Составление физической модели машины

Общие положения

Всякая машина состоит из двигателя, передачи и исполнительного органа или механизма. Для определения действующих нагрузок целесообразно действительные схемы машин представлять в виде физических моделей, т.е. в приведенном виде.

В зависимости от целей исследований и конструктивных особенностей машин приведенные расчетные схемы содержат одну массу или систему сосредоточенных масс (две, три, иногда четыре), соединенных упругими звеньями, или распределенных в пределах определенных участков.

Приведенные массы могут быть по величине постоянными или переменными. Жесткость упругих звеньев и внешние силы (движущие силы и силы сопротивления) в общем случае являются переменными, зависящими от положения элементов системы и места их нагружения или скорости ведущего элемента. В некоторых случаях внешние силы выражаются в функции времени.

Точки приведения обычно выбирают в местах расположения основных масс механизма. Приведенные значения масс, находящихся по одну сторону от упругого элемента, для которого определяется расчетная нагрузка, складывают.

Рис. 1. Одномассовая система:

M₁ – момент привода; M₂ – момент сопротивления;

I₁ – приведенный момент инерции масс; с – приведенная жесткость элементов системы.

В качестве примера составления двухмассовой физической расчетной модели можно рассмотреть прокатный стан кварто (рис. 2).

В этом случае один из приведенных моментов инерции масс I₁ будет состоять из приведенных значений моментов инерции масс якоря двигателя, муфт, вращающихся частей редуктора и шестеренной клети. Моменты инерции масс шпинделей могут быть отнесены к ведомой приведенной массе, включающей рабочие и опорные валки. В такой схеме дальнейшие расчеты позволят определить наибольшую из возможных нагрузок на шпинделях.

Если в состав механизма в процессе его работы входят вращающиеся и поступательно движущиеся массы, физическую модель можно представить как в виде совокупности приведенных масс, так и в виде совокупности приведенных моментов инерции масс (рис. 3).

Переход от массы к моменту её инерции и обратно будет рассмотрен ниже.

К внешним нагрузкам машины относятся силы и моменты сил, которые оказывают сопротивление движению машины или её элементов.

Рассмотрим механизм, состоящий из двигателя и передач (рис. 4).

Требуется привести все моменты к концам вала III. Тогда приведенный момент с левой стороны вала III будет равен

,

а с правой

.

Для вала II аналогично получим

,

.

Здесь , , – моменты сопротивления вращению на соответствующих валах. Если внешние нагрузки выражены в виде сил и моментов, то приведенное значение должно быть одноименным (в виде только сил или только моментов).

Силы в виде моментов или моменты в виде сил выражают через соответствующие радиусы приведения.

Например, силы сопротивления P передвижению тележки (рис. 5) необходимо привести к валу двигателя и выразить в виде момента.

Рис. 5. Схема механизма передвижения тележки

Радиус приведения в данном случае равен радиусу ходового колеса R, а приведенный момент

.