Силовой расчет исходного механизма
Силовой расчет исходного механизма проводится после определения реакций в кинематических парах структурных групп. Звено 1 исходного механизма находится под действием таких сил и моментов (рис. 6.3 и рис. 6.7): силы тяжести G1, главного момента сил инерции Mи1, реакции со стороны шатуна 2 
, реакции со стороны шатуна 4 
, реакции со стороны стойки 0 
. Реакции и известны по величине и по направлению, они определяются по третьему закону Ньютона (рис.6.3) как
, 
,
где 
и 
– реакции определены при силовом расчете структурных групп.
Следовательно, в исходном механизме остаются неизвестными величина и направление реакции . По принципу Д’Аламбера исходный механизм пока не будет находиться в равновесии (хотя к нему и приложении момент инерции Mи1 ), поскольку неизвестных величин две, а уравнений равновесия – три (например, два уравнения проекций и одно уравнение моментов), т.е. число уравнений больше числа неизвестных.
Звено 1 может быть приведено в равновесия с помощью уравновешивающей силы или уравновешивающего момента. Сила и момент, приложенные к ведущему звену, уравновешивающие действие остальных внешних сил и моментов, приложенных к механизму, называются уравновешивающими.
Если кривошип приводит во вращения ротор генератора или приводится во вращение непосредственно от электродвигателя, то в этом случае к звену 1 прикладывается уравновешивающий момент Mу.
Если кривошип передает механическую энергию через зубчатую передачу или приводится во вращение через зубчатую передачу, то таком случае к звену 1 прикладывается уравновешивающая сила Fу.
Рис.6.7. Плана сил исходного механизма
уравновешенного моментом Му А) и силой Fу Б)
Для механизмов двигателей уравновешивающий момент Mу (уравновешивающая сила Fу) является моментом (силой) сил сопротивления, которые действуют на ведущее звено. Для механизмов технологических машин (насосов, компрессоров и др.) уравновешивающий момент Mу (уравновешивающая сила Fу) является моментом (силой) движущих сил, которые приложены к ведущему звену.
Уравнение равновесия, которое представленное в виде уравнения моментов относительно точки O, имеет вид:
при уравновешивании моментом
, (6.11)
при уравновешивании силой
, (6.12)
где 
– плечи соответствующих сил, мм, 
.
Из уравнений (6.11) и (6.12) определяются значения 
или 
.
Условие равновесия звена 1 при уравновешивании моментом 
(6.13)
Условие равновесия звена 1 при уравновешивании силой 
. (6.14)
Векторные уравнения (6.13) или (6.14) решаются графическим способом при помощи метода плана сил, аналогично изложенного в п.6.3 и 6.4. Реакция 
определяется как замыкающий вектор в этих уравнениях.
Метод Н.Е. Жуковского
Метод Жуковского позволяет определить уравновешивающую силу механизма, не прибегая к определению реакций в кинематических парах.
Теорема, сформулированная Н.Е. Жуковским, о жестком рычаге: если какой либо механизм под действием сил 
, 
, 
… 
находится в равновесии, то и в равновесии находится и повернутый на 90° план скоростей, рассматриваемый как жесткий рычаг, поворачивающийся вокруг полюса 
и нагруженный теме же силами , , … , которые расположены в одноименных точках плана скоростей.
Для определения уравновешивающей силы по методу рычага Жуковского 
в рассматриваемом кривошипно-ползунном механизме двигателя следует:
1. Построить повернутый на 90° план скоростей (рис. 6.8).
2. В точки 
, 
переносят паралельно самим себе силы тяжести 
, 
и силы инерции 
, 
, в точки 
и 
перемещают параллельно самим себе силы давления газов, инерции и тяжести 
, 
, 
и 
, 
, 
соответственно.
Момент инерции 
заменяют парой сил 
и 
прикладывают в точках a и b повернутого плана скоростей
.
Пара сил и приложена таким образом, чтобы направление этой пары совпадало с направление момента , приложенного в структурной группе 2-3.
Момент инерции 
заменяют парой сил 
и 
прикладывают в точках c и d повернутого плана скоростей
.
Пара сил 
и 
приложена таким образом, чтобы направление этой пары совпадало с направление момента 
, приложенного в структурной группе 4-5.
Момент инерции 
заменяют парой сил 
и 
прикладывают в точках a и pV повернутого плана скоростей
.
Пара сил 
и 
приложена таким образом, чтобы направление этой пары совпадало с направление момента 
, приложенного в исходном механизме.
3. Рассматривая повернутый план скоростей как жесткий рычаг составляют уравнение моментов относительно полюса pV плана скоростей (рис. 6.8)
,
Рис.6.8. Определение уравновешивающей силы механизма по методу рычага Жуковского
где 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
, , 
, 
– плачи соответствующих сил на повернутом плане скоростей относительно полюса 
.
Для удобства вычислений силы и их плечи желательно представить в виде таблицыю
Таблица
| Плечо силы | Значение, мм | Действующая сила | Значение силы, Н |
|
| 
| ||
| 
| ||
| |||
| |||
| 
| ||
| 
| ||
| 
| ||
| 
| ||
| 
| ||
| |||
| |||
| 
| ||
| 
| ||
| 
| ||
| 
|
Откуда
(6.14)
Направление уравновешивающей силы определяется знаком правой части уравнения (6.14). Если знак правой части этого уравнения окажется отрицательным, то направление силы 
следует изменить на противоположное.
Уравновешивающий момент будет равен
.
Для проверки правильности вычислений уравновешивающей силы или уравновешивающего момента необходимо вычислить погрешность, которая должна составить не более
или
.