Динамические параметры машин

{spoiler=Далее}

Динамические параметры машин

Различают инерционные и силовые параметры машин.

Инерционные параметры. К ним относятся массы и моменты инерции звеньев машин.

Масса – это мера инертности тела, совершающего поступательное движение. Масса обозначается буквой m и имеет размерность кг.

Момент инерции – это мера инертности тела, совершающего вращательное движение. Момент инерции обозначается буквой I и имеет размерность кгм².

Силовые параметры. К ним относятся силы и силовые моменты.

Сила обозначается буквой F, является векторной величиной и имеет размерность Н.

Силовой момент (или момент силы) обозначается буквой М, имеет размерность Нм и имеет два направления: по часовой стрелке и против часовой стрелки.

Различают внешние и внутренние силовые параметры. (В дальнейшем для упрощения будем говорить только о силах, учитывая, что то же самое относится и к силовым моментам).

Внешние силы, действующие на машину, делятся на силы двигателя, силы полезного сопротивления и силы тяжести. Рассмотрим их подробнее с точки зрения производимой ими работы.

Двигатель является источником механической энергии машины, поэтому, сила двигателя производит положительную работу:

>

Однако бывают исключения. На рис. 6.1а показано положение АВ₁С₁ кривошипно-ползунного механизма двигателя внутреннего сгорания во время рабочего хода. Расширяющаяся рабочая смесь давит на поршень с силой двигателя F_Д, которая двигает поршень вниз и через шатун поворачивает коленчатый вал по часовой стрелке. Направление силы совпадает с направлением скорости поршня, то есть, сила при рабочем ходе способствует движению, значит, ее работа положительна. Второе положение АВ₂С₂ механизма соответствует ходу сжатия. Рабочая смесь сопротивляется сжатию и по прежнему давит на поршень с силой двигателя (величина ее может быть другой, чем при рабочем ходе). Сила направлена вниз, а скорость поршня – вверх. Сила препятствует движению, значит, ее работа отрицательна, как это показано на рис. 6.1а. Конечно, величина отрицательной работы сил двигателя меньше, чем положительной и результирующая работа двигателя положительна; соотношение величин положительной и отрицательной работ влияет на к.п.д. двигателя. Заметим, что описанный случай относится только к поршневым двигателям внутреннего сгорания. Другие двигатели выполняют только положительную работу.

Рис. 6.1.

                Силы полезного сопротивления названы так, потому что именно для их преодоления и создана машина. Преодолевая эти силы, машина производит полезную механическую работу. Естественно предположить, что эти силы производят отрицательную работу:

<

Однако и здесь возможны исключения. На рис. 6.1б показана схема исполнительного механизма подъемного крана, состоящего из барабана с тросом, к которому подвешен груз. На груз действует сила его тяжести, которая для  подъемного крана является силой полезного сопротивления F_C, направленной вниз. Когда барабан вращается против часовой стрелки, происходит поднимание груза, то есть, его скорость направлена вверх. Сила F_C препятствует движению и, значит, производит отрицательную работу. Когда барабан вращается по часовой стрелке, происходит опускание груза и его скорость направлена вниз. Сила тяжести груза способствует движению, то есть, производит положительную работу.

         Силы тяжести звеньев машин направлены всегда вниз. Когда они способствуют движению звена, то производят положительную работу, когда препятствуют – отрицательную. Это показано на рис. 6.1в для вращающегося звена со смещенным относительно оси вращения центром масс. В общем, можно написать:

«

         Внешние силы, действующие на машину, вызывают появление внутренних сил – это силы взаимодействия звеньев в кинематических парах (силы реакции, или просто – реакции) и силы трения в них. Реакции R не оказывают влияния на движение машины, так как взаимно уничтожают друг друга: сила, с которой одно звено действует на другое, равна и противоположна силе, с которой второе звено действует на первое. Эти силы не производят работу:

Но именно эти силы, в сочетании с относительным движением звеньев, вызывают появление сил трения Т в кинематических парах. Трение всегда препятствует движению, поэтому работа сил трения всегда отрицательна:

<

Обычно в динамических расчетах работа трения оценивается при помощи к.п.д. машины.

{/spoilers}