Основные сведения и задачи обработки нагрузочных диаграмм

Нагрузочная диаграмма задается в виде графика нагружения звеньев, к которым приложены внешние силы или моменты сил. В некоторых случаях нагружение механизма задается в виде таблицы, по которой строится нагрузочная диаграмма. Диаграмма представляет собой график изменения сил движущих (для машин-двигателей) или сил полезных сопротивлений (для технологических машин) при выполнении машиной заданных функций. Кроме этих сил, при работе машины действуют также силы вредных сопротивлений – силы трения в кинематических парах, сопротивления среды и другие. Эти силы при определении момента инерции маховика, как правило, не учитываются, так как они направлены в сторону уменьшения коэффициента неравномерности движения d и способствуют повышению равномерности движения механизма.

Нагрузочные диаграммы машин различного типа существенно отличаются между собой. Диаграммы отражают специфику нагружения машины, поэтому, приступая к обработке диаграммы, необходимо понять работу машины, вникнуть в технологический процесс, выполняемой машиной, четко уяснить последовательность технологических операций и характер нагружения звена, к которому приложены заданные силы в цикле установившегося движения. Это позволит правильно оценить положения механизма при действии заданных сил и при их отсутствии, например при холостом ходе, и избежать ошибок при определении приведенного момента сил. Это особенно важно при динамическом синтезе механизмов, у которых за цикл установившегося движения совершается более одного оборота начального звена, например, при синтезе механизмов четырехтактных двигателей внутреннего сгорания.

В зависимости от вида движения нагружаемого звена ­­­- поступательного или вращательного заданная нагрузочная диаграмма может представлять собой зависимость силы или момента сил от перемещения или угла поворота звена на некотором участке или за весь цикл установившегося движения.

Нагрузка и перемещения нагружаемого звена на диаграмме могут быть заданы как в абсолютных, так и в относительных (безразмерных) величинах. Например, нагрузка для поршневых машин (двигателей внутреннего сгорания, компрессоров, насосов и др.) задается либо числовыми значениями в единицах давления газа в цилиндрах – Паскалях, либо в виде диаграммы отношения текущего давления к максимальному. Перемещения нагружаемого звена за цикл установившегося движения могут быть заданы отношением его текущего перемещения или угла поворота к величине хода или полного угла качания. В некоторых случаях для технологических машин внешняя нагрузка ­­­­– сила или момент сил сопротивления задаются постоянными на некоторых участках цикла установившегося движения. Например, в механизме инерционного конвейера, в котором перемещение грузов осуществляется с помощью желоба, совершающего возвратно-поступательное движение, при расчете маховика силы сопротивления движению желоба с грузом задают постоянными, но разными по величине в прямом и обратном направлениях. При динамическом синтезе механизма привода глубинного насоса для добычи нефти задают силы веса поднимаемой жидкости и звеньев механизма. В этих случаях нагрузочную диаграмму не приводят, так как процесс нагружения машины достаточно прост.

Во всех рассмотренных случаях в задачу обработки заданной нагрузочной диаграммы входит перевод нестандартных единиц нагрузки в стандартные единицы силы или момента сил – Ньютоны [H] или Ньютон-метры [Hм], построение по ним расчетной нагрузочной диаграммы в стандартных единицах за полный цикл установившегося движения, определение и построение графиков приведенных моментов и работ сил движущих и сил сопротивления в функции обобщенной координаты.

В общем случае масштаб заданной нагрузочной диаграммы по оси абсцисс (оси перемещения нагружаемого звена) не соответствует масштабу плана механизма. Поэтому при обработке заданных и построении расчетных нагрузочных диаграмм в стандартных единицах необходимо эти масштабы привести в соответствие. Методика приведения масштабов в соответствие изложена ниже на примерах обработки нагрузочных диаграмм для различных машин.

В некоторых случаях при обработке нагрузочной диаграммы механизмов, у которых нагружаемое звено совершает возвратно-поступательное движение, диаграмму целесообразно располагать рядом с планом механизма, а ось абсцисс располагать параллельно направлению движения нагружаемого звена. Это позволяет, приняв одинаковыми масштабы нагрузочной диаграммы по оси абсцисс и плана механизма, более наглядно представить работу и процесс нагружения механизма, упростить и сократить время обработки диаграммы.

После построения расчетной нагрузочной диаграммы в стандартных единицах определяются приведенные моменты сил движущих и сил сопротивления и строятся графики этих моментов за цикл установившегося движения.