Динамика машин и механизмов

ЛЕКЦИЯ 4

Экспериментальный метод кинематического исследования.

Метод преобразования координат (Манипуляторы)

При использовании метода преобразования координат задача о положении выходного звена решается путем перехода из системы, в которой это положение известно в систему, в которой его требуется определить. Переход от системы к системе осуществляется перемножением матриц перехода в соответствующей последовательности.

При экспериментальном исследовании кинематики механизмов кинематические характеристики звеньев и точек механизма определяются и регистрируются с помощью чувствительных элементов - датчиков, которые, используя различные физические эффекты, преобразуют кинематические параметры в пропорциональные электрические сигналы. Эти сигналы регистрируются измерительными самопишущими приборами (самописцами, осциллографами и др.). В последнее время для регистрации и обработки экспериментальных данных все более широко используются специальные или универсальные компьютеры.

 

Краткое содержание: Динамика машин и механизмов. Динамические параметры машины и механизма. Задачи динамики. Силы и их классификация. Механические характеристики двигателей и рабочих машин. Силы в КП без учета трения.

Динамика машин и механизмов.

Динамика - раздел механики машин и механизмов, изучающий закономерности движения звеньев механизма под действием приложенных к ним сил. Есть такое определение: "Динамика рассматривает силы в качестве причины движения тел".
В основе динамики лежат три закона, сформулированные Ньютоном, из которых следует:
Из первого закона: Если равнодействующая всех внешних сил, действующих на механическую систему равно нулю, то система находится в состоянии покоя.
Из второго закона: Изменение состояния движения механической системы может быть вызвано либо изменением действующих на нее внешних сил, либо изменением ее массы.

Из этих же законов следует, что динамическими параметрами механической системы являются:

  • инерциальные (массы m и моменты инерции I);
  • силовые (силы Fij и моменты сил Mij);
  • кинематические (линейные a и угловые e ускорения).

Основные задачи динамики машин.

1. Прямая задача динамики – по заданному закону движения входного звена определяют силы, действующие на механизм, в том числе и усилия, возникающие в КП. Эта задача решается в вашем 2 ДЗ «Силовой расчет» с применением кинетостатики (составляют уравнения силового равновесия с учетом сил инерции по принципу Д'Аламбера).

2. Обратная задача динамики - определение закона движения ведущего звена в зависимости от силового воздействия. Эта задача решается в самом объемном листе КП «Динамическое исследование основного механизма».

3. Балансировка и уравновешивание механизмов.

4. Виброзащита и виброизоляция.

Классификация сил, действующих в механизмах.

Силой называется мера механического воздействия одного материального тела на другое, характеризующая величину и направление этого воздействия. Т.е. сила - векторная величина, которая характеризуется величиной и направлением действия.

 

Все силы, действующие в механизмах, условно подразделяются на:

реальные расчетные
На самом деле присутствуют в работе механизма Силы, которые не суще­ствуют в реальности, а только используются в различных расчетах с це­лью их упрощения. Вво­дятся обычно равнодей­ствующей.
Внешние – приложенные к механизму извне, т.е. действующие на исследуемую систему со стороны внешних систем и совершающие работу над системой. Внутренние - дейст­вующие между звень­ями механической сис­темы Работа этих сил не изменяет энергии системы.
1. Движущие силы и моменты, со­вершающие положительную работу. Эти силы и моменты прикладывают к звеньям механизма, которые называют ведущими. 2. Силы и моменты сопротивления, совершающие отрицательную ра­боту - Силы полезного (технологического) сопротивления - возникающие при выполнении механической системой ее основных функций. Эти силы и моменты прикладывают к звеньям механизма, которые называют ведомыми. - Силы и моменты сопротивления среды (газа, жидкости) в которой движутся звенья механизма. Обычно малы по сравнению с другими, поэтому в дальнейшем их не учитываем. 3. Силы тяжести и упругости. . На отдельных участках движения механизма эти силы могут совершать как положительную, так и отрицательную работу, однако за полный кинематический цикл работа этих сил равна нулю, (за исключением тех случаев, когда сила тяжести является силой полезного сопротивления – механизмы подъемников, транспортеров эскалаторов и пр.) Активные силы 1. Силы реакций в КП.   где - номер звена, на которое действует сила (рассматриваемое), - номер звена, со стороны которого рассматривается действие (отсоединенное).   1. Силы инерции - пред­ложены Д’Аламбером для силового расчета под­вижных механиче­ских систем. При добав­лении этих сил к внеш­ним си­лам, действую­щим на систему, уста­навливается квазистати­ческое равно­весие сис­темы и ее можно рассчи­тывать, ис­пользуя урав­нения ста­тики (метод ки­нетоста­тики).     2. Приведенные (обобщенные) силы – силы, совершающие работу по обобщенной координате равную работе соответствующей реальной силы на эквивалентном перемещении точки ее приложения.  
4. Силы трения (диссипативные) - воз­никающие в месте связи в КП и оп­ределяемые условиями физико-ме­ханического взаимодействия между звеньями (работа всегда отрицательна, потери на силы трения уменьшают КПД механизма). Выводятся из класса внутренних сил.
       

 

Наибольшее влияние на закон движения механизма оказывают движущие силы и моменты, а также силы и моменты сопротивления. Их физическая природа, величина и характер действия определяются рабочим процессом машины или прибора, в которых использован рассматриваемый механизм. В большинстве случаев эти силы и моменты не остаются постоянными, а изменяют свою величину при изменении положения звеньев механизма или их скорости. Эти функциональные зависимости, представленные графически, или массивом чисел, или аналитически, носят название механических характеристик и при решении задач считаются известными.

При изображении механических характеристик будем придерживаться следующего правила знаков: силу и момент будем считать положительными, если на рассматриваемом участке пути (линейном или угловом) они производят положительную работу.

Механические характеристики двигателей и рабочих машин