Механизмдерді динамикалық талдаудың негізгі механизмдері

Механизмнің үзбелеріне әсер ететін күштер және үзбенің қозғалысы кезіндегі пайда болатын күштерді біз қарастырмаймыз. Осыдан киенематикалық талдау кезінде механизмдер қозғалысын зерттеу механизмдер құрылысын және олардың үзбелерінің өлшемдерінің өзара геометриялық ара қатынасын ғана есепке алады.

Механизмді динамикалық талдаудың өзінің есебі бар:

а) сыртқы күштің әсерін қарастыру, үзбелерінің салмақ күшінің әсері, механизм үзбелеріне, үзбе элементтеріне, кинематикалық жұптарға үйкеліс күші мен салмақ күшінің әсерін және қозғалмайтын тіреулер мен механизмнің қозғалысы кезіндегі пайда болатын динамикалық әсерлерді азайту әдістерін қондыруды қарастыру;

б) берілген күштің әсерінен механизмнің қозғалыс режимін қарастыру және механизм қозғалысының берілген режимдерін қамтамасыз ететін әдістерді қондыруды қарастыру.

Бірінші есебі механизімдерді күштік талдау деп қарастырады, ал екінші есебі механизмдер динамикасы деп аталады.

Механизмдерді техникалық талдауға қажетті техникалық мағынасы бар басқа есептер қатары енуі мүмкін, әсіресе: механизмдердегі тербелістер теориясы, механизмдер үзбелерінің соғысуы туралы есебі және тағы басқа.

Көрсетілген механизмдер динамикасының есебінің бірінші мақсаты механизмдер үзбелеріне әсер ететін сыртқы белгісіз күштерді анықтау және механизмдер қозғалысы кезінде кинематикалық жұпта пайда болатын реакцияларды анықтау болып табылады.

Сыртқы күштерге мысалы, бу қозғалтқышы, компрессор механизімінің поршеніне әсер ететін жұмыстық қоспа қысымы (газ немесе сұйықтық қоспасы), жұмыстық механизмнің білігінде электрқозғалтқышының әсерінен пайда болатын айналу моменті және тағы басқалар жатады. Кейбір күштер механизм қозғалысының нәтижесінде пайда болады. Оған мысалы қозғалыс кезіндегі үйкеліс күші, ортаның кедергі күші жатады. Ал кейбір күштер, мысалы кинематикалық жұптағы динамикалық реакциялар, үзбелердің инерциясының нәтижесінің қозғалысы кезінде пайда болады.

Күш табиғатын түсіну үшін теориялық қана емес, сонымен қатар эксперименталды зерттеуді қажет етеді. Қазіргі өлшеу құрылғылары арқылы бөлек механизм үзбелеріне әсер ететін әртүрлі күштерді дәл анықтауға болады және олардың әртүрлі факторларға тәуелділігін анықтауға болады.

Егер механизм үзбелеріне әсер ететін сыртқы күштер белгілі болса және ол буындардың қозғалыс заңдылығы белгілі болса, онда кинематикалық жұптағы байланыс реакциясы мен үйкеліс күштерін, ортаның кедергі күшін, механизмнің қозғалысы кезінде пайда болатын үзбе инерциясының күшін және басқа күштерді анықтауға болады және осы нәтижелер арқылы механизмнің күштік есебін жүргізуге болады.

Екінші есебінің мақсаты берілген машина немесе механизм қозғалысын жүзеге асыруға қажетті қуатын анықтау және механизмге әсер ететін әртүрлі күшпен байланысты жұмысты орындауға осы қуатты тарату заңдылығын үйрену және машина немесе механизмнің пайдалы жұмысына жұмсалатын жалпы энергия дәрежесінің қолданылуын сипаттайтын пайдалы әсер коэффициентінің көмегімен механизмнің салыстырмалы бағасы туралы сұрақты шешуді анықтау болып табылады. Бұл есепке тағы механизмнің ақиқат қозғалысын, оның қозғалыс режимі туралы есептер, сонымен қатар машина немесе механизм қозғалысы жұмыстық процестің талапты шартына жақын болу үшін машина немесе механизмнің үзбелерінің өлшемдері, салмақтары және күштері ара-қатынасын таңдау туралы сұрақ қарастырылады.

Бұл есеп машина қозғалысының теориясы немесе берілген күштердің әсерінен болатын механизм деп аталады.

Механизмнің күштік есептерін қарастыру. Жоғарыда қарастырғанымыздай механизмдердің күштік есебі механизмнің қозғалысы кезінде жеке үзбелерге әсер ететін күштерді анықтау болып табылады. Механизімнің әртүрлі үзбелеріне әсер ететін күштерді біле отырып, тетіктің төзімділігі үшін құраушы үзбелердің өлшемдерін, олардың формаларын таңдауға болады.

Техникада тезжүргіш машиналардың пайда болуына дейін, механизмде күшті анықтау механизм қозғалысы кезінде пайда болатын қосымша күштерді ескермеу арқылы анықталды. Ондай есептеулер статикалық есептеулер деп аталды. Тезжүргіш машинаның пайда болуына байланысты механизм қозғалысы кезіндегі пайда болатын күштерді ескеру қажет болды. Енді статикалық және динамикалық әсерлерді ескере отыратын есептер динамикалық есептеулер деген атқа ие болды.

Механизмнің қозғалысы кезінде әртүрлі үзбелеріне әсер ететін күшті анықтау тек қана барлық механизм үзбелерінің қозғалысының заңдылығы белгілі болған жағдайда және механизмге негізделген сыртқы күштер белгілі болған жағдайда мүмкін болады. Сондықтан динамикалық есептеудің жалпы есебі мен жаңа машина және механизмді жобалауды құраушы екі бөлікке бөледі. Алдымен ол механизмнің жетелеуші үзбесінің қозғалысының заңдылығына және сыртқы күштеріне жақын заңдылықтарына беріледі, соған байланысты барлық қажетті есептеулерді анықтайды және сол бойынша үзбелердің қажетті өлшемдерін, салмақтарын және инерция моменттерін келтіреді. Бұл есептің бірінші бөлігі. Осыдан соң құраушы есептің екінші бөлігін шешуге кіріседі, нақтылай айтқанда әртүрлі күштер негізделген жобаланған механизмнің ақиқат қозғалысын зерттеу болып табылады. Механизм қозғалысының ақиқат заңдылығын анықтай отырып, құраушы алда келтірілген есептеуге барлық қажетті түзетулер мен қосуларды енгізеді.

Механизмдердің күштік есептеуі әртүрлі әдістермен жүргізілуі мүмкін. Машина және механизм теориясында қатты заттардың тепе-теңдігі теңдеуіне негізделген механизімді күштік есептеу әдісі кең қолданыс алды.

Бұл әдістің негізі динамика теңдеуінің есебін Даламбер арқылы шешу кезіндегі әдіске ұқсайды.

Механизмде қолдануда әдіс мағынасы былай айтылуы мүмкін: егер механизм үзбесіне әсер ететін барлық сыртқы күшке инерция күштерін қоссақ, онда барлық осы күштердің әсерінен үзбені шартты түрде тепе-теңдікте деп қарастыруға болады. Бұл күштердің бағыттары қарастырып отырған нүктелердің үдеулерінің бағыттарына қарама-қарсы. Алынған жүйе үшін тепе-теңдік теңдеулерін құра отырып және оларды шешіп механизм үзбелеріне әсер ететін және оның қозғалысы кезінде пайда болатын күштерді анықтаймыз. Күш инерциясын қолдану арқылы және динамикалық тепе-теңдік әдісін қолдану арқылы механизімнің күштік есептеу әдісі кейде механизімдерді кинетостатикалық есептеу деп аталады.

Механизм үзбелеріне әсер етуші күштер. Механизмнің жұмысы кезінде үзбелеріне сыртқы берілген күштер әсер етеді, нақтылағанда: қозғалу күштері, өндірістік кедергі күштері, ауырлық күштері және тағы басқа. Сонымен қатар механизм қозғалысы кезінде кинематикалық жұпта байланыс реакциясы нәтижесінде осы реакциялардың құраушылары ретінде қарастыруға болатын үйкеліс күштері пайда болады. Кинематикалық жұптағы реакциялар барлық механизмге байланысты үйкеліс күші сияқты ішкі күштер болып саналады, бірақ кинематикалық жұпқа кіретін әрбір үзбеге байланысты сыртқы күштер болып табылады.

Кинематикалық жұптағы реакциялар механизм үзбелеріне әсер ететін сыртқы берілген күштердің әсерінен ғана емес, сонымен қатар үдеуі бар жеке салқты механизмнің қозғалысының нәтижесінде де пайда болады.

Үдеуі бар үзбе қозғалыстарынан пайда болатын құрастырушы реакцияларды кинематикалық жұптағы қосымша динамикалық қысым деп есептеуге болады.

Механизмде қозғалыс күштері ретінде жетекші үзбенің қозғалысын жылдамдатуға тырысатын күштерді айтамыз. Немесе қозғалыс күштері деп механизм буындарына енгізілген және дұрыс жұмысты орындайтын күштерді айтамыз.

Механизмде кедергі күштері деп жетекші үзбенің қозғалысын азайтуға тырысатын күштерді айтамыз. Немесе кедергі күштері деп механизм буындарына енгізілген және дұрыс емес жұмысты орындайтын күштерді айтамыз.

Өндірістік кедергі күштері деп немесе пайдалы кедергі күштері деп технологиялық процесті орындауға қажетті жұмысты орындайтын кедергі күштерін айтамыз.

Өндірістік емес кедергі күштері деп немесе зиянды кедергі күштері деп пайдалы кедергі жұмыс үшін қажетті қосымша жұмыс істеуге тура келетін кедергі күштерін айтамыз.

Мысалы, ішкі жану қозғалтқышында қозғалыс күші поршенге әсер ететін газ қысымы болып табылады. Кедергі күштері: цилиндрдегі және подшипниктегі үйкеліс күші, ауа кедергісі және қозғалтқыштың көмегімен қозғалатын машинаның кедергісі. Және қозғалтқыштың көмегімен қозғалатын машинаның кедергісі өндірістік кедергі болады, ал үйкеліс күші, ауа кедергісі және тағы басқалар өндірістік емес кедергілер болады.

Жұмыс істеу үстінде механизмге қозғаушы күштер мен кедергі күштер әсер етеді. Жалпы жағдайда бұл күштер айнымалы болып табылады. Механизм қозғалысының динамикасын зерттегенде оның үзбелерінің қозғалыс заңын анықтау қажет.

Бұл мәселені шешу үшін кинетикалық энергияның өзгеруі жайлы теореманы (заңды) пайдалануға болады.

Қозғаушы күш пен кедергі күштерінің жұмысын анықтау үшін күштердің шамасын ғана біліп қоймай, сонымен бірге күштердің түскен нүктелері мен бағыттарын да білу қажет. Үзбелердің кинетикалық энергиясының шамасын анықтау үшін мынадай қатынасты пайдалануға болады:

Жоғарыда айтылғандардан механизм қозғалысы жөніндегі мәселені шешу үшін жалпы жағдайда (2.27) теңдеуді қолдану өте қолайсыз екенін байқадық, өйткені бұл жағдайда әртүрлі көп қатынастарды қарастыруға тура келеді.

Бұл ыңғайсыз жағдайды келтірілген күштер мен массаларды пайдалану арқылы жоюға болады. Мұнда барлық (2.27) теңдеуді пайдаланбай ақ оның үзбелерінің тек бірінің ғана қозғалыс заңын анықтаса жеткілікті. Бұл жағдайда келтірілген масса (инерция моменті) мен келтірілген күштерді (күштер моментін) қарастыру керек. Лездік кинетикалық энергиясы механизмнің барлық үзбелерінің лездік кинетикалық энергиясына тең шартты массаны келтірілген масса деп атайды.

Лездік қуаты механизмге сырттай әсер етуші барлық күштердің қуатына тең шартты күшті келтірілген күш деп атайды. Егер таңдап алынған үзбенің массасын келтірілген массаға тең деп алсақ оның келтірілген күш әсерінен пайда болған қозғалыс заңы сол үзбенң нақты қозғалыс заңына сәйкес болады. Шартты күш әсер еткен және келтірілген массасы бар үзбе келтіру үзбесі деп ататлады. Шартты күштер және шартты масса шоғырланған келтіру үзбесінің нүктесі келтіру нүктесі деп аталады.

Сонымен, келтірілген күштер мен массалардың әдістері механизмді келтірілген күштер мен келтірілген күштер моменті әсер ететін динамикалық эквивалентті материалды нүктемен ауыстыруға мүмкіндік туғызады.

Келтірілген масса мен келтірілген күштер айнымалы шама болып табылады және оларды механизмнің әр бір орналасу жағдайы үшін жеке жеке анықтау қажет.