Динамические характеристики механизмов с жесткими звеньями, страница 2

Переменные силы, действующие на корпус машины, могут вызывать ряд явлений вибрационного характера (колебания корпуса как твердого тела относительно фундамента, упругие колебания корпуса, вибрация здания, в котором установлена машина, и т. п.); в связи с этим способность механизма возбуждать переменные силы, действующие на корпус, называется его внешней виброактивностью. Снижение внешней виброактивности отдельных механизмов и машин в целом является одной из наиболее актуальных задач современного машиностроения, поскольку вибрации приводят зачастую к резкому снижению качества работы механизмов и машин, их прочности, надежности и долговечности. Снижение внешней виброактивности машин стало в последнее время и важнейшей социальной задачей. Вибрации машин, воздействуя на людей, работающих на этих машинах, приводят к нарушению их трудоспособности, а при длительном воздействии оказываются опасными для здоровья человека.

Уравновешивание механизмов и машины. Одним из методов уменьшения виброактивности механизмов и машин является уравновешивание механизмов. Механизм называется уравновешенным, если его переменные во времени внешние реакции при любом законе движения образуют в каждый момент времени уравновешенную систему сил. Отметим, что уравновешенный механизм может воздействовать на стойку постоянными силами. Такие постоянные во времени реакции могут вызываться, например, силами тяжести. Рассмотрим некоторый механизм, имеющий  подвижных звеньев, законы движения которых являются заданными. Составим для каждого из этих звеньев уравнения кинетостатики

                                          (6.7)

Здесь  - сумма внешних активных сил, приложенных к -му звену;

 - сумма внутренних активных сил, то есть сил взаимодействия между звеньями;

 - главный вектор сил инерции звена;

 - сумма сил, воздействующих на звено со стороны стойки;

 - сумма внутренних реакций связей, то есть сумма сил, действующих на  - е звено со стороны других подвижных звеньев;

, , , ,  - главные моменты соответствующих сил относительно некоторого центра . Сложим уравнения (6.7), соответствующие всем  от 2 до . В соответствии с третьим законом Ньютона

;  ; ; ,                       (6.8)

поскольку силы взаимодействия каждой пары подвижных звеньев равны по величине и противоположны по направлению. Таким образом получаем

;  .                                (6.9)

Для уравновешивания механизма в соответствии с принятым определением необходимо и достаточно выполнение условий

; .                                                               (6.10)

Из (6.9) следует, что для этого должны выполняться условия

;  ,                                           (6.11)

то есть внешние активные силы и силы инерции звеньев механизма должны в совокупности составлять уравновешенную систему сил.

Внешние реакции механизмов, действующие на корпус машины, передаются и на основание, на котором эта машина установлена. Поэтому внешняя виброактивность машины обуславливается внешней виброактивностью его механизмов. Однако, формулируя условия уравновешенности машины, следует иметь в виду, что во многих случаях активные силы, приложенные к звеньям механизма, оказываются по отношению к машине в целом силами внутренними. Так, например, к входному звену механизма, показанного на рис.6.3, приложена обобщенная движущая сила ; равная и противоположная ей сила  действует, в соответствии с третьим законом Ньютона, на статор двигателя и, если двигатель установлен на корпусе машины, - на этот корпус. На корпус будет действовать момент  , равный и противоположный моменту сил сопротивления, если источник этих сил связан с корпусом машины. Внутренней по отношению к машине в целом окажется и упругая сила пружины , показанная на рис.6.3, поскольку противоположная ей сила  приложена к корпусу. Внутренними являются давления газов, возникающие в компрессоре или двигателе внутреннего сгорания: сила  приложена к поршню, а сила  передается на корпус через цилиндр, к стенке которого она приложена.