Классификация сил, действующих в машинах.

Силы, действующие на звенья механизмов, классифицируют по характеру их приложения и действия.

Внешние и внутренние силы. Под внешними силами подразумеваются силы, приложенные к звену машины извне. Они могут быть силами движущими (вращающий момент на валу электродвигателя и др.), силами технологического сопротивления (сила резания и т.п.) и силами тяжести звеньев.

Внутренние силы — силы взаимодействия звеньев друг с другом реакции в кинематических парах (рис. 4.18).

Реакции в кинематических парах

Рис. 4.18. Реакции в кинематических парах:

а — в шарнире; б — в поступательной паре; в — в высшей кинематической паре

В плоских механизмах, как это было установлено ранее, звенья, соединяясь, могут образовывать низшие кинематические пары (вращательные и поступательные пары) и высшие кинематические пары, у которых касание элементов происходит либо в точке, либо по линии.

Во вращательной паре (см. рис. 4.18, а) давление на цилиндрической поверхности распределено по определенному закону, зависящему от степени приработанности и износа поверхностей, упругих свойств материала, смазки и пр. Если силами трения пренебречь, то равнодействующая сила Р проходит через центр 0 шарнира. Величина и направление силы неизвестны и должны быть определены.

В поступательной паре (см. рис. 4.18, б) результирующая реакция нормальна к направляющим, но ее величина и точка приложения неизвестны.

Таким образом, в низших кинематических парах при наличии плоской системы сил, действующих на звенья механизма, для определения реакций необходимо составить два уравнения.

В высшей кинематической паре (см. рис. 4.18, в) реакция нормальна к поверхности. Определению подлежит только ее величина.

Реакции Prs связей, действующих в кинематических парах, вводятся при рассмотрении какого-либо звена изолировано от механизма. Реакции действия звеньев R и S в кинематической паре по третьему закону Ньютона равны и противоположны по направлению, т.е. Prs = -Psr.

Элементарная работа внутренних сил равна нулю, так как эти силы действуют на звенья кинематической пары попарно, но направлены в противоположные стороны.

Силы трения, возникающие в результате относительного движения элементов кинематических пар под действием нормальных реакций, действующих в кинематических парах, также относятся к внутренним силам, но представляют их особую категорию, так как работа их не равна нулю. Силы трения производят, как правило, отрицательную работу, потому что они всегда направлены в сторону, обратную скорости относительного движения кинематических пар.

Силы, действующие на звено

Рис. 4.19. Силы, действующие на звено:

а — движущие; б — сопротивления

Силы движущие и силы сопротивления. Движущие силы (Ffl) — это такие силы, которые действуют в сторону движения и стремятся ускорить движение ведущего звена машины (рис. 4.19, а). Движущие силы совершают положительную работу.

Силы сопротивления (Fc) — это такие силы, которые действуют против движения и стремятся замедлить движение ведущего звена (см. рис. 4.19, б). Силы сопротивления совершают отрицательную работу.

Мощность силы определяется по формуле

где F — сила; v — скорость движения; а — угол между направлением действия силы и скоростью.

При а < 90° имеем Р > 0, следовательно, сила движущая; при а > > 90° — Р < 0 и, следовательно, сила сопротивления.

Различают силы полезного сопротивления Fnc — соответственно сила (момент) полезного сопротивления, для преодоления которых предназначена машина или механизм; и силы вредного сопротивления FBC (MJ.

Например, к силам вредного сопротивления относятся силы трения и момент сил трения, которые всегда направлены против движения, препятствуют движению и вызывают износ трущихся поверхностей.

Силы тяжести звеньев G приложены в центрах тяжести их. Силы тяжести в процессе движения могут или ускорять или замедлять движение звена, т.е. они проявляют себя или как силы движущие или как силы сопротивления. Работа сил тяжести за один полный цикл всегда равна нулю, потому что центры тяжести звеньев движутся по замкнутым траекториям, а направление силы тяжести неизменно. Однако внутри цикла движения механизма работа силы тяжести отлична от нуля.

Сила тяжести определяется по формуле

где т — масса; g — ускорение свободного падения.

Силы инерции, возникающие в результате неравномерного движения звеньев, относятся к особой категории сил, существование которых обусловлено двумя обстоятельствами: фактом наличия у звеньев массы и фактом неравномерного движения звеньев.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >