15. Кинетостатический расчёт механизма. Назначение этого расчета.
(силовой расчёт механизма).
Машина и механизм – подвижная система.
Задачи кинетостатического расчёта:
1) определение усилий во всех кинематических парах механизма;
2) определение приведённой к ведущему звену силы «Тур»;
3) определение крутящего момента и мощности на ведущем звене для подбора двигателя.
Применение только статических методов для определения усилий, действующих на звенья, недостаточно, потому что машина является подвешенной системой звеньев. Значит, на звенья действуют силы и моменты инерции:
Pи = - m ∙ as ;
Ми = - Js ∙ ε ;
где
m – масса звена;
as – ускорение центра масс звена;
Js – момент звена относительно оси, проходящей через центр тяжести;
ε – угловое ускорение.
Порядок проведения кинетостатического расчёта.
1) Определить степень подвижности механизма.
2) Построить отдельные положения механизма для полного цикла его работы.
3) Построить для каждого выбранного положения механизма план скоростей.
4) Построить для этих положений планы ускорений и определить для этих звеньев все asi и εi .
5) Разложить механизм на структурные группы Ассура.
6) Произвести кинетостатический расчёт, начиная с последней группы, постепенно приближаясь к ведущему звену.
7) Произвести кинетостатический расчёт ведущего звена и определить приведённую уравновешивающую силу:
Тур – приведённая к кривошипу сила;
Рур – приведённая к поступательно движущемуся звену сила.
8) Определить крутящий момент для кривошипа или сдвигающую силу, если это ползун.
9) Определить мощность на ведущем звене (получив эти мощности за цикл работы машины, мы можем подобрать двигатель).
Всё это делается внутри цикла для каждого отдельного положения, и результаты сводятся в таблицу. На основании полученных результатов вырабатывается техническое задание на конструирование машины.
16. Режимы работы машины. Понятие о кинетической энергии и об уравнении энергетического баланса машины.
При изучении движения машинного агрегата используют теорему об изменении кинетической энергии системы – алгебраическая сумма работ всех сил и моментов, действующих на систему, равна приращению кинетической энергии этой системы. Уравнение, получаемое при этом, носит название уравнения энергетического баланса машины.
В зависимости от приращения кинетической энергии ΔТ выделяют три этапа работы машины:
1) ΔТ>0 – разбег или разгон машины
2) ΔТ=0 – этап установившегося движения
3) ΔТ<0 – остановка или выбег машины.
Производительным этапом работы машины является установившееся движение. На этом режиме машина может работать сколь угодно длительное время в пределах рассчитанной долговечности. При установившемся режиме работы движение может быть равномерным, но обычно это периодическое движение.
Промежуток времени, по истечении которого звенья механизма принимают первоначальное положение, а их скорости и ускорения приобретают первоначальные значения, называется циклом установившегося движения.
Рассмотрим уравнение энергетического баланса более подробно. Среди сил, действующих на звенья механизма, обязательно присутствуют силы веса. Они могут играть двоякую роль – они являются движущими, если центр тяжести звена опускается (движется вниз), и являются силами сопротивления в те моменты времени, когда центр тяжести звена движется вверх.
Силы сопротивления также моно разделить на две категории – силы полезного сопротивления (преодоление этих сил создает полезную работу), и силы вредного сопротивления (на их преодоление затрачивается мощность, которая теряется безвозвратно – силы трения, силы гидравлического сопротивления, силы аэродинамического сопротивления и т.д.). В результате уравнение энергетического баланса можно записать в следующем виде:
Из теоретической механики известно, что приращение кинетической энергии системы равно работе сил инерции, взятой с обратным знаком. Тогда уравнение энергетического баланса приобретает следующий вид:
Уравнение энергетического баланса служит для оценки экономичности работы машины, ее коэффициента полезного действия (КПД).
Обычно определяют коэффициент полезного действия за один цикл установившегося движения, т.к. именно он определяет экономичность работы машины на производительном этапе работы. За один цикл установившегося движения центр тяжести звена приходит в первоначальное положение, т.е. описывает замкнутую траекторию, а работа сил веса на замкнутой траектории равна нулю.
Приращение кинетической энергии (и работа сил инерции) за один цикл установившегося движения также равно нулю. Таким образом, уравнение энергетического баланса приобретает вид:
