ДИНАМИКА МАШИН И МЕХАНИЗМОВ

ДИНАМИКА МАШИН И МЕХАНИЗМОВ раздел
теории машин и механизмов, в к-ром изучается движение механизмов и машин
с учётом действующих на них сил. Д. м. и м. решает следующие основные задачи:
установление законов движения звеньев механизмов, регулирование движения
звеньев, нахождение потерь на трение, определение реакций в кинематич.
парах, уравновешивание машин и механизмов.

Определение законов движения звеньев механизма
по заданным характеристикам внеш. сил решают с помощью дифференциальных
ур-ний движения механич. системы или машинного агрегата, состоящего обычно
из двигателя, передаточного механизма, рабочей машины и иногда управляющего
устройства. Число ур-ний равняется числу степеней свободы этой механич.
системы. В плоских механизмах с одной степенью свободы для удобства решения
задачи все силы и массы приводят к одному звену или точке механизма, к-рые
наз. звеном приведения или точкой приведения. Условный момент, приложенный
к звену приведения, наз. моментом приведения. Момент приведения равен совокупности
всех моментов и сил, приложенных к звеньям механизма. Условный момент инерции
звена приведения наз. приведённым моментом инерции. Кинетич. энергия звена
приведения равна сумме кинетич. энергий всех звеньев механизма. Аналогично
определяют приведённые силу и массу в точке приведения (рис., а):

где Мп - приведённый момент; j
-приведённый момент инерции; Р-приведённая сила; m- приведённая масса; M- моменты и силы, приложенные к звеньям механизма; w1, w2
- угловые скорости звеньев; vскорости
точек В и С механизма; vSскорость центра тяжести
звена 2; vскорость точки К приложения силы
Рaи vи vУр-ние движения для данного случая:

т. е. Мп в общем случае зависит
от времени, положения, скорости.

Действие сил и моментов кривошипно-ползуиного
механизма (а) в звене приведения (б) и в точке приведения (в): 1- кривошип;
2
- шатун; 3 - ползун; М - приведённый момент МА-неподвижная опора.

Ур-ния движения обычно являются нелинейными.
Методов точного решения их не существует, поэтому пользуются приближёнными
графич., графо-аналитич. и численными методами интегрирования. Установить
закон движения меха-нич. системы сложнее, если учитывать трение и зазоры
в кинематич. парах, упругость и переменность масс звеньев. Иногда, напр.
при изучении быстротекущих процессов в машинах, нек-рые внеш. силы нельзя
считать заданными, т. к. движение механизма может оказать обратное воздействие
на характеристику этих сил. Напр., в нек-рых режимах с большими ускорениями
нельзя принимать механич. характеристику электродвигателя как заданную
зависимость момента на валу двигателя от угловой скорости, т. к. на этот
момент существ. влияние могут оказать электромагнитные процессы в электродвигателе.
В этом случае к дифференциальным ур-ниям движения механич. системы добавляют
дифференциальное ур-ние электромагнитных процессов в электродвигателе и
решают их совместно.

Вопросы регулирования движения машинного
агрегата и управления им рассматриваются в теории регулирования. Различают
неустановившийся, переходный и установившийся режимы движения. При установившемся
режиме скорости точек механизма являются пери-одич. функциями времени или
положения или остаются постоянными. Регулирование установившегося движения
сводится к обеспечению угловой скорости звена приведения, не превышающей
допустимого отклонения от её значения. Для этого рассчитывают и устанавливают
на машину спец. массу - маховик. Необходимость регулирования неустановившегося
движения возникает в том случае, когда, несмотря на непериодич. изменение
внеш. сил или масс, в механизме требуется поддерживать ср. скорость звена
приведения постоянной. Для этого на машину устанавливают спец. автоматич.
регуляторы. Осн. задачей при этом является определение устойчивости движения
системы машина -регулятор. Если же скорость к.-л. звена (или др. параметра)
нужно изменять по заданному закону (программе), то в машину встраивают
программное устройство. Примером может служить программное управление металлорежущими
станками. Конкретная задача, рассматриваемая теорией регулирования, -отыскание
оптим. режимов движения машин (оптим. управление). Напр., определение движения
с наибыстрейшим переходным режимом при огранич. ускорении, т. е. оптимального
по быстродействию, или движения с минимумом затрачиваемой в переходном
режиме энергии, т. е. оптимального по потерям.

Нахождение непроизводит. потерь в машинах
сводится к определению потерь на трение, к-рые являются основными и влияют
на эффективность работы машин и механизмов. Степень использования энергии
в машине оценивается механич. кпд.

Кинетостатич. расчёт механизмов, выполняемый
при известном законе движения механизма, производится определением реакций
в кинематич. парах от всех заданных внеш. сил, а также сил инерции звеньев
и сил трения в кинематич. парах. Значения этих реакций входят в расчёты
звеньев на прочность и необходимы для подбора подшипников и расчёта их
смазки.

Уравновешивание машин и механизмов осуществляется
рациональным подбором и размещением противовесов, снижающих динамич.
давления в кинематич. парах механизмов. На практике осуществляют уравновешиванием
машины на фундаменте (предотвращение вибраций) или уравновешиванием
вращающихся масс - балансировкой. Инерц. силы в совр. быстроходных
машинах достигают больших значений. Переменные по величине и направлению
силы инерции нарушают нормальную работу узлов машины, являются источником
вибраций и шума, к-рые вредно воздействуют на обслуживающий персонал и
нарушают нормальную работу др. механизмов и приборов. В вибрационных
машинах рассчитывают условия создания интенсивных колебаний их исполнит.
органов. Динамич. исследования в машинах непосредственно связаны с расчётами
на прочность и жёсткость элементов машин, к-рые проводятся с целью выбора
размеров и конструктивных форм деталей. Методы таких расчётов обычно излагаются
в учебных дисциплинах: сопротивление материалов, динамика сооружений, детали
машин.

Динамические исследования проводят также
для пространственных механизмов со многими степенями свободы. Системы подобного
типа обладают большой универсальностью выполняемых операций.

См. также Машин и механизмов теория.
Динамика сооружений, Кинетостатика механизмов. Сопротивление материалов,
Пространственный механизм.

Лит.: Кожешник Я., Динамика машин,
пер. с чешек., М., 1961; Зиновьев В. А., Бессонов А. П., Основы динамики
машинных агрегатов, М., 1964; Артоболевский И. И., Теория механизмов, 2
изд.,
М., 1967; Кожевников С. Н., Теория механизмов и машин, 3 изд., М., 1969.

И. И. Артоболевский, А. П. Бессонов.