5. Динамический анализ рычажных механизмов

5.1. Классификация действующих сил

Среди сил, действующих на механизм, различают:

а) движущие силы F_д или моменты M_д, ускоряющие движение входных (начальных) звеньев и совершающие положительную работу. Например: силы давления газа на поршень в двигателе внутреннего сгорания, силы веса при опускании груза и т.д.

б) силы сопротивления F_c или моменты М_с, замедляющие движение входных звеньев и совершающие отрицательную работу. Они могут быть силами полезного сопротивления, дающими производственный эффект, и силами вредного сопротивления не дающими такого эффекта. К первому типу относятся например, силы тяжести при подъеме груза, а ко второму типу – силы трения.

в) силы реакции в кинематических парах F_ij, возникающие в опорах звеньев и являющиеся внутренними силами для механизма в целом и внешними для каждого отдельного звена.

г) силы инерции F_и или моменты сил инерции M_и возникают при переменном движении звеньев механизма и могут быть как движущими, так и силами сопротивления (в зависимости от их направления относительно направления движения звеньев). Фактически эти силы действуют на тело, вызывающее ускорение другого тела. Однако, условное приложения сил инерции к ускоряемому телу позволяет рассматривать его в равновесии. Этот принцип – принцип Даламбера позволяет задачу динамики свести к статическому расчету.

Силы инерции относятся к категории распределенных или так называемых массовых сил, которые как и другие аналогичные силы могут быть приведены к главному вектору и главному моменту (рис.21).

F_и =-ma_s; M_и=-J_S·ε; где m и J_S – масса и момент инерции звена относительно оси, про-ходящей через центр масс;

a_S – ускорение центра масс;

ε – угловое ускорение звена.

Знаки (-) показывают, что направления F_и и М_и противоположны соответствующим ускорениям.

Сила F_и и момент М_и, могут быть заменены одной силой F_и^/=F_и, линия действия которой проходит через так называемый центр качаний (точка К на рис.21) на оси звена и отстоит от линии действия F_и на расстоянии h=М_и/F_и при замене М_и парой сил F_и^/.