Передаточный механизм служит для преобразования движения: изменения характера движения, скорости, направления движения и т.д..
4. ДИНАМИКА МАШИН
4.1. Общие положения
Задачами динамического анализа и синтеза механизма, машины являются изучение режимов движения с учетом действия внешних сил и установление способов, обеспечивающих заданные режимы движения. При этом могут определяться мощности, необходимые для обеспечения заданного режима движения машины, проводиться сравнительная оценка механизмов с учетом их механического коэффициента полезного действия, устанавливаться законы движения ведущего звена (например, колебания угловой скорости кривошипа за один оборот) под действием внешних сил, приложенных к звеньям механизма, а также решаться задачи подбора оптимальных соотношений между силами, массами, размерами звеньев механизмов.
В динамике машин объектом изучения (исследования) является машинный агрегат. В общем виде его можно представить как механическую систему, состоящую из трех основных частей (рис.4.1): машина – двигатель, передаточный механизм и рабочую машину (или исполнительный механизм). В ряде случаев в состав машинного агрегата входит система управления.
|
|
| ||||||||||
 | ||||||||||
 | ||||||||||
 | ||||||||||
| ||||||||||
Рис.4.1. Составные части машинного агрегата
В машине – двигателе какой – либо вид энергии преобразуется в механическую энергию, необходимую для приведения в движение рабочей машины. Например, в электродвигателе электрическая энергия преобразуется в механическую, в двигателе внутреннего сгорания в механическую энергию преобразуется тепловая энергия сгорания топлива.
Передаточный механизм служит для преобразования движения: изменения характера движения, скорости, направления движения и т.д..
Рабочая машина служит для выполнения работы, связанной с трудовой деятельностью человека или выполнением технологического процесса.
Работа – физическая величина, характеризующая преобразование энергии из одной формы в другую.
Элементарная работа силы выражается формулой:
dA = P × dS × cos α ,
где Р – сила, dS – элементарная величина перемещения точки приложения силы, α – угол между векторами силы и скорости.
Элементарная работа момента силы выражается формулой:
dA = M × d φ ,
где М – момент силы, d φ – элементарный угол поворота.
Размерность работы - джоуль: Дж = Н × м.
Полная работа выражается формулами:
A = ∫dA = ∫P cos α dS;
или A = ∫M d φ .
Мощность – это энергетическая характеристика, равная отношению работы к интервалу времени ее совершения. Ее можно выразить формулами:
N = P × V × cos α ,
где V – скорость точки приложения силы Р,
или N = M × ω ,
где ω – угловая скорость звена, к которому приложен момент.
Размерность мощности - ватт: Вт = Дж/c; 1000 вт =1 квт (киловатт),
1 кВт = 1, 36 л.с.
4.2. Кинетическая энергия, приведенная масса, приведенный момент инерции механизма
Анализ движения машинного агрегата, находящегося под действием приложенных к нему внешних сил, удобно проводить с использованием метода приведения масс и сил к какому – либо звену механизма. Он сводится к анализу динамики тела (звена приведения), к которому приведены все внешние силы и моменты. Чаще всего звеном приведения выступает ведущее звено механизма.
Задача динамического анализа – определение истинного закона движения ведущего звена механизма, находящегося под действием заданных внешних сил и моментов, действующих в машинном агрегате.
Кинетическая энергия механизма
Для i - го звена, совершающего сложное движение (например, для шатуна кривошипно – ползунного механизма) кинетическую энергию можно выразить формулой:
, (4.1)
где первое слагаемое правой части – это кинетическая энергия поступательного движения центра масс звена, второе слагаемое – кинетическая энергия вращательного движения, причем mi – масса звена, Vsi – скорость центра масс, Jsi – момент инерции звена относительно центра масс, ω i – угловая скорость звена.
Для всего механизма кинетическая энергия равна сумме кинетических энергий всех звеньев механизма:
(4.2)
где n – количество подвижных звеньев.