Складаємо рівняння моментів всіх сил відносно полюса

SM_Pv=0;

З цього рівняння знаходимо F_зр:

Порівнюючи значення F_зр, отримане з розрахунку ведучої ланки методом плану сил й методом " важеля Жуковського", знаходимо помилку:

.

Так як при графоаналітичному методі розрахунку помилка допускається до 5% - 7%, то отриманий результат цілком допустимий.

5. ДИНАМІКА МАШИН. РЕЖИМИ РУХУ МАШИНИ

Вивчаючи розділи кінематики і кінетостатики плоских важільних механізмів, ми користувалися методами визначення прискорень, вважа­ючи, що ведуча ланка рухається з постійною кутовою швидкістю, тобто вважали, що . Це значно спростило розв'язування цих задач.

В реальних механізмах ведуча ланка, як правило, рухається нерівномірно. Це наочно показує тахограма руху головного вала маши­ни /діаграма залежності кутової швидкості , від часу руху t/.

На осі абсцис тахограми при роботі машини від моменту початку руху до

моменту зупинки можна виділити три характерні проміжки: час розбігу t _p /пуску в рух/, час усталеного руху t _у.р. /робочий режим механізму/ і час вибігу t _в /зупинки/ механізму.

Під час розбігу кутова швидкість головного вала зростає від нуля до _c, під час усталеного руху коливається від _max до _min, проходить через середнє значення, змінюючись періодично, а під час вибігу зменшується до нуля.

Відповідно розрізняють і три режими роботи машини: розбігу, усталеного руху і вибігу; на відміну від.режиму усталеного руху, два інших називаються перехідними.

Повний час руху машини

Час циклу – це проміжок часу, протягом якого кутова швидкість го­ловного вала досягає свого початкового значення, пройшовши через _max і _min. Час циклу може відповідати одному або двом обертам кривошипа /залежно від того, дво- чи чотиритактний двигун/.

Режими руху машини залежать від діючих сил і мас машин. Одні машини працюють тільки в двох режимах: розбігу та вибігу, інші ма­ють три - включаючи режим усталеного руху.

5.1. Основне рівняння руху машини

Розглянемо, як з точки зору динаміки характеризуються, режими руху машини.

Оскільки в механізмах і машинах в’язі двосторонні і від часу не залежать, то для характеристики-руху машини можна скористатися законом зміни кінетичної - енергії матеріальної системи:

,

де - абсолютне значення роботи рушійних сил; - абсолютне значення робіт сил опору; - приріст кінетичної енергії меха­нізму за деякий проміжок часу t.

Як відомо, робота сил опору

,

де -робота сил корисного опору, для подолання яких побудована/призначена/машина; - робота сил шкідливого опору, які долає машина, хоч призначена вона для виконання іншої /корисної/ роботи;
- робота сил ваги, в одному випадку /при підйомі ланок до гори/, вона негативна, як і робота шкідливого опору, а в іншому /при опу­сканні ланок донизу/ - позитивна. За цикл робота сил ваги дорівнює нулю.

Коротко основне рівняння руху машини можна сформулювати так:

Зміна кінетичної енергії дорівнює сумі робіт сил рушійних і опору.

Іноді це рівняння називають рівнянням у вигляді кінематичної енергії /стара назва - у вигляді живих сил/.

5.2. Зрівноважування обертових мас.

У сучасних машинах і приладах застосовується велика кількість ланок, що обертаються навколо власної осі. Це, наприклад, вали ма­шин і приладів, шпинделі верстатів, ротори електродвигунів, турбін, центрифуг, колінчасті вали, кулачки, ексцентрики та інші ланки.

Навіть тоді, коли ланка є геометричне правильним тілом обертан­ня /вал, шпиндель, ротор, барабан/, при роботі машини на великих швидкостях виникають значні динамічні навантаження на елементи кіне­матичних пар, зумовлені неоднорідністю та пористістю матеріалу ланки, неточністю виготовлення і складання вузлів, спрацювання елементів кінематичних пар. Ще більших значень досягають незрівноважені маси і сили в кінематичних парах при обертанні колінчастих валів, кулач­ків, ексцентриків, дисків з несиметрично розміщеними виступами чи отворами для кріплення інших деталей.

Незрівноважені маси з’являються і при виконанні технологічних процесів або при порушенні їх. Так, у деяких технологічних, металур­гійних, будівельних, текстильних, харчових та інших машинах дово­диться зрівноважувати ланки зі змінною масою. Це може бути барабан, з якого змотується або на який намотується дріт, трос, сталева, текстильна, паперова, ізоляційна стрічка. В інших машинах частота обертання - перевищує першу, другу та третю критичні /швидкість, тому ротори турбогенераторів електричних, авіаційних та інших машин ста­ють гнучкими і їх треба зрівноважувати в трьох і більше площинах корекції.

Зрівноважуванню обертових мас і балансуванню в техніці остан­нім часом надається велике значення у зв’язку зі зростанням швидкостей руху ланок машин. Це одна з особливостей технічного прогресу.

6.ТЕРТЯ В КІНЕМАТИЧНИХ ПАРАХ.

Останніми десятиліттями виділилась окрема галузь науки про тертя – триботехніка. Триботехніка - це наука про контактну взаємо­дію твердих тіл при їх відносному русі, яка охоплює весь комплекс питань про тертя, спрацювання і змащування машин. У триботехніці швидко розвиваються такі її розділи, як трибохімія, трибофізика і трибомеханіка. Дивний феномен природи - тертя! Воно подарувало люд­ству вогонь і тепло, можливість раптово зупинити потяг чи автомо­біль, прискорити в десятки тисяч разів хімічну реакцію, записати голос людини на платівку, почути голос скрипки й багато іншого.

Ми вивчатимемо лише тертя в кінематичних парах механізмів як опір, що виникає в них при русі навантажених ланок однієї відносно іншої. Дуже складне явище - тертя - вивчається спрощено. Для пояс­нення його користуються двома гіпотезами - механічною та молекуляр­ною. Згідно з першою гіпотезою тертя виникає в результаті деформа­ції невеликих виступів і западин, що є на елементах кінематичних пар, як би добре не були вони оброблені..

Ці деформації можуть бути пружними й непружними, залежно від величин заданого навантаження, прикладеного до ланок, а отже, і до поверхонь тертя, швидкості відносно руху, фізичних властивостей ма­теріалу ланок, його дружності, характеру і якості контактних повер­хонь тощо.

Згідно з другою гіпотезою виникнення сил тертя пояснюється від­ривом молекул, що перебувають у контакті, і виникненням нових моле­кулярних контактів ланок при відносному їх русі.

6.1. Види тертя

Залежно від характеру відносного руху ланок, що створюють кі­нематичну пару, розрізняють тертя трьох видів:

І/ Ковзання, що виникає в нижчих обертових і поступальних кі­нематичних парах У класу /підшипники ковзання, напрямні верстатів, приладів та інших машин/;

2/ кочення, що виникає у вищих кінематичних парах /шарикові та роликові підшипники, шарові та роликові опори, колеса тощо/.

З/ вертіння, що виникає в тому разі, коли можливий відносний рух тіл у формі обертання навколо спільної нормалі в точці дотику,

Залежно від наявності мастила між поверхнями тертя розрізняють тертя ковзання п’яти видів:

І/ чисте /сухе/ тертя, що виникає на поверхнях, вільних від мастила, чи будь-яких сторонніх речовин;

2/ граничне, коли поверхні тертя розділяє шар мастила завтовш­ки не більше 0, 1 мкм;

З/piдинне, за якого поверхні повністю розділені шаром змащу­вальної речовини;

4/ напівсухе /змішаного типу/ одночасно сухе і граничне /деякі виступи шорсткої поверхні сухі, не змащені, а інші - в мастилі ша­ром не більше 0, 1 мкм/.

5/ напіврідинне - одночасно рідинне і граничне.

7. ККД МАШИНИ

Для оцінки досконалості машини з точки зору підведеної до неї і корисно використаної енергії введено поняття коефіцієнта корисної дії машини.

Механічний ККД називається відношення абсолютної величини ро­боти сил корисного опору до роботи всіх рушійних сил за час устале­ного руху:

За повний цикл усталеного руху робота рушійних сил дорівнює ро­боті сил опору:

,

де А _к.о - робота сил корисного опору /робота сил виробничих опо­рів/;

А_т - робота сил тертя.

Оскільки

,

то

,

де - коефіцієнт втрат у машині.

Чим менша в машині робота сил тертя, тим менший коефіцієнт втрат і тим досконаліша машина в енергетичному відношенні. Оскільки в жодній машині або механізмі робота сил тертя практично не може до­рівнювати нулю і коефіцієнт , то ККД машини завжди менший за одиницю, тобто .

7.1. ККД механізмів і машин, з'єднаних послідовно.

Прикладом послідовного з'єднання механізмів у машині може служити металорізальний токарний верстат: електродвигун - пасова пере­дача - гітара - коробка швидкостей - шпиндель. Другий приклад: топ­ка - котел - трубопроводи - парова машина - технологічна машина.

Зрозуміло, що при послідовному з'єднанні механізмів корисна ро­бота на виході попереднього механізму чи машини буде роботою рушій­них сил для наступного.

Визначимо ККД кожного механізму:

........

Перемножимо ліві та праві частини цих рівностей:

8. КУЛАЧКОВІ МЕХАНІЗМИ

Кулачкові механізми застосовують, коли треба, щоб рух веденої ланки, її швидкість і прискорення змінювалися за певним, наперед заданим законом, і ведена ланка зупинялася. У триланковому кулачко­вому механізмі рухомі ланки між собою утворюють вищу кінематичну пару, а зі стояком - нижчі.

У практиці машинобудування застосовують плоскі і просторові кулачкові

б/ силове /з допомогою пружин, гідравлічних або пневматичних пристроїв/.

Тільки в цих випадках штовхач описуватиме той закон руху, за яким окреслено профіль кулачка, бо при високих швидкостях кулачка прискорення штовхача великої сили інерції можуть відкинути його від кулачка. Тому кулачок механізми,

У цих механізмах кулачок обертається рівномірно навколо осі в одному і тому самому напрямі, а штовхач рухається зворотно-поступально вгору і вниз або вправо і вліво.

Між кулачком і штовхачем розміщений ролик для зменшення тертя і зносу /тертя ковзання замінено тертям кочення/. Ролик і кулачок створюють віщу кінематичну пару. На рисунках показано: кулачок 1, ролик 2, штовхач 3, _t пружину 4, стояк 5..

8.1. Замикання вищих кінематичних вар

Для постійного дотику кулачка до штовхача /ролика/ застосовують замикання кінематичної пари двох видів:

а/ конструкційне /ролику пазу/; може зробити кілька обертів, доки силами ваги штовхач знову притиснеться до кулачка. Замикання виключає відрив штовхача від кулачка і забезпечує постійний їх дотик.

8.2. Фазові кути кулачкового механізму /фази руху штовхача, профільні кути кулачка/

- фазовий кут віддалення штовхача - кут, повороту кулачка, коли штовхач віддаляється від кулачка;

- фазовий кут далекого вистою /зупинки/ штовхача - кут обертання кулачка, коли штовхач стоїть у верхньому далекому від кулачка положенні;

- фазовий кут повернення штовхача - кут повороту кулачка, під час якого штовхач повертається в крайнє нижнє положення до кулачка;

- фазовий кут ближнього вистою /нижньої зупинки/ штовхача - кулачок обертається, а штовхач стоїть нерухомо внизу.

У центральних кулачкових механізмах кути профілю кулачка І фа­зові кути його повороту збігаються, у зміщених - ні.