Концепция комплексного расчета механизмов: от расчетной схемы - до вопросов прочности

 

(Concept of Integrated Mechanisms Calculation: from Calculation Scheme - to Strength Determination

Preprint, Inst. Appl. Math., the Russian Academy of Science)

СОДЕРЖАНИЕ

 

1.1	Основы концепции комплексного расчета механизмов……………………….......................................................................
2.	Исследование кривошипно-шатунного механизма по предложенной схеме……………………………………………………………………………………………………………………………….
	2.1.	Постановка задачи…………………………………………………………………………………………………….
	2.2.	Кинематический расчет……………………………………………………………………………………………….
	2.2.1.	Кинематический расчет с использованием понятий темы "Кинематика точки"…………………...………….……………………………………………………………………………..
	2.2.2.	Кинематический расчет с использованием понятий темы "Кинематика плоского движения"……………….………………........................................................................................................
	2.2.3.	Анализ полученных результатов……………………………………………………………………………….
	2.3.	Динамический расчет…………………………………………………………………………………………………
	2.3.1.	Использование принципа Даламбера для расчета механизма…….………………………………………………………………………………………………………..
	2.3.2.	Уравновешивание……………………………………….………………………………………………………
	2.4.	Прочностной расчет элементов механизма………………….………………………………………………………
	2.4.1.	Прочностной расчет кривошипного вала…………………………………………………………………….

 

 

ОСНОВЫ КОНЦЕПЦИИ КОМПЛЕКСНОГО РАСЧЕТА

МЕХАНИЗМОВ.

 

При описании методики за основу взят и подробно рассмотрен кривошипно-шатунный механизм. Обозначена область применения кривошипно-шатунного механизма, показаны различные исполнения таких механизмов - рычажные, в виде круговых звеньев.

На рис. 1 показана схема, согласно которой произведено исследование кривошипно-шатунного механизма. Для каждого этапа расчета составляется расчетная схема, отражающая главные факторы в поставленной задаче. Выбор расчетной схемы является первым шагом в проведении расчета [5].

Рис. 1. Схема исследования кривошипно-шатунного механизма

 

Основной особенностью расчетной схемы является то, что схемы одного и того же механизма могут быть разными, если они составлены для разных целей: для одного и того же объекта может быть предложено несколько расчетных схем в зависимости от того, какая задача решается в конкретном случае и от требуемой точности.

 

Согласно предложенной на рис.1 схеме основные этапы таковы.

 

Произведится расчет основных кинематических характеристик: скоростей и ускорений основных точек, угловых скоростей и ускорений всех звеньев методами теоретической механики. Построение расчетной схемы для кинематических расчетов начинается с анализа машиностроительного чертежа (размеры основных звеньев), паспортных данных (назначение механизма, принцип его работы, дополнительная информация о некоторых параметрах).

Выходные параметры кинематического расчета (а именно: линейные и угловые ускорения) будут одновременно являться входными параметрами для осуществления динамического расчета.

 

Исследование динамики машин или механизмов начинается с построения их динамических моделей. Этот этап является наиболее ответственным, т.к. от качества модели, ее адекватности исследуемому механизму зависит качество и достоверность получаемых результатов. Сложность построения динамической модели заключается в том, что она должна быть достаточно проста для математического описания и вместе с тем должна сохранять основные динамические характеристики изучаемой машины или механизма [8].

Произведенный динамический расчет (определение реакций, возникающих в опорах, от действия на механизм нагрузок) осуществлен при помощи принципа Даламбера (кинетостатики). При составлении расчетной схемы для динамического расчета методом кинетостатики учитываются полученные кинематические характеристики, все активные нагрузки (включая технологические), инерционные нагрузки, реакции, возникающие в опорах, характеристики двигателя (например, зависимость момента двигателя от угловой скорости вращения Мдв = f(nдв)). Выходные параметры динамического расчета (а именно: силы и моменты инерции, реакции в опорах) являются входными параметрами для прочностного расчета).

В рамках динамического расчета показано решение задачи об уравновешивании центробежных сил инерции, возникающих при вращении неуравновешенных масс, посредством установки противовесов. Найденные силы инерции противовесов используются в качестве данных, необходимых для осуществления прочностного расчета кривошипа (коленчатого вала).

Приведены примеры того, как используются выходные данные динамического расчета механизма в расчетах на прочность элементов. Рассмотрены расчеты кривошипа (коленчатого вала) по статическим нагрузкам и с учетом знакопеременной динамической нагрузки. Для проведения прочностного проверочного расчета требуется полная информация о геометрии звена и приложенных нагрузках.

 

Этап прочностных расчетов элементов механизма выходит за рамки теоретической механики, и является первым шагом к изучению общеинженерных дисциплин и специальных курсов. Этот этап призван дать обучаемым целостное представление о том, каким образом результаты динамического расчета, полученные с использованием методов теоретической механики, будут применяться в дальнейших расчетах на прочность. Акцентируется внимание на том, какие именно выходные данные динамического расчета будут являться исходными данными для расчетов на прочность, оговариваются принятые допущения для расчета, принципы составления расчетных схем.