Исходные данные для расчета

При определении момента инерции маховика, кроме коэффициента неравномерности движения d, заданными являются кинематическая схема рычажного механизма, массы и моменты инерции некоторых звеньев относительно осей, проходящих через их центры масс перпендикулярно плоскости движения, частота вращения вала приводного электродвигателя и средняя угловая скорость начального звена w_ср. Если звено приведения механизма совмещено с валом двигателя, то средняя угловая скорость принимается равной номинальной скорости двигателя, указанной в его паспорте. При соединении звена приведения с двигателем через промежуточный механизм (например, редуктор) средняя угловая скорость звена определяется с учетом передаточного отношения промежуточного механизма, в соответствии с которым вычисляют приведенные к звену приведения момент инерции ротора двигателя и промежуточного механизма.

К исходным данным также относятся силы движущие или силы сопротивления в зависимости от типа машины. Эти силы задаются в виде нагрузочной диаграммы, наглядно показывающей нагружение механизма за цикл установившегося движения. На звенья механизма также действуют силы веса звеньев и перемещаемых грузов, которые в зависимости от положения центров масс звеньев и грузов при движении могут быть как силами движущими, так и силами сопротивления, то есть либо способствовать движению, либо препятствовать. Силы веса звеньев являются постоянными по величине и принимаются направленными вертикально вниз независимо от их положения. Если заданы массы звеньев и перемещаемых грузов, то заданными являются и силы их веса, определяемые по известному соотношению , где – сила веса [H]; m – масса звена или перемещаемого груза [кг]; - ускорение свободного падения [м×сек^-2].

Силы движущие, сопротивления и веса звеньев являются внешними силами. Помимо них на механизм действуют внутренние силы, к которым относятся силы инерции, действующие на звенья механизма и перемещаемые грузы, и силы реакций в кинематических парах. При определении момента инерции маховика графоаналитическими методами внутренние силы не рассчитывают, однако эти силы влияют на величину момента инерции маховика. При периодическом изменении угловой скорости за цикл установившегося движения звено приведения движется с переменным угловым ускорением, что приводит к появлению сил инерции и изменению приведенного момента инерции механизма за цикл установившегося движения. Влияние сил инерции на величину момента инерции маховика косвенно учитывается переменным значением приведенного момента инерции механизма, определяемого выражениями (16) и (17).

Большинство машин, используемых в технике, в зависимости от вида энергии, преобразуемой в механическую, можно разделить на два основных типа: машины, в которых происходит преобразование энергии сжатого пара или газа, и машины, в которых преобразуется электрическая энергия.

К машинам первого типа относятся паровые машины и машины с двигателями внутреннего сгорания. В двигателях внутреннего сгорания происходит преобразование энергии сжатого газа, образуемого при впрыскивании топлива в цилиндры, зажигании и взрыве в них топливно–воздушной смеси, в механическую энергию привода машины.

К машинам, в которых используются двигатели внутреннего сгорания, относятся автомобили, тракторы, другие транспортные средства, дизель-воздуходувные установки, различные передвижные машины, дизель-генераторы и другие.

Передача энергии на привод машин первого типа осуществляется обычно через один или несколько кривошипно-ползунных механизмов, в которых входным звеном является ползун, а выходным – кривошип.

Эти механизмы предназначены для преобразования поступательного движения входного звена во вращательное движение выходного. Входное звено конструктивно представлено поршнем, выходное – коленчатым или кривошипным валом. Рычажно-ползунный механизм является неотъемлемой частью двигателя машин первого типа, называемых машинами-двигателями.

При динамическом синтезе механизмов машин-двигателей за начальное звено, с которым связана обобщенная координата, принимается не входное звено, совершающее поступательное движение, а выходное, совершающее вращательное движение. Это звено принимается и за звено приведения масс и сил, действующих на механизм. При таком выборе начального звена выполнение синтеза упрощается.

К машинам второго типа относится большинство машин, применяемых в технике, привод которых осуществляется от электродвигателей. Для преобразования движения в этих машинах применяются рычажные механизмы различной структуры с различными кинематическими схемами. Как правило, входным звеном у этих механизмов, которое принимается за начальное звено и за звено приведения, является кривошип. Выходным может быть звено, совершающее вращательное, поступательное или сложное движение. Выходное звено механизма машины второго типа совершает движение в соответствии с заданной технологической функцией, поэтому эти машины принято называть технологическими.

Как следует из уравнения (37) для определения момента инерции маховика необходимо установить законы изменения приведенных моментов сил движущих (j), сил сопротивления (j) (приведение сил) и переменной части приведенного момента инерции механизма J_2П(j) (приведение масс) в функции угла j поворота звена приведения за цикл установившегося движения. При графоаналитических методах расчета используется графическое представление этих функций.

Для машин-двигателей заданными являются движущие силы, для технологических машин – силы сопротивления. При этом, если заданы одни из этих сил, то задается также вид закона изменения других сил. Движущие силы машин-двигателей задают в виде индикаторных диаграмм изменения давления в цилиндрах двигателя, а силы сопротивления технологических машин – в виде диаграмм изменения этих сил за цикл установившегося движения. По заданным силам определяют (j) и (j).

Силы сопротивления машин-двигателей и движущие силы технологических машин принимают постоянными. Такое допущение приемлемо для практики по следующим соображениям.

Для машин-двигателей, например для двигателей внутреннего сгорания автомобилей, тракторов и других транспортных машин момент сил сопротивления создается на кривошипном (коленчатом) валу под действием сил сопротивления, возникающих при сцеплении колес с дорогой. При установившемся движении момент сил сопротивления изменяется незначительно, поэтому в практических расчетах он может быть принят постоянным. Аналогичная картина имеет место и в других случаях применения машин-двигателей, например в дизель-генераторах или воздуходувных машинах. Движущие силы машин-двигателей, передающиеся на поршень цилиндра за цикл установившегося движения, изменяются существенно и являются определяющими при расчете момента инерции маховика.

Для технологических машин с приводом от электродвигателей наоборот, момент движущих сил можно принять постоянным ввиду его несущественного изменения при установившемся движении. Это обусловлено достаточно большим моментом инерции ротора двигателя в сравнении с моментами инерции других звеньев механизма и незначительным изменением угловой скорости ротора при установившемся движении. Зависимость момента движущих сил, создаваемого двигателем, от угловой скорости вращения ротора М_д(w) называется механической характеристикой двигателя. Эта характеристика для двигателей условно принимается постоянной (жесткой), что позволяет принять постоянным и приведенный момент движущих сил при расчете момента инерции маховика для технологических машин. Момент сил сопротивления изменяется существенно, в частности и потому, что за цикл установившегося движения, как правило, имеет место рабочий и холостой ход машины, при которых нагружение машины значительно отличается.