3. Силовой расчет рычажного механизма

Цель работы: определить реакции в кинематических парах и неизвестный внешний момент сил (силу), который (которая) действует на начальное звено.

Силовой расчет выполняется по структурным группам, начиная от группы, наиболее удаленной от начального, и заканчивается силовым расчетом группы начальных звеньев. Для этого используется метод кинетостатики без учета сил трения. Кроме того, с целью упрощения, при выполнении силового анализа не учитывается вес маховика, кривошипа и др. Силовой расчет выполняется в следующей последовательности:

- начертить наиболее удаленную от начального звена структурную группу, приняв масштабный коэффициент длины ;

- в соответствующих точках приложить силы производственного сопротивления (движущие силы), веса, инерции;

- в кинематических парах показать реакции;

- составить уравнение кинетостатики и, используя для решения векторные уравнения метод планов сил, определить реакции в кинематических парах.

Общий порядок силового расчет для структурных групп второго класса представлен в табл. 3.1. К звеньям структурных групп приложены условные силы и моменты сил ( и ).

Табл. 3.1

Вид	Расчетная схема структурной группы	Уравнение равновесия	Искомые параметры
1
2
3
4
5

Силовой расчет начального звена

При силовом расчете начального звена определяется внешняя сила или внешний момент сил , которые уравновешивают силы, приложенные к начальному звену из условия заданного закона его дви­жения, а также реакция со стороны стойки. Порядок проведения силового анализа начального звена приведена в табл. 3.2.

Таблица 3.2. – Порядок проведения силового анализа

начального звена

Вид движения начального звена	Схема нагрузки	Что является искомым?	Из какого условия определяется?
Вращательное
Поступательное		,

Пример выполнения силового расчета

Рассмотрим структурную группу 2 – 3.

Предварительно определим силы, действующие на звенья механизма в заданном положении.

Силы тяжести звеньев - G₃ = m₃ g = 2 ∙ 9,8 = 19,6 н.

Силы инерции звеньев - 2 ∙ 75 = 150 н.

Силы производственного сопротивления

Вычертим структурную группу звеньев 2-3, приняв масштабный коэффициент длины = 0,001м/мм (рис. 3.1, Приложение В). Приложим известные силы и искомые реакции.

В кинематических парах действуют реакции отсоединенных звеньев. Звено 3 отсоединено от звена 0, реакция F₃₀  звену 0, точка приложения неизвестна. Звено 2 отсоединено от звена 1, реакция F₂₁ раскладывается на нормальную (по звену) и тангенциальную (перпендикулярно звену) составляющие.

Тангенциальную составляющую определим из условия равновесия¹ второго звена в виде:

откуда ∙ВС = 0, откуда = 0.

Рассмотрим равновесие структурной группы и определим из условия

Примем масштабный коэффициент сил =2 Н/мм и определим отрезки плана сил.

Вычислим длины векторов, которые изображают известные силы:

мм; мм;

мм; мм.

Построим план сил (рис. 3.2, Приложение В).

Вычислим реакции:

Выразим условие равновесия 2-го звена в виде:

откуда Н.

Точку приложения реакции определим, используя условие равновесия 3-го звена:

Рассмотрим группу начальных звеньев (рис. 3.3., Приложение В). Допустим, что движение от вала звена 1 передается к валу технологической машины с помощью муфты. В таком случае к звену 1 приложим искомой внешний момент сил М₁.

На звено АВ в точке В приложены реакции F₁₂ = 34 Н.

Из условия равновесия 1-го звена определим искомой внешний момент сил

откуда

Нм.

Реакцию в опоре определим из условия равновесия 1-го звена в виде:

откуда Н.