление R03 |
: |
|||||
R |
|
G3 h3 Fu3 hu3 Mи3 l |
. |
(4.5) |
||
|
||||||
03 |
|
|
CB |
|
||
|
|
|
|
|||
Все линейные размеры, входящие в уравнения (4.4) и (4.5), измеряются по чертежу группы (рис 4.10,а).
2). Составляем векторное уравнение равновесия сил, действующих на группу 2-3:
Fk R12n R12 G2 Fu2 G3
2,3
Fu3 R03 R03n 0. (4.6)
В этом уравнении неизвестны величины и направления составляющих R12n и R03n реакций R12 и R03.
При этом известно, что линии действия этих составляющих проходят по осям звеньев AB и BC.
При составлении уравнения векторной суммы сил желательно придерживаться следующего порядка:
начинать и заканчивать уравнение необходимо силами, величины которых неизвестны;
сначала суммировать силы действующие на одно звено, а затем на второе.
Величины составляющих R12n и R03n реакций могут быть определены построением согласно уравнения (4.6)
Раздел 4. Силовой анализ механизмов |
|
137 |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
векторного |
многоугольника |
(рис.4.10,б), |
который |
||||||||||||||||
называется планом сил. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Для этого из произвольной точки "p" |
откладываем |
||||||||||||||||||
в масштабе |
F |
первую известную силу из уравнения |
|||||||||||||||||
(4.6) – составляющую |
|
|
|
реакции |
|
|
в виде вектора |
|
|
. |
|||||||||
R |
|
R |
pa |
||||||||||||||||
|
|
12 |
|
|
|
|
12 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Далее, к |
вектору |
|
|
прибавляем |
вектор |
|
|
, |
|||||||||||
pa |
|
ab |
|||||||||||||||||
изображающий в том же масштабе |
|
|
F следующую силу |
||||||||||||||||
|
|
2 . |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
из уравнения (4.6) – силу тяжести G |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
Продолжая |
геометрическое |
|
сложение в |
порядке, |
|||||||||||||||
указанном в уравнении (4.6), получаем последовательно
вектора bc, cd, de |
и eg , изображающие соответственно |
||||||||||||||||||||||
известные силы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
и |
|
. |
|
|
|
|
|
|||||
F |
|
, G , |
F |
R |
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
u2 |
3 |
|
u3 |
03 |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
После построения всех известных сил, через начало |
|||||||||||||||||||||
вектора |
|
|
|
(точку |
"p" ) |
проводим |
прямую |
|
kl |
||||||||||||||
|
pa |
||||||||||||||||||||||
параллельно |
линии |
действия |
нормальной |
реакции |
|
|
n |
||||||||||||||||
R |
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
12 |
||
(параллельно AB), |
а через конечную точку |
"g" вектора |
|||||||||||||||||||||
|
|
– прямую |
|
|
|
mn, параллельно линии действия |
|||||||||||||||||
|
eg |
|
|
|
|||||||||||||||||||
нормальной |
реакции |
|
n |
(параллельно |
BC). Точка |
"s" |
|||||||||||||||||
R |
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
03 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
пересечения этих прямых является решением уравнения
(4.6). Эта точка определяет начало вектора sp и конечную точку вектора gs, которые в масштабе F соответственно изображают составляющие R12n и R03n . Так как векторная
сумма сил равна нулю, то направление векторов sp и gs выбираем таким образом, чтобы векторный многоугольник был замкнутым.
138 |
Лекция 8 |
3). Реакции R12 и R03 определяем по составляющим из векторных уравнений:
|
|
|
R |
|
|
R |
|
R |
n ; |
|
R |
|
|
R |
|
|
R |
|
n . |
(4.7) |
|||||||
12 |
|
|
12 |
12 |
03 |
03 |
03 |
|
|
|
|||||||||||||||||
Соединив |
точку |
"s" |
с точкой "a" на плане сил, |
||||||||||||||||||||||||
получим реакцию |
|
|
|
|
в виде вектора |
|
|
. Аналогично, |
|||||||||||||||||||
|
R |
12 |
|
|
sa |
||||||||||||||||||||||
соединив точки |
"e" |
|
|
и |
|
"s" , получим реакцию |
|
03 |
в виде |
||||||||||||||||||
|
|
|
R |
||||||||||||||||||||||||
вектора |
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
es |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
4). Для определения реакции R23 в кинематической
паре B напишем векторное уравнение равновесия сил, действующих на звено 3:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Fk |
R23 G3 Fu3 R03 0. |
(4.8) |
||||||||||
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Единственной неизвестной в уравнении (4.8)
является реакция R23 от 2 звена на 3. Величина и
направление этой реакции могут быть получены путем использования части уже построенного силового многоугольника (рис. 4.10,б). Для этого на плане сил
достаточно соединить точки "s" и "c" вектором sс,
который в масштабе F будет изображать реакцию R23, а
векторный многоугольник scdg будет графическим изображением уравнения (4.8).
Модули найденных реакций и их составляющих определяем умножением соответствующих отрезков, измеренных на плане сил, на масштабный коэффициентF плана:
Rn |
(sp) |
F |
; |
R (sa) |
F |
; |
12 |
|
|
12 |
|
||
Rn |
(gs) |
F |
; |
R (es) |
F |
; |
03 |
|
|
03 |
|
R23 R32 (sc) F.
Раздел 4. Силовой анализ механизмов |
139 |
|
|
|
|
Реакция R32 от звена 3 на звено 2 равна по величине реакции R23, но противоположна по направлению.
4.8. Силовой анализ группы Ассура II класса 2
вида
Особенности силового анализа групп Ассура II класса 2 и 3 видов рассмотрим на примере силового расчета кулисно-рычажного механизма, показанного на рис. 4.11.
Е |
S5 |
D |
|
х |
х |
5 |
|
|
|
|
4 |
S4 |
Fп.с. |
|
|
|
С |
||
|
|
1 |
А |
|
|
О |
|
|
H |
|
1 |
|
2 |
|
|
|
|
||
|
|
3 |
|
|
|
|
S3 |
|
|
|
B |
|
|
|
|
|
Рис. 4.11. |
|
|
Рассматриваемый механизм относится ко второму классу и состоит из начального звена 1 и двух групп Ассура II класса: группы второго вида (звенья 4 и 5) и группы третьего вида (звенья 2 и 3).
Определение реакций в кинематических парах начнем с последней в порядке присоединения группы, состоящей из звеньев 4 и 5.
Исходными данными для проведения силового анализа такой группы являются: размер звена CD;