Силы и пары сил (моменты), которые приложены к механизму или машине, можно разделить на группы:
1. Движущие силы и моменты, совершающие положительную работу (приложенные к ведущим звеньям).
2. Силы и моменты сопротивления, совершающие отрицательную работу:
- полезного сопротивления (совершают требуемую от машины работу и приложены к ведомым звеньям),
- силы сопротивления.
3. Силы тяжести и силы упругости пружин (как положительная, так и отрицательная работа).
4. Силы и моменты, приложенные к корпусу или стойке извне (реакция фундамента и т.п.), которые не совершают работу.
5. Силы взаимодействия между звеньями, действующие в кинематических парах.
6. Силы инерции звеньев, обусловленные массой и движением звеньев с ускорением, могут осуществлять положительную, отрицательную работу и не совершать работы.
Силы в зацеплении прямозубой цилиндрической передачи
В зацелении прямозубой цилиндрической передачи действует нормальная сила, направленная по линии зацепления как общей нормали к поверхностям зубьев (реальная сила).
Силы, действующие в зацеплении, принято прикладывать в полюсе зацепления. Нормальную силу переносят в полюс и раскладывают на составляющие.
- окружную силу,
- радиальную силу.
Трение в механизмах и машинах
При исследовании физических основ явления трения различают внутреннее и внешнее трения.
Внутреннее трение – явление, происходящие в твердых, жидких и газообразных телах, при их деформации и приводящее к необратимому рассеиванию энергии.
Внешнее трение – явление сопротивления относительному перемещению, возникающее между двумя телами в зонах соприкосновения поверхностей по касательным к ним и сопровождающееся диссипацией энергии.
Сила сопротивления при относительном перемещении одного тела по поверхности другого под действием внешней силы, тангенциально направленная к общей границе между этими телами, называется сила трения.
Материал, который вводится на поверхность трения для уменьшения силы трения и интенсивности износа, называется смазывающим материалом. Подведение смазывающего материала к поверхности трения навивают смазкой.
В зависимости от характера относительного движения различают:
- трение скольжения,
- трение качения.
В зависимости от состояния поверхности трение скольжения бывает:
- сухое - тела непосредственно касаются друг друга (без смазывания),
- граничное - тела разделены смазочным маслом, но не по всей поверхности,
- жидкостное - тела разделены объемом смазочного материала.
Трение скольжения имеет место при относительном движении двух тел, скорости которых в точке контакта различны.
Оно обусловлено двумя факторами:
- шероховатостью поверхностей,
- силами межмолекулярного взаимодействия между двумя телами.
Коэффициент трения f зависит от:
- материала,
- чистоты обработки поверхности,
- смазки,
- относительной скорости (уменьшается с увеличением скорости),
- удельного давления (увеличивается с увеличением нагрузки).
Трение качения возникает в высших кинематических парах, скорости которых в точка соприкосновения одинаковы по величине и по направлению. Оно обусловлено:
- деформацией реальных тел,
- явлением перемещений на поверхности тел,
- явлением межмолекулярного взаимодействия,
- наличием относительного скольжения.
В зоне контакта неподвижого цилиндра и плоскости возникает местная деформация контактного сжатия, напряжение распределяются по эллиптическому закону и линия действия равнодействующей N этих напряжений совпадает с линией действия силы нагрузки на цилиндр Q . При перекатывании цилиндра распределение нагрузки становится несимметричным с максимумом, смещенным в сторону движения. Равнодействующая N смещается на величину k – плечо силы трения качения, которая еще назвается коэффициентом трения качения и имеет размерность длины (см). При качении необходимо преодолеть момент трения качения
Под действием движущей силы цилиндр может при одних условиях перекатываться, в других скользить.
Негативными последствиями трения в механизмах являются:
- износ – изменение размеров и зазоров в кинематических парах;
- повышенный нагрев;
- снижение КПД.
КПД
КПД учитывает механические потери.Элементы машины могут соединяться последовательно, параллельно и смешанно.
При последовательном соединении механизмов общий КПД меньше с наименьшего КПД отдельного механизма
Механизм последовательно включать не рекомендуется.
При параллельном соединении механизмов общий КПД больше наименьшего и меньше наибольшего КПД отдельного механизма.