Основные задачи и методы силового расчёта  механизмов с низшими кинематическими парами

На каждое звено механизма действуют силы  со стороны других звеньев, образующих с ними кинематические пары (КП). Силы приложены к элементам КП и в дальнейшем будут называться реакциями в КП. На звенья механизма могут действовать также и моменты сил со стороны других объектов, участвующих в работе механизма. Эти силы называются действующими или приложенными. Действующие силы должны быть известны (например, сила тяжести). Необходимо определить реакции в кинематических парах и уравновешивающий момент. Решение этих задач основывается на применении принципа Даламбера.

Постановка задачи силового расчета: для исследуемого механизма при известных кинематических характеристиках (известном законе движения) и внешних силах и моментах определить уравновешивающую силу или момент и реакции в кинематических парах механизма с целью последующего проведения расчёта на прочность элементов кинематических пар и звеньев механизма, а также правильно подобрать правильно мощность привода проектируемого механизма. При силовом исследовании механизма силами трения в КП пренебрегают.

Силовой анализ включает в себя  две основные задачи:

1. Определяются силы, действующие на звенья, и реакции в кинематических парах.

2. Определяется уравновешивающая сила (уравновешивающий момент силы).

При силовом анализе  дополнительно выясняют вопросы об уравновешенности механизма, износе его звеньев, о потерях на трение в отдельных кинематических парах, о коэффициенте полезного действия механизма в целом и др.

Различают следующие виды силового расчета:

1. Статический - для механизмов находящихся в покое или движущихся с малыми скоростями, когда инерционные силы пренебрежимо малы, или в случаях, когда неизвестны массы и моменты инерции звеньев механизма.

За уравнения статического равновесия принимаем:

å F_i =0;

å M_i =0;

где F_i  - внешние силы, приложенные к звеньям механизма,

M_i - внешние моменты сил, приложенные к звеньям механизма.

2. Кинетостатический без учета сил трения  - для движущихся механизмов при известных массах и моментах инерции звеньев, когда пренебрежение инерционными силами приводит к существенным погрешностям. За уравнения кинетостатического равновесия принимаем:

å F_i + å Ф _i =0;

å M_i + å M _{Ф i} =0;

где Ф_i - инерционные силы, приложенные к звеньям механизма,

M_Фi - моменты сил инерции, приложенные к звеньям механизма.

3. Кинетостатический с учетом сил трения - может быть проведен тогда,  когда определены характеристики трения в кинематических парах и размеры элементов пар.

В отличие от статического, кинетостатический расчёт механизмов без учета сил трения  наряду с внешними силами (движущими силами, силами полезных и вредных сопротивлений, силами тяжести) учитывает и силы инерции масс звеньев. Метод кинетостатики основан на принципе Даламбера, который применительно к механизмам можно сформулировать так: «если ко всем внешним силам, действующим на систему звеньев, добавить силы инерции, тогда под действием всех этих сил система звеньев может условно считаться находящейся в равновесии».

При данном виде расчета  кинематическая цепь  разбивается на группы Ассура. Расчет ведется путем последовательного рассмотрения условий равновесия  каждой  отдельной группы, начиная с наиболее удаленной от исходного механизма (ведущего звена) и последним расcчитывается ведущее звено.

Общий анализ свойств механизма можно получить путем исследования каждой группы Ассура через определённый угол поворота кривошипа (φ). В этом случае выявляется полная картина силового нагружения всех подвижных соединений механизма и звеньев за цикл движения машины.