книги из ГПНТБ / Тайнов А.И. Работа заданных сил в машинах учеб. пособие для студентов вузов

М И Н И С Т Е Р С Т В О ВЫСШЕГО И С Р Е Д Н Е Г О С П Е Ц И А Л Ь Н О Г О

ОБ Р А З О В А Н И Я Р С Ф С Р

ЯР О С Л А В С К И Й П О Л И Т Е Х Н И Ч Е С К И Й ИНСТИТУТ

А.И. ТАЙМОВ, Л. А. ТИМОШКИН

РА Б О Т А

З А Д А Н Н Ы Х СИЛ

ВМ А Ш И Н А Х

Научно-методическим Советом института рекомен­ довано в качестве учебного пособия для студентов вузов

Я Р О С Л А В Л Ь , Ш

ПР Е Д И С Л О В И Е

Всовременных курсах теории механизмов и машин большое внимание уделяется изучению вопросов динамики машин. В пер­ вую очередь сюда включаются вопросы силового расчета механиз­

Исходными данными, при всех этих расчетах и решениях задач динамики машин, являются внешние силы. Для машин — двигате­ лей таковыми будут движущие силы, для создания которых они по существу и предназначаются. Применительно к машинам всех ос­ тальных видов и типов к внешним силам относят силы полезных сопротивлений. Поэтому при решении любых задач динамики ма­ шин эти силы считаются заданными, так как они не вытекают и не являются следствием внутренних законов, связанных с движе­ нием звеньев механизма.

Но движущие силы и силы полезных сопротивлений обычно на­ ходятся в сложной функциональной зависимости от ряда факто­ ров, связанных с условиями работы машин, характером рабочего процесса, происходящего в них, видом и типом машины и т. д. По­ этому задача правильного учета указанных внешних сил является делом достаточно сложным.

Кроме того, эти исходные данные самым тщательным образом должны быть проанализированы и обработаны, так как в после­ дующем на основе их необходимо построить ряд диаграмм (при­ веденных моментов, работ и кинетических энергий), характеризую­ щих условия работы машин и устанавливающих закономерно­ сти изменения основных силовых параметров в продолжение всего цикла работы машины при установившемся движении.

Необходимо также отметить, что многие данные, полученные в результате обработки заданных сил механизмов и машин, в даль­ нейшем могут быть использованы при решении ряда задач дина­ мики. В частности, при установлении действительных законов дви­ жения звеньев механизма, установлении коэффициентов периоди­ ческой неравномерности хода машин, регулировании хода машин, расчете маховых масс и т. д.

3

выполнение которой и предназначена данная машина, приклады­ ваемые, как правило, к ведомым звеньям; силы веса звеньев обыч­

тяжести звеньев в процессе их движения; силы, связанные с сопро­ тивлением среды, возникающие в результате движения машин и механизмов. К внутренним силам машин и механизмов следует отнести силы инерции звеньев механизма, являющиеся по сущест­ ву, силами реакции масс па изменение направления и величины скорости движения, а следовательно, и возникаемые соответствен­ но только в процессе движения; силы нормальных и касательных

нах и механизмах, являются постоянными по величине и напраилению. К ним, в частности, относятся силы веса звеньев и других грузов, перемещаемых машинами и механизмами, силы полезных сопротивлений, например, при резании металла с постоянным се­ чением стружки ит. д. Другие же из сил, действующих в машинах,

его звеньев. К таким силам можно отнести, например, силы давле­ ния газа на поршень двигателя внутреннего сгорания или компрес­

двигателях внутреннего сгорания давлением газа в цилиндре, обыч­ но записываются при помощи специальных приборов, называемых

индикаторных диаграмм. Для электродвигателей заданным обычно

6

Эти силы или моменты обычно являются заданными, обусловлен­ ными требованиями технологического процесса. Однако, в виду большого разнообразия технологических процессов, выполняемых машинами и механизмами, в общем случае, зависимости Р„с и М„.. от положения звеньев, скорости и времени могут иметь различный

мимся с методами обработки этих диаграмм, для получения значе­ ний соответствующих усилий в зависимости от времени, положения ведомого или ведущего звена механизма. Рассмотрим также при­ емы приведения сил и моментов, вопросы определения их работы, построения графиков, характеризующих изменения работы и при­ ращения кинетической энергии машины и механизма в зависимо­ сти от времени или положения ведущего звена.

В заключение отметим, что в общем случае обработку инди­ каторных диаграмм и диаграмм сил полезных сопротивлений можно начинать с любого положения звеньев механизма. В конеч­ ном виде во всех этих случаях результаты получаются одинаковы­ ми. Только начало координат на всех последующих диаграммах будет размещаться каждый раз в разных точках. Поэтому, исходя из желания установить единообразие решения задачи, предвари­ тельно условимся обработку индикаторных диаграмм и диаграмм сил полезных сопротивлений во всех случаях начинать с крайних (нулевых) положений ведомых или ведущих звеньев механизма, совершающих соответственно либо возвратно-поступательное, либо качательно-колебательное движение. Указанное положение необ­ ходимо учитывать уже при кинематическом исследовании соответ­

Отметим также, что материалы обработки индикаторных диа­ грамм и диаграмм сил полезных сопротивлений обычно в дальней­ шем используются для решения ряда задач динамики машин и ме­ ханизмов. В частности, они могут быть использованы для уста­ новления истинных законов движения ведущих звеньев механизма, степени неравномерности их движения, при расчете и определении маховых масс, необходимых для соответствующего регулирования периодической неравномерности хода машин и т. д. Поэтому для получения однозначных конечных результатов во всех случаях, удобных для последующего их использования при решении соот­ ветствующих задач динамики, условимся также обработку инди-

7

каторных диаграмм проводить, начиная с основного рабочего про­ цесса притока движущих сил, а обработку диаграмм сил полезных сопротивлений — с холостого хода, т. е. тоже начиная с процесса накопления кинетической энергии. При этих условиях, как уви­ дим ниже, всегда будут получаться графики работ и кинетических энергий машин и механизмов, удобные для последующего их ис­ пользования при решении тех или иных задач динамики машин. Это означает, что указанные здесь условия обработки диаграмм и диаграмм сил полезных сопротивлений приводят к однозначному решению задачи.

2. ОБРАБОТКА ИНДИКАТОРНОЙ ДИАГРАММЫ ДВУХТАКТНОГО ОДНОЦИЛИНДРОВОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Рассмотрим рабочий процесс одноцилиндрового двухтактного двигателя внутреннего сгорания. Пусть основным механизмом та­

показано контурными линиями, а остальные одиннадцать его по­ ложений— тонкими линиями. Причем, за нулевое положение меха­

Будем также считать, что при кинематическом анализе этого механизма, графическим путем или аналитическим, определены скорости и ускорения узловых точек для всех положений механиз­ ма. Следовательно, известными здесь являются такие кинематиче­ ские параметры механизма, как VА и VB для всех положений точек

А я В.

Рис. 1

8

кг.

дим горизонтальную прямую, крайнюю левую точку которой при­ нимаем за нулевую. Затем, из нулевой точки под некоторым углом б (в пределах 30—45°) проводим наклонную прямую, накоторую переносим деления, полученные при разметке траектории точки В

занимает крайнее правое положение. Аналогичное положение эта точка должна занимать и на горизонтальной прямой, проведенной из нулевой точки ниже оси абсцисс диаграммы. Поэтому точку 6 на горизонтальной прямой и отрезке Я соединяем наклонной пря­ мой, представляющей собою линию проектирования точки 6. Ана­ логичным образом, проведя наклонные прямые, параллельные прямой 6—б, спроектируем на горизонтальную прямую все точ-

9