11 Нагрузки действующие в машинах.Силовой расчет механизмов

Силовой расчет механизма заключается в определении сил, действующих в кинематических парах, т. е. реакций. Знание этих сил необходимо для расчета звеньев и кинематических пар на прочность, определения мощности двигателя, ограничения износа деталей и т. д.

При решении задачи силового расчета закон движения входного звена механизма предполагается известным. Должны быть заданы также массы, моменты инерции звеньев механизма и внешние нагрузки на механизм (например, силы производственных сопротивлений).

Если при расчете в число заданных сил не входят силы инерции звеньев, то расчет называют статическим. Силовой расчет механизма с учетом сил инерции называется кинетостатическим.

В основу кинетостатического расчета положен принцип Д’Аламбера, согласно которому динамическая система условно сводится к статической путем приложения сил инерции, и для решения задачи используются уравнения статики.

 

1.3.1. Силы, действующие в механизме

В общем случае все силы, действующие в механизме, подразделяются на внешние – задаваемые и внутренние – реакции связей. К задаваемым силам относятся силы движущие, силы полезного и вредного сопротивлений, силы тяжести звеньев и силы инерции.

1.3.1.1. Силы (моменты), направленные в сторону перемещений точек их приложения или составляющие с направлением перемещений острые углы, называются движущими. В механизмах машин  – это усилие, действующее на поршень (например, давление пара в паровой машине), или вращающий момент (в электродвигателях – крутящий момент ротора).

1.3.1.2. Силы полезного сопротивления возникают в рабочих машинах при непосредственном выполнении технологического процесса (например, при резании и штамповке металла, подъеме груза и т. д.). Эти силы приложены к исполнительным (рабочим) органам и направлены против движения точек их приложения или составляют с направлением перемещения тупые углы.

1.3.1.3. Силы тяжести G звеньев могут выполнять работу положительную (центр масс звена движется вниз), отрицательную (центр масс движется вверх). Работа сил тяжести равна нулю, если центр масс звена движется  по горизонтали.

1.3.1.4. К силам вредного сопротивления относятся силы трения, возникающие при относительном движении элементов кинематических пар, и силы сопротивления внешней среды, на преодоление которых расходуется дополнительная работа.

1.3.1.5. Силы инерции звеньев обусловлены массой и движением звеньев с ускорением.

Они являются распределенными силами, так как зависят от закона распределения масс по звену и ускорению этих масс. При определении усилий в кинематических парах распределенные силы инерции приводят к силе F_И (главный вектор), приложенной в центре масс звена, и к паре сил (главный момент) с моментом М_И :

Раздел 2

Степаненко:Раздел 2-вопрос 1,2

Раздел 2 вопрос 1. Задачи и методы сопротивления материалов.

Сопротивление материалов - наука об инженерных методах расчета на прочность, жесткость и устойчивость элементов сооружений и деталей машин.

Прочность - это способность конструкции сопротивляться разрушению при действии на нее внешних сил (нагрузок).

Жесткость - способность элемента конструкции сопротивляться деформации.

Устойчивость - свойство системы сохранять свое начальное равновесие при внешних воздействиях.

Все элементы сооружения, из каких бы материалов они ни были изготовлены, под нагрузкой деформируются. Однако значительные деформации могут мешать нормальной эксплуатации сооружения.

Способность сооружений и ее частей под нагрузкой сохранять свои размеры и форму в установленных нормами пределах называется жесткостью.

Методами сопротивления материалов выполняются расчеты, на основании кото­рых определяются необходимые размеры деталей машин и конструкций инженерных сооружений. Любая конструкция должна обладать надежностью при эксплуатации и быть экономичной.

2.Надежность – свойство конструкции выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в определенных нормативных пределах в течение требуемого

Прочностной надежностью называется отсутствие отказов, связанных с разрушением или недопустимыми деформациями элементов конструкции.

Надежность конструкции обеспечивается, если она сохраняет прочность, жесткость и устойчивость при гарантированной долговечности. Ее экономичность в значительной мере определяется расходом материала, применением менее дефицитных конструкционных материалов, возможностью изготовления деталей по наиболее прогрессивным технологиям. Надежность и экономичность - противоречивые требования.

В сопротивлении материалов широко применяются методы теоретической механики и математического анализа, используются данные из разделов физики, изучающих свойства различных материалов, материаловедения и других наук. К тому же сопротивление материалов является наукой экспериментально-теоретической, так как она широко использует опытные данные и теоретические исследования.

В отличие от теоретической механики сопротивление материалов рассматривает задачи, в которых наиболее существенными являются свойства твердых деформируемых тел, а законами движения тела как жесткого целого здесь пренебрегают. В теоретической механике рассматривают равновесие абсолютно твердого (недеформированного) тела, при составлении уравнений равновесия допустимы замена системы сил статически эквивалентной системой, перенос сил вдоль линии их действия, замена ряда сил их равнодействующей. При решении задач сопротивления материалов, подобные замены или перенос сил недопустимы.

В то же время, вслед­ствие общности основных положений, сопротивление материалов рассматривается как раздел механики твердых деформируемых тел. В состав механики деформируемых тел входят также такие дис­циплины, как: теория упругости, теория пластичности, теория пол­зучести, теория разрушения и др., рассматривающие, по существу, те же вопросы, что и сопротивление материалов. Различие между сопротивлением материалов и другими теориями механики твердо­го деформируемого тела заключается в подходах к решению задач.