timofeev_tmm (831923), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Эти силы и моменты9899Ëåêöèÿ 6Ñèëû, äåéñòâóþùèå â ìàøèíàõ, è èõ õàðàêòåðèñòèêèприложены к звеньям механизма, которые называются ведущими.2. Силы и моменты сопротивления, совершающие отрицательную работу за время своего действия или за одинцикл. Эти силы и моменты делятся, во-первых, на силыи моменты полезного сопротивления, которые совершают требуемую от машины работу и приложены к звеньям,называемым ведомыми, и, во-вторых, на силы и моментысопротивления среды (газа, жидкости), в которой движутся звенья механизма. Силы сопротивления среды обычномалы по сравнению с другими силами, поэтому в дальнейшем они учитываться не будут, а силы и моменты полезного сопротивления будут называться просто силами и моментами сопротивления.3.
Силы тяжести подвижных звеньев и силы упругостипружин. На отдельных участках движения механизма этисилы могут совершать как положительную, так и отрицательную работу. Однако за полный кинематический циклработа этих сил равна нулю, так как точки их приложениядвижутся циклически.4. Силы и моменты, приложенные к корпусу машины(стойке) извне. К ним помимо силы тяжести корпуса относятся реакция основания (фундамента) машины на ее корпус и многие другие силы.
Все эти силы и моменты, поскольку они приложены к неподвижному корпусу (стойке),работы не совершают.5. Силы взаимодействия между звеньями механизма,т.е. силы, действующие в его кинематических парах. Этисилы, согласно 3-му закону Ньютона, всегда взаимообратны. Их нормальные составляющие работы не совершают, акасательные составляющие, т.е. силы трения, работу совершают, причем работа силы трения на относительном перемещении звеньев кинематической пары отрицательна.Силы и моменты первых трех групп относятся к категории активных. Обычно они известны или могут быть оценены. Все эти силы и моменты приложены к механизму извне,а поэтому являются внешними.
К числу внешних относятсятакже все силы и моменты 4-й группы. Однако не все ониявляются активными.Силы 5-й группы, если рассматривать механизм в целом, не выделяя отдельных его частей, являются внутренними. Эти силы представляют собой реакции на действиеактивных сил. Реакцией будет также и сила (или момент),с которой основание (фундамент) машины действует на еекорпус (т.е. на стойку механизма). Реакции заранее неизвестны.
Они зависят от активных сил и моментов и от ускорений звеньев механизма.Наибольшее влияние на закон движения механизмаоказывают движущие силы и моменты, а также силы и моменты сопротивления. Их физическая природа, величина ихарактер действия определяются рабочим процессом машины или прибора, в которых использован рассматриваемыймеханизм. В большинстве случаев эти силы и моменты неостаются постоянными, а изменяют свою величину при изменении положения звеньев механизма или их скорости.Эти функциональные зависимости, представленные графически, или массивом чисел, или аналитически, носят название механических характеристик и при решении задачсчитаются известными.При изображении механических характеристик будемпридерживаться следующего правила знаков: силу и момент будем считать положительными, если на рассматриваемом участке пути (линейном или угловом) они производят положительную работу.Характеристики сил, зависящих от скорости.
Нарис. 6.1 показана механическая характеристика асинхронного электродвигателя — зависимость движущего моментаот угловой скорости ротора машины. Рабочей частью характеристики является участок ab, на котором движущиймомент резко уменьшается даже при незначительном увеличении скорости вращения.От скорости зависят силы и моменты, действующие также в таких роторных машинах, как электрогенераторы, вентиляторы, воздуходувки, центробежные насосы (рис. 6.2) имногие другие.При увеличении скорости момент двигателей обычноуменьшается, а момент машин — потребителей механической энергии обычно увеличивается. Такое свойство оченьполезно, так как автоматически содействует устойчивомуподдержанию режима движения машины, и чем сильнееоно выражено, тем устойчивость больше. Назовем такоесвойство машин саморегулированием.Характеристики сил, зависящих от перемещения.
Нарис. 6.3 показана кинематическая схема механизма двухтактного двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и егомеханическая характеристика. Сила Fд , приложенная к100Ëåêöèÿ 6MдвMрмaÑèëû, äåéñòâóþùèå â ìàøèíàõ, è èõ õàðàêòåðèñòèêè0ωb0ωРис. 6.1Рис. 6.2FдzсSсFдdaХод поршнясω11Bпоршню 3, действует всегда влево. Поэтому при движениипоршня влево (процесс расширения газов) она совершаетположительную работу и показана со знаком плюс (ветвьczd).
При движении поршня вправо (процесс сжатия газов)сила Fд получает знак минус (ветвь dac). Если подача топлива в ДВС не изменяется, то при следующем оборотеначального звена (звено 1) механическая характеристикаFд = Fд (Sc ) повторит свою форму. Это значит, что сила Fдбудет изменяться периодически.Работа силы Fд графически изобразится площадью, ограниченной кривой Fд (Sc ). На рис. 6.3 эта площадь имеетдве части: положительную и отрицательную, причем перваябольше второй.
Поэтому работа силы Fд за полный период будет положительной. Следовательно, сила Fд являетсядвижущей, хотя она и знакопеременна. Отметим попутно,что если сила, будучи знакопеременной, совершает за одинпериод отрицательную работу, то она является силой сопротивления.Силы, зависящие только от перемещения, действуютво многих других машинах и приборах (в поршневых компрессорах, ковочных машинах, строгальных и долбежныхстанках, разнообразных приборах как с пневмоприводом,так и с пружинными двигателями и т.д.), причем действиеэтих сил может быть как периодическим, так и непериодическим.Вместе с тем нужно отметить, что момент машин роторного типа от перемещения, т.е.
от угла поворота ротора,не зависит; характеристики таких машин при ω = constизображены на рис. 6.4, а, б. При этом у машин-двигателейMдв > 0, а у машин — потребителей механической энергии(т.е. рабочих машин) Mрм < 0.MрмMдв2ω = constAϕ1Cω = constFдϕ3аРис. 6.3101ϕРис. 6.4б102Ëåêöèÿ 6Если изменять подачу топлива в ДВС, то его механическая характеристика примет вид семейства кривых(рис. 6.5, а): чем больше подача топлива (параметр h семейства), тем выше располагается характеристика.
Семейством кривых изображается и механическая характеристика шунтового электродвигателя (рис. 6.5, б): чем большесопротивление цепи обмотки возбуждения двигателя (параметр h), тем правее размещается кривая. Характеристикагидродинамической муфты также имеет вид семейства кривых (рис. 6.5, в): чем больше наполнение муфты жидкостью(параметр h), тем правее и выше располагаются характеристики.Таким образом, воздействуя на параметр h, можноуправлять режимом работы привода — теплового, электрического или гидравлического, увеличивая его движущуюсилу или скорость.
Вместе с тем параметр управления hсвязан с величиной потока энергии, протекающей через машину, т.е. определяет ее нагруженность и производительность.Механизм машинного агрегата обычно является многозвенной системой, нагруженной силами и моментами,приложенными к различным ее звеньям. Чтобы лучше еесебе представить, рассмотрим силовую насосную установкус приводом от асинхронного электродвигателя (рис. 6.6).К поршню 3 приложена сила сопротивления жидкости,к ротору 4 электродвигателя — движущий момент. Еслинасос многоцилиндровый, то на каждый поршень будетдействовать сила сопротивления, так что картина нагружения станет более сложной.Для определения закона движения механизма под действием заданных внешних (активных) сил необходимоMдвFдhhMд = M4yω1M44Hс (ход)B1D2S23ϕ1AF3сG2ω4xCF3нВсасываниеF3minSсF3maxНагнетаниеРис.
6.6решить уравнение его движения. Основой для составленияуравнения движения служит теорема об изменении кинетической энергии механизма с W = 1, которая формулируетсятак: изменение кинетической энергии механизма происходитза счет работы всех сил и моментов, приложенных к механизму.(6.1)T −T =A.нач∑В плоском механизме звенья совершают вращательные,поступательные и плоскопараллельные движения, тогдакинематическая энергия механизмаT=∑Ti =⎛mV2J ω2 ⎞⎜ i si + si i ⎟∑⎜ 22 ⎟⎝⎠(6.2)для всех подвижных звеньев механизмаMдвh103Ñèëû, äåéñòâóþùèå â ìàøèíàõ, è èõ õàðàêòåðèñòèêèTнач =J нач (ωнач )22.(6.3)Суммарная работа всех внешних сил и моментов0Sа0ωбРис.
6.50ωвϕK⎛ SK⎞⎜ P (cosP dS ) dS + M dϕ ⎟ .=A∑ ∑⎜ ∫ j∫jKK⎟jjϕH⎝ SH⎠(6.4)104Ëåêöèÿ 6Äèíàìè÷åñêàÿ ìîäåëü. Ïðèâåäåíèå ñèëПосле подстановки получим⎛ m (V )iSi∑ ⎜⎜⎝22105ωм = ω1J iS (ω i ) ⎞⎟ −T =нач⎟2⎠2+ϕK⎛ SK⎞⎜= ∑ ∫ P j (cosP j dS j ) dS j + ∫ M K dϕ K ⎟.⎜⎟ϕH⎝ SH⎠MΣпрJΣпрПереход от многих неизвестных к одной осуществляется при помощи методов приведения сил и масс. Для этогоот реального механизма переходим к модели, т.е. заменяемвесь сложный механизм одним условным звеном.В рассматриваемом примере механизм имеет одну степень свободы (W = 1).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
