Типи механізмів
Структурний аналіз плоских механізмів, призначення, реалізація. Шарнірно-важільні, кулачкові, епіциклічні механізми. Тертя в поступальних і обертальних кінематичних парах. Завдання силового дослідження механізмів. Статичне та динамічне зрівноваження мас.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | шпаргалка |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 04.02.2011 |
| Размер файла | 349,7 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
2
29
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
1. Структурний аналіз плоских механізмів
Структурний аналіз механізму включає в себе визначення кількості ланок, кількості й класу кінематичних пар, які утворюють цей механізм, обчислення ступеню рухомості механізму, розділення його на групи Ассура, а також встановлення класу і порядку груп та механізму в цілому.
Будь-який механізм складається з окремих деталей. У механізмах стаціонарного типу одні деталі нерухомі, інші рухаються якимось чином відносно них.
Кожна рухома деталь або група деталей, що утворюють одну жорстку рухому систему тіл, носить назву рухомої ланки механізму.
Всі нерухомі деталі утворюють одну жорстку нерухому систему тіл, яка називається нерухомою ланкою або стояком.
Таким чином, у будь-якому механізмі є одна або декілька рухомих ланок і одна нерухома.
З'єднання двох ланок, що дотикаються і допускають відносний рух, називається кінематичною парою.
Поверхні, лінії або точки ланки, по яких вона може дотикатись до інших ланок, утворюючи при цьому кінематичну пару, називають елементами ланки.
Зв'язана система ланок, що утворюють між собою кінематичні пари, називається кінематичним ланцюгом.
Обмеження, накладені на відносний рух кожної ланки, називаються умовами в'язі в кінематичних парах.
Кожне тверде тіло, що вільно рухається у просторі має 6 ступенів вільності. Якщо забрати один рух, тобто накласти на тіло одну в'язь, то воно буде мати 5 ступенів вільності. Наприклад, куля на площині.
Очевидно, що кількість умов в'язі S може бути тільки цілим числом і менше шести і такою, що дорівнює або більше одиниці, тобто
1?S?5.
Отже, кількість ступенів вільності тіла визначається за формулою:
Н=6-S.
Кінематичні пари поділяються на 5 класів у просторовому русі. Клас пари визначається кількістю умов в'язі, накладених на відносний рух ланок.
Розглянемо обертальну кінематичну пару. Вона допускає один відносний рух: обертання ланки 2 відносно ланки 1. Отже, пара накладає 5 умов в'язі на відносний рух ланок. Таким чином, ця кінематична пара 5 класу. Куля на площині - пара 1 класу.
Групою Ассура називається кінематичний ланцюг, який після приєднання його вільними елементами до стояка має нульовий ступінь рухомості.
Групи Ассура поділяються на класи та порядки.
За І.І. Артоболевським, клас визначається кількістю кінематичних пар у замкнутому контурі, який входить до складу групи Ассура.
Порядок визначається кількістю зовнішніх кінематичних пар або кількістю вільних елементів групи.
Клас і порядок механізму в цілому визначається найвищим класом і найбільшим порядком групи найвищого класу.
Принцип утворення механізму. Будь-який механізм складається з однієї або декількох ведучих ланок, що залежить від ступеню його рухомості, які разом із стояком утворюють ведучі групи. До останніх послідовно приєднуються групи Ассура, які мають нульовий ступінь рухомості і тому не змінюють ступеню рухомості механізму в цілому. Формула, яка показує послідовність приєднання груп Ассура до ведучої групи, називається формулою будови механізму.
Розглянемо структурний аналіз на прикладі шарнірного чотириланковика.
а) б)
Рис. 2.6. Структурний аналіз шарнірного чотириланковика:
а) кінематична схема; б) ведуча група та група Ассура
До складу цього механізму входять три рухомі ланки 1, 2, 3 і одна нерухома ланка 4. Вони утворюють чотири обертальні кінематичні пари О, А, В, С п'ятого класу. Ступінь рухомості механізму обчислимо за формулою Чебишова:
W=3n-2p5-p4 = 3·3-2·4-0=1.
Отже, цей механізм має одну ведучу ланку.
Розділимо його на групи Ассура та виділимо ведучу групу і визначимо їх клас і порядок. Таким чином, шарнірний чотириланковик складається з однієї ведучої групи ОА ІкІп та однієї групи Ассура АВС ІІкІІп. Тому в цілому цей механізм ІІкІІп. Запишемо формулу його будови:
ІкІп>ІІкІІп.
2. Шарнірно-важільні механізми. Призначення, застосування. Кінематичне дослідження
Шарнірно-важільним називають механізм, ланки якого утворюють тільки обертальні та поступальні кінематичні пари. Вони призначені для перетворення обертального руху кривошипу в зворотно-поступальний рух повзуна або в коливальний рух коромисла. Шарнірно-важільні механізми застосовуються в металорізальних верстатах, пресах, компресорах, конвейєрах, дробилках тощо.
Кінематичне дослідження шарнірно-важільних механізмів полягає у визначенні положень ланок, включаючи траєкторії руху окремих точок; швидкостей та прискорень точок і кутових швидкостей та кутових прискорень ланок механізму. Для цього вихідними даними є: закон руху ведучої ланки та його кінематична схема, побудована в масштабі .
Існують такі методи кінематичного аналізу
1) графічно-аналітичний:
а) метод планів швидкостей і прискорень
б) метод побудови кінематичних діаграм;
2) аналітичний;
3) експериментальний.
Зупинимось на графо-аналітичному методі - побудови планів швидкостей і прискорень.
Метод планів базується на використанні теореми про складання рухів, відповідно до якої рух плоскої фігури можна розглядати таким, що складається з двох рухів: переносно-поступального із швидкістю довільно обраної точки фігури і відносно-обертального навколо полюса.
Планом швидкостей ланки називається графічна побудова у вигляді плоского пучка, промені якого зображають абсолютні швидкості точок ланок плоского механізму, а відрізки, що сполучають кінці променів, - відносні швидкості відповідник точок у певному положенні ланки.
Планом швидкостей механізму називається сукупність планів швидкостей ланок механізму з одним спільним полюсом.
Кінематичне дослідження плоского механізму методом планів швидкостей і прискорень зручно розглянути на конкретному прикладі.
Нехай маємо чотириланковий шарнірний механізм.
Перш за все необхідно виконати його структурний аналіз. Цей плоский механізм відноситься до II класу ІІ порядку і складається з ведучої групи, яка включає ланки 1 та 4, і групи Ассура АВС ІІ класу ІІ порядку, що включає ланки 2, 3.
Якщо закон руху ведучої ланки подається у вигляді n = const, то обчислюють її кутову швидкість за формулою:
,
де n - частота обертання, обс; ра - відрізок, який зображає швидкість на плані швидкостей, мм.
Відклавши відрізок ра і позначивши точку с в полюсі, через точки а і с проводять прямі, що мають напрямки векторів відносних швидкостей і . Точка перетину цих прямих b і визначить кінець вектора .
Дійсне значення швидкості обчислюється за формулою:
.
Величина відносно-обертальної швидкості дорівнює:
,
де рb і ba - відрізки, взяті на плані швидкостей, мм.
Користуючись планом швидкостей, можна визначити кутові швидкості ?2 і ?3 ланок 2 і 3. Величини цих швидкостей обчислюються із рівностей:
,
де - дійсні довжини ланок 2 і 3, м.
Напрямок кутових швидкостей визначається так. Подумки прикладають вектори і до точки В кінематичної схеми і бачать, що обертання ланки 2 відбувається проти ходу годинникової стрілки, ланки 3 - за ходом годинникової стрілки.
Аналогічно плану швидкостей будують план прискорень. Тобто спочатку визначають прискорення точки А, яка належить ведучій ланці 1. Оскільки частота обертання кривошипа - стала величина, то прискорення точки А складається тільки з нормальної складової, яка обчислюється за формулою:
.
Вектор прискорення напрямлений із точки А до центра обертання О. У групи Ассура ІІ класу для побудови плану прискорень повинні бути відомі вектори прискорень точок А і С, тобто і . Прискорення точки А визначене вище, а прискорення точки С, яка належить стояку, дорівнює нулю. Тоді можна визначити прискорення точки В із системи рівнянь:
звідки маємо
.
У рівнянні за величиною і напрямом відомі вектори прискорень точок А і С. Модулі нормальних прискорень та обчислюються за формулами:
де ba і bc - відрізки, взяті на плані швидкостей, які зображають відносно-обертальні швидкості відповідно та , мм; і - довжини ланок відповідно АВ і ВС, м.
Вектор напрямлений вздовж ланки АВ із точки В у точку А, а вектор - вздовж ланки ВС із точки В у точку С. Отже, прискорення відомі як за величиною, так і за напрямком підкреслено двома лініями).
Вектори ж прискорень та відомі тільки за лінією дії: має напрямок, перпендикулярний ланці АВ, а - перпендикулярний ланці ВС підкреслено однією лінією).
Таким чином, у рівнянні невідомі тільки величини прискорень та , які легко можуть бути визначені шляхом побудови плану прискорень. Для цього обирають полюс ? і відкладають від нього відомий за величиною та напрямком вектор прискорення точки А () довільної довжини. Масштаб побудови плану швидкостей обчислюють за формулою:
,
де - чисельна величина прискорення точки А, мс.
Визначимо відносні швидкості:
vBC = vB, vBA= ?v, мс2.
Кутове прискорення шатуна:
, с-2.
Напрямок кутового прискорення 2 - проти ходу годинникової стрілки.
3. Кулачкові механізми. Основні типи, застосування. Аналіз і синтез кулачкових механізмів
Кулачковим називають механізм, до складу якого входить кулачок, тобто така ланка, елемент якої має змінну кривизну.
Кулачкові механізми застосовуються у тих випадках, коли у процесі безперервного руху ведучої ланки необхідно за заданим законом змінювати рух веденої ланки і особливо тоді, коли остання під час руху решти ланок повинна тимчасово зупинятися.
Такий характер руху має місце в металорізальних верстатах-автоматах, у пресах, деяких типах ножиць, у розподільних механізмах парових машин з клапанним паророзділом, у двигунах внутрішнього згорання тощо.
До переваги кулачкових механізмів відносять їх універсальність. Надаючи кулачку ту чи іншу форму, можна дістати майже будь-який рух штовхача з будь-яким законом зміни таких кінематичних параметрів як переміщення, швидкість чи прискорення.
Недоліками кулачкових механізмів є:
- наявність вищої пари, а отже, значного питомого тиску, що викликає передчасне спрацювання кулачків; для запобігання спрацювання кулачки виготовляють з високоякісних матеріалів і відповідним чином обробляють
- необхідність силового замикання кулачкової пари, яке втілюється за допомогою пружин.
Розрізняють кулачкові механізми просторові й плоскі. У перших кулачок зазвичай має форму циліндра з пазом, по якому переміщається ролик штовхача.
У других ведуча ланка здійснює обертальний або поступальний рух.
Будемо розглядати тільки плоскі кулачкові механізми з кулачком, що обертається, як такі, що мають найбільше розповсюдження.
Плоскі кулачкові механізми з кулачком, що обертається, поділяються на дві групи:
1) І група перетворює обертальний рух кулачка в поступальний рух штовхача
2) ІІ група - обертальний рух кулачка в коливальний рух коромисла.
Кожна із цих груп за формою елементу веденої ланки поділяється на три підгрупи, в яких кулачок працює
а) по вістрю;
б) по ролику;
в) по площині.
Кулачкові механізми, які перетворюють обертальний рух в поступальний і працюють по вістрю або ролику, поділяються на:
а) центральні;
б) дезаксіальні.
Центральними називаються такі кулачкові механізми, в яких вісь штовхача проходить через центр обертання кулачка.
У дезаксіальних механізмах вісь штовхача зміщена відносно центра обертання кулачка на деяку величину е, яка називається дезаксіалом.
Кінематичне дослідження кулачкових механізмів полягає у знаходженні кінематичних параметрів штовхача за весь цикл роботи. Метою кінематичного дослідження є забезпечення обчисленого, заданого режиму їх роботи.
Вихідними даними для кінематичного аналізу механізму є його кінематична схема та закон руху кулачка, заданий у вигляді ?=const.
Кінематичне дослідження кулачкового механізму починають із побудови діаграми s=s за заданим профілем кулачка. Для цього повертають кулачок на 300 і помічають переміщення штовхача для кожного положення кулачка.
Щоб побудувати діаграму s=s або s=s, відкладають у кожному положенні кулачка переміщення штовхача в масштабі:
,
де smax - найбільше переміщення штовхача, м; h - довільний відрізок, що зображає smax на діаграмі, мм.
Залежності v=v або v=v і a=a або a=a можна дістати шляхом одноразового та дворазового графічного диференціювання залежності s=s або s=s.
Існують два методи графічного диференціювання:
1) метод дотичних;
2) метод хорд.
Але враховуючи те, що дотичну до кривої провести дуже важко, навіть при наявності відповідного обладнання, на практиці ширше використовується метод хорд.
Графічне диференціювання методом хорд виконується в такій послідовності:
1. Точки діаграми s=s з'єднують хордами.
2. Внизу під діаграмою s=s будують нову систему координат.
3. На осі абцис відкладають вліво від точки O1 довільний відрізок O1P1, який називається полюсною відстанню.
4. Через полюс P1 проводять промені паралельно хордам Проходячи під кутом , промені відтинають на осі ординат відрізки, що задовольняють співвідношення:
,
звідки видно, що відрізок , як і інші, зображає середню швидкість руху штовхача в масштабі .
5. Відрізки переносять на середини відповідних інтервалів і сполучають здобуті точки плавною кривою.
Побудована таким чином крива буде диференціальною по відношенню до вихідної .
Продиференціювавши графічно криву , отримаємо діаграму залежності . Методика її побудови нічим не відрізняється від попередньої. Масштаб побудови визначається за формулою:
або .
Завдання кінематичного синтезу кулачкового механізму обернене завданню аналізу і полягає в проектуванні профілю кулачка за графіком s=s.
Рис. 2.10. Кінематичні діаграми
При синтезі кулачкового механізму зазвичай бувають відомі його кінематична схема, основні розміри кулачка і закон руху штовхача, заданий одним із кінематичних діаграм. Невідомим є тільки профіль кулачка, який і треба знайти.
Нехай маємо закон . Тоді масштаби а та відомі. Швидкість і переміщення штовхача визначається одноразовим і дворазовим графічним інтегруванням цієї залежності.
Графічне інтегрування - це дія, обернена графічному диференціюванню. Тому виконуємо її у зворотному напрямі. У результаті дворазового графічного інтегрування дістанемо залежність s=s в масштабі .
Рис. 2.11. Побудова профілю кулачка
Потім креслимо коло мінімальним радіусом профілю кулачка R0, розділяємо його на стільки ж частин, скільки інтервалів на осі абсцис. На продовженні радіусів у кожному положенні відкладаємо переміщення штовхача, отримані із діаграми . Сполучивши здобуті точки плавною кривою, знайдемо шуканий профіль кулачка.
4. Епіциклічні механізми. Призначення, застосування, кінематика
Зубчаті механізми, до складу яких входять рухомі осі зубчатих коліс, називаються епіциклічними. Вони поділяються на планетарні та диференціальні.
Планетарним називається епіциклічний механізм, ступінь рухомості якого дорівнює одиниці.
Якщо ступінь рухомості епіциклічного механізму більший одиниці, то такий механізм називається диференціальним.
а) б)
Рис. 2.12. Епіциклічні механізми:
а) планетарний; б) диференціальний
Ступінь рухомості механізму, зображено на рис. 2.12, а:
W = 3n - 2p5 - p4 = 3•3-2•3-2 = 1.
Отже, він планетарний.
Ступінь рухомості механізму, зображеного на рис. 2.12, б:
W = 3n - 2p5 - p4 = 3•4-2•4-2 = 2.
Отже, цей механізм є диференціальним.
Призначення планетарних механізмів - відтворювати великі передаточні відношення. Вони можуть відтворювати дуже великі передаточні відношення при малих габаритах механізму і малій кількості зубів зубчатих коліс.
Призначення диференціальних механізмів - складання або розкладання рухів.
Епіциклічні механізми застосовуються в автомобілях, тракторах, обчислювальних, сільськогосподарських та інших машинах.
До складу епіциклічних механізмів можуть входити тільки такі ланки: сателіт, центральне зубчате колесо та водило.
Сателітом називається зубчате колесо, вісь якого переміщається в просторі. У наведених прикладах це зубчаті колеса . Зубчате колесо, навколо осі якого обертається сателіт, називається сонячним або центральним. Ланка Н, яка несе на собі вісь сателіта, називається водилом.
Необхідно відзначити, що в будь-якому епіциклічному механізмі ніяких інших ланок не може бути. Якщо є інші ланки, то вони не входять до складу епіциклічного механізму, а утворюють між собою кінематичний ланцюг, який приєднується до епіциклічного механізму.
Кінематичний аналіз механізмів передач і, зокрема, епіциклічних механізмів, полягає у визначенні їх передаточних відношень, кутових швидкостей обертання ланок та лінійних швидкостей у зачепленнях.
Передаточним відношенням називають відношення кутової швидкості ведучої ланки до кутової швидкості веденої ланки і позначають літерою u з відповідними індексами.
Таким чином, якщо ведучою є ланка 1, то:
Ще передаточне відношення може визначатись через кількість обертів n ланок
Якщо ведена і ведуча ланки обертаються в один бік, то передаточне відношення вважається додатним.
Якщо ведене і ведуче колеса обертаються в різні боки, то передаточне відношення вважається відємним.
Передаточне відношення епіциклічного механізму визначається за формулою Вілліса:
,
де ?1, ?п, ?Н - кутові швидкості ведучої, веденої ланок та водила; п1, пп, пН - частоти обертання ведучої, веденої ланок та водила.
Формулу Вілліса можна дещо спростити для планетарного механізму, оскільки одне із його зубчатих коліс нерухоме. Нехай ?п=0, тоді:
або остаточно маємо:
.
5. Тертя в поступальних і обертальних кінематичних парах. Визначення сил та моменту тертя
Нехай тіло вагою рівномірно переміщається під дією сили , яка паралельна цій площині. Необхідно визначити цю силу, якщо відомі вага тіла і коефіцієнт тертя f.
Нанесемо всі сили, що діють на тіло - вага тіла, - рушійна сила, - сила тертя, яка завжди напрямлена в бік протилежний руху, і - нормальна реакція площини.
Проектуючи всі сили на вертикаль, маємо:
N=G.
Сума проекцій всіх сил на горизонталь дасть
F=Fтр.
Тому:
F=Fтр=f N= f G.
Геометрична сума сили тертя і нормальної реакції називається повною реакцією.
Рис. 3.3. Тертя в поступальній кінематичній парі
Повна реакція відхилена від нормальної реакції на кут , який називається кутом тертя.
тобто тангенс кута тертя дорівнює коефіцієнту тертя ковзання.
При розгляді тертя в обертальній кінематичній парі користуються різними гіпотезами про розділення навантаження на поверхні цієї пари. Зокрема, гіпотези були запропоновані вченими Рейє, Вейсбах та ін.
Нехай вал 1, розміщений у підшипнику 2, перебуває під дією радіальної сили та зовнішнього моменту M і обертається зі сталою кутовою швидкістю ?.
Тоді при обертанні вала в напрямку, показаному стрілкою, при наявності тертя між валом і підшипником його цапфа буде неначе б «збігати» на підшипник. Допустимо, що у результаті «збігання» цапфи на підшипник дотикання елементів кінематичної пари буде в точці А, де реакція паралельна силі . На основі раніше встановлених положень, повна реакція повинна бути відхилена від нормалі на кут тертя ?, і тоді величина сили тертя буде дорівнювати:
,
оскільки при рівновазі цапфи R=Q.
Рис. 3.4. Тертя в обертальній кінематичній парі
Момент М, прикладений до цапфи, зрівноважиться моментом Мтр., який дорівнює:
,
де ?=r sin ?.
Рис. 3.5. Круг тертя
Якщо із центра вала О описати коло радіусом ?, то повна реакція буде напрямлена по дотичній до цього кола. Круг радіуса ? по аналогії з кутом тертя називається кругом тертя.
6. Завдання силового дослідження механізмів. Силове дослідження двоповодкової групи Ассура та ведучої ланки механізму
У завдання силового дослідження механізму входить визначення: сил, що діють на його ланки; сил тиску у кінематичних парах та зведеного моменту, який необхідно прикласти до ведучої ланки з тим, щоб механізм працював під дією заданих навантажень.
Рис. 3.6. Силовий аналіз двоповодкової групи Ассура
а) кінематична схема; б) план сил групи Ассура; в) план сил другої ланки; г) план сил третьої ланки
Розглянемо завдання визначення реакцій у кінематичних парах групи Ассура ІІ класу АВС. Для цього вихідними даними є: сили ваги ланок , сили інерції моменти сил інерції Мін2, Мін3 другої та третьої ланок. Слід визначити реакції у кінематичних парах А, В, С.
Складемо умову рівноваги групи Ассура. Вона перебуває у рівновазі тоді, коли геометрична сума всіх сил, які діють на неї, дорівнює нулю, тобто многокутник сил повинен бути замкнутим. Оскільки напрямки реакцій у точках А і В невідомі, то розкладаємо їх на нормальні та тангенціальні складові. У позначенні реакцій перший індекс показує, з боку якої ланки діє реакція, а другий - ланку, на яку діє реакція. Маємо:
.
Оскільки реакції у внутрішній кінематичній парі однакові за модулем і протилежні за напрямком, то їх можна виключити з рівняння. Тоді дістанемо:
.
З метою визначення дотичних складових та реакцій складемо рівняння моментів відносно точки В всіх сил, що діють на ланку 2
.
У цьому рівнянні тільки одне невідоме . Плечі сил вимірюються безпосередньо на схемі.
Із рівняння маємо:
.
Аналогічно визначаємо реакцію , склавши рівняння моментів відносно точки В всіх сил, які діють на третю ланку:
,
звідки
.
Якщо дістали відємне значення реакції, то на схемі напрямок її закреслюють і змінюють на протилежний. Нехай зі знаком «-».
Щоб знайти нормальні складові та , будуємо план сил. Для цього із довільної точки К відкладаємо відому дотичну реакцію в точці А. Масштаб побудови обчислюють за формулою:
.
З кінця цього вектора в будь-якій послідовності відкладають решту сил, а передостанньою . Через кінець цього вектора та з полюса перпендикулярно дотичним складовим проводять прямі, точка перетину яких визначить їх величини і замкне многокутник.
Повні реакції визначають як геометричну суму нормальної і дотичної складових:
Дійсні значення реакцій:
Отже, реакції у зовнішніх кінематичних парах визначені. Щоб визначити реакції у внутрішній кінематичній парі i , запишемо умову рівноваги для кожної ланки окремо:
У кожному рівнянні невідомі тільки по одній силі. Будуємо за цими рівняннями плани сил і визначимо невідомі сили як замикальні вектори многокутників.
Як бачимо, ці реакції ( i ) однакові за величиною, паралельні, але протилежні за напрямком. Отже, всі побудови виконані правильно. Побудова планів сил для обох ланок є своєрідною перевіркою правильності розвязання задачі.
Кривошип зазвичай зрівноважений, оскільки обертається рівномірно навколо осі. Отже, його сили інерції і ваги при силовому дослідженні не враховуються.
Складемо умову рівноваги кривошипа:
.
Реакція відома (). Тому в цьому рівнянні два невідомі зрівноважуюча сила і реакція . Оскільки на кривошип діють три сили, то вони повинні перетинатися в одній точці. Дві із них прикладені до точки А, а отже, і третя сила повинна пройти через точку А.
а) б)
Рис. 3.7. Силовий аналіз ведучої групи:
а) кінематична схема; б) план сил
За рівнянням будуємо план сил і визначаємо величини сил і .
Дійсні значення сил
Щоб знайти ведучий момент, перемножимо величину зрівноважуючої сили на довжину кривошипа :
механізм обертальний статичний кінематичний
.
7. Статичне та динамічне зрівноваження мас, що обертаються навколо осі. Поняття про їх балансування
Для збільшення продуктивності машини збільшують швидкості руху її ланок. Це є причиною зростання прискорень окремих ланок машини, а отже, і їх відцентрових сил інерції. Причому діють вони не в одному якомусь напрямку, а обертаються разом з ланкою. Незрівноважені сили інерції викликають вібрацію машини, додаткові напруження в її ланках, передчасне їх спрацювання, а часом аварії та поломки. Щоб уникнути цього, необхідно ретельно зрівноважувати відцентрові сили інерції ланок.
Особливо важливого значення набула ця проблема для сучасних швидкісних машин. Причиною виникнення зсуву центра мас відносно осі обертання деталі є неоднорідна щільність розподілу матеріалу, наявність кулачків, ексцентриків та інших тіл, які мають несиметричну форму. При високих швидкостях, від навіть порівняно невеликого зсуву загального центра мас системи з віссю її обертання, виникають значні сили інерції.
Маси, що обертаються, можуть створювати незрівноваженість двох типів: статичну і динамічну. У зв'язку з цим розрізняють статичне та динамічне зрівноваження мас.
Незрівноваженість відцентрових сил інерції, яка виникає від того, що центр мас не лежить на осі їх обертання, називається статичною.
Незрівноваженість відцентрових сил інерції, яка виникає від того, що маси розподілені нерівномірно вздовж осі обертання, називається динамічною.
Умовою статичного зрівноваження ланки є рівність нулю статичних моментів мас, інакше, результуюча сила інерції мас, що обертаються, повинна дорівнювати нулю:
,
де ? - кутова швидкість обертання ланки; - елементарна маса; - відстань елементарної маси від осі обертання.
Оскільки , то очевидно:
.
За цим рівнянням будують многокутник статичних моментів, з якого як замикальний вектор визначають статичний момент противаги. Задаючи одне значення з двох величин m або r, знаходять інше.
Умовою динамічного зрівноваження ланки є рівність нулю відцентрових моментів мас, або результуючий момент від сил інерції мас, що обертаються, повинен дорівнювати нулю:
,
де - відстань від елементарної маси до площини зведення.
Якщо ?2?0, то маємо:
Рис. 3.8. Зрівноваження мас, що обертаються навколо осі:
а) схема розміщення мас; б) многокутник статичних моментів;
в) многокутник відцентрових моментів мас
За цим рівнянням будують многокутник відцентрових моментів мас, з якого як замикальний вектор визначають відцентровий момент противаги. Задаючи два значення з трьох величин m0, r0 або , знаходять третє.
Практичне втілення зрівноваження мас, що обертаються навколо осі, називається їх балансуванням.
8. Регулювання ходу машин. Періодичні й неперіодичні коливання кутової швидкості
Періоди руху машини. Періодичні й неперіодичні коливання. Рух машини можна розглядати таким, що складається із трьох періодів:
розбігу;
усталеного руху;
вибігу.
Зобразимо тахограму машини - криву ?=? залежності кутової швидкості ? початкової ланки від часу t.
Рис. 3.9. Тахограма машини
Найтривалішим за часом є період усталеного руху, протягом якого машина виконує певні технологічні операції, тобто здійснює корисну роботу.
Усталений рух, на відміну від інших періодів, характеризується сталою швидкістю руху ведучої ланки. Однак ідеальної стабільної швидкості досягти важко, оскільки багато причин, пов'язаних з конструкцією машини і режимом її роботи, викликають безперервні коливання швидкості. Тому миттьова кутова швидкість вала безперервно змінюється протягом кожного циклу руху, залишаючи сталим своє середнє значення ?ср.
Коливання кутової швидкості викликають порушення режиму технологічного процесу, який виконує машина, а також веде до виникання сил інерції, які є причиною спрацювання ланок. Повністю позбутись коливань неможливо. Але можна встановити межі, в яких буде змінюватись кутова швидкість ведучих валів для періоду усталеного руху. Отже, одним із основних завдань регулювання є обмеження коливань швидкості руху в заданих межах.
Коливання кутової швидкості можуть бути:
а) періодичними;
б) неперіодичними.
Періодичними називаються такі коливання, коли кутова швидкість повторює свої значення через рівні проміжки часу, кратні частоті обертання ланки. Періодичні коливання швидкості спостерігаються в механізмах і машинах, в яких діючі на ланки сили змінюються в певній залежності від кута повороту ведучої ланки.
Неперіодичні коливання викликаються раптовою зміною притоку енергії до двигуна або сил опору, які долає машина, і не мають певного циклу. Наприклад, такі коливання виникають у сільськогосподарських машинах із-за різної пухкості ґрунту, у металорізальних верстатах із-за нерівномірного розподілення припуску на обробку тощо.
Періодичні коливання регулюються за допомогою маховика, а неперіодичні - за допомогою регуляторів швидкостей.
Регулювання руху машини за допомогою маховика. Маховик - це колесо з важким ободом 1, яке розвиває значний момент інерції відносно осі обертання.
Вплив маховика на зменшення коливань кутової швидкості руху ведучої ланки можна пояснити таким чином.
Маховик, будучи насадженим на ведучий вал, обертається з кутовою швидкістю цього вала. Всяка зміна кутової швидкості викликає виникнення моменту сил інерції маховика, який перешкоджає цій зміні.
Чим більший момент інерції маховика, тим більший момент сил інерції, а отже, і опір зміні швидкості. Кінетична енергія маховика при збільшенні кутової швидкості зростає, це має місце у тому випадку, коли робота рушійних сил більша роботи сил опору.
Якщо Ар<Ао, то кутова швидкість обертання вала стане зменшуватись. У цьому випадку накопичена раніше маховиком кінетична енергія буде виступати додатковим джерелом енергії, який сприяє зменшенню амплітуди коливань кутової швидкості.
Поняття про регулятори швидкостей. Регуляторами називають пристрої, призначені для автоматичної підтримки неперіодичних коливань кутової швидкості обертання ведучих ланок машини в заданих межах.
Розглянемо схему відцентрового регулятора швидкості.
Рис. 3.11. Відцентровий регулятор швидкості
Принцип дії його оснований на використанні сили інерції вантажів, що обертаються, для регулювання притоку палива до двигуна.
До вала регулятора 1, який дістає обертання від двигуна, за допомогою рухомих ланок 4 і муфти 2 підвішені вантажі 3. Відцентрові сили інерції вантажів, які виникають при обертанні регулятора, діють через тяги 5 на муфту 2, яка може ковзати вздовж вала вгору і вниз. Муфта регулятора за допомогою важеля 6 з'єднана з робочим органом - заслінкою 7, яка регулює постачання палива до двигуна.
При порушенні рівності робіт рушійних сил і сил опору, наприклад, при Ар>Ао, кутова швидкість вала двигуна почне зростати. У цьому випадку збільшиться величина сил інерції , завдяки чому кулі почнуть розходитись і муфта переміститься вгору. При цьому заслінка 7 опуститься і зменшиться кількість палива, що поступає в двигун. У результаті встановиться рівність Ар=Ао і кутова швидкість стабілізується.
Регулятор повинен забезпечувати підтримку усталеного руху машини при будь-якій зміні швидкості обертання вала в межах від ?min до ?max. Це досягається підбором відповідних параметрів регулятора.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Основні властивості неупорядкованих систем (кристалічних бінарних напівпровідникових сполук). Характер взаємодії компонентів, її вплив на зонні параметри та кристалічну структуру сплавів. Електропровідність і ефект Холла. Аналіз механізмів розсіювання.
реферат [558,1 K], добавлен 07.02.2014Експериментальні й теоретичні дослідження, винаходи, найвидатніші досягнення українських фізиків в галузі квантової механіки та інших напрямів. Застосування понять цієї науки для з’ясування природи різних фізичних механізмів. Основні наукові праці вчених.
презентация [173,7 K], добавлен 20.03.2014Сила тертя - це сила опору рухові двох тіл, що стикаються. Головні причини тертя: нерівності тертьових поверхонь тіл та молекулярна взаємодія між ними. Роль тертя у житті людини, його корисні й шкідливі прояви в науці, техніці, природі й побуті.
доклад [13,5 K], добавлен 26.06.2010Класифікація електроприводу промислових механізмів циклічної дії. Розрахунок і вибір потужності двигунів. Приведення інерційних та статичних моментів до вала, перевірка по перевантажувальній здатності та нагріву. Резервна релейно-контактна апаратура.
курсовая работа [884,9 K], добавлен 09.03.2011Класифікація електроприводів промислових механізмів. Основні положення щодо розрахунку і вибору електродвигунів. Розрахунок і побудова механічної характеристики асинхронного двигуна. Вибір й описання резервної релейно-контактної схеми управління приводом.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 28.02.2012Застосування терморегуляторів для підтримки температури у приміщеннях, у пристроях протипожежної сигналізації, теплового контролю і захисту машин й механізмів, в схемах температурної компенсації елементів електричних кіл. Принципова схема терморегулятора.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 13.04.2014Перерахунок обмотки асинхронного двигуна на іншу напругу, при зміні числа полюсів. Вмикання трифазних двигунів в однофазну мережу. Вибір потужності асинхронного електродвигуна для приводу типових механізмів. Розрахунок трансформаторів малої потужності.
курсовая работа [497,5 K], добавлен 06.09.2012Вивчення процесу утворення і структури аморфних металевих сплавів. Особливості протікання процесу аморфізації, механізмів кристалізації та методів отримання аморфних і наноструктурних матеріалів. Аморфні феромагнетики. Ноу-хау у галузі металевих стекол.
курсовая работа [2,3 M], добавлен 09.05.2010Роль вугільної промисловості в народному господарстві України. Задачі механізації і автоматизації галузі. Електропостачання дільниці ТДВ Шахта "Білозерська". Організація огляду і ремонту машин та механізмів. Визначення струмових уставок пускача ПВІ-125.
дипломная работа [5,2 M], добавлен 18.01.2016Застосування тензометрів для зміни деформацій у деталях машин і механізмів. Дротові, напівпровідникові, фольгові тензометричні датчики. Зворотний зв'язок у магнітних підсилювачах. Використання електромагнітних реле та систем автоматичного регулювання.
контрольная работа [136,7 K], добавлен 23.10.2013
