Сложение и разложение сил. Механизмы для реализации

 

Рис. 7. Цепные передачи                      Рис. 8. Механизм  управления рулем

   Недостатками  цепных передач являются:

-     вытяжка цепей вследствие износа шарниров;

-     более высокая стоимость передачи по сравнению с ременной;

-     необходимость регулярной смазки;

-     значительный шум.

   По  назначению цепи подразделяют на приводные, используемые в приводах машин; тяговые, применяемые в качестве тягового органа в конвейерах, и грузовые, используемые в грузоподъемных машинах для подъема грузов.

   Цепные  передачи применяются, например, для  управления рулем направления самолета (рис. 8), для привода механизма отклонения триммера руля высоты.

   Звездочки. По конструкции звездочки похожи на зубчатые колеса. Делительная окружность звездочки проходит через центры шарниров цепи. Профилирование их зубьев выполняют по стандарту. Ширина b зубчатого венца звездочки принимается несколько меньшей расстояния между внутренними пластинками. Звездочки больших размеров выполняют составными. [3] 
 

   Сложение  и разложение сил 

   Обычно  на тело действуют одновременно несколько  сил. Чтобы установить результат  их действия, вводят понятие равнодействующей силы, т. е. такой силы, которая производит на тело такое же действие, как и несколько одновременно действующих на него сил. Силы, заменяемые равнодействующей силой, называют составляющими. Нахождение равнодействующей нескольких сил называется сложением сил.

   Рассмотрим случай, когда на тело действуют две силы, приложенные в одной точке и составляющие между собой угол, не равный 0 или p. Пусть через два неподвижных блока, закрепленных на вертикальной доске, перекинута нить, на концах которой подвешены слева четыре, а справа три одинаковых груза . Если к этой нити в точке O, расположенной между блоками, подвесить пять таких же грузов, система придет в равновесие.

Пусть вес каждого груза равен 1 Н. Следовательно, равновесие системы происходит под  действием трех сил, приложенных в точке О, а именно F₁= 4 Н, F₂ = 3 Н и R' = 5 Н.

   Выбрав  масштаб (1 деление = 1 Н), изобразим эти  силы векторами F₁, F₂ и R'. Построим на векторах сил F₁ и F₂, как на сторонах, параллелограмм и изобразим его диагональ вектором R. Измерим в том же масштабе длину этой диагонали (т. е. модуль вектора К). Оказывается, R = 5 Н. Таким образом, R = — R', т. е. сила R компенсирует (уравновешивает) силу R'. Но в то же время, как мы видели, сила R' компенсирует (уравновешивает) действие сил F₁ и F₂. Следовательно, сила R оказывает на систему в точке О такое же действие, как и силы F₁ и F₂, т. е. является их равнодействующей и представляет собой их векторную (геометрическую) сумму, т. е. R = F₁ + F₂.

Таким образом, равнодействующая двух сил, приложенных  в одной точке и действующих на тело под углом друг к другу, по модулю и направлению равна диагонали параллелограмма, построенного на векторах этих сил, как на сторонах. Модуль равнодействующей силы определяют по формуле

где F₁ и F₂ — модули составляющих сил, к — угол между этими силами.

   Рассмотрим  частные случаи.

а) Две  силы, приложенные в одной точке, действуют по одной прямой в одну сторону. В этом случае а = 0 и из формулы (4.1) следует, что

б) Две  силы, приложенные в одной точке, действуют по одной прямой в противоположных направлениях. В этом случае a = p , и из формулы (4.1) следует, что

.

   Как мы видели в эксперименте, при равновесии тела (точки О) под действием сил F₁ , F₂ и R' имеют место соотношения R = — R' и R = F₁ + F₂, значит, F₁ + F₂ + R' = 0. Следовательно, тело (при отсутствии вращения) находится в равновесии в том случае, когда равнодействующая всех действующих на него сил (т. е. векторная сумма этих сил) равна нулю.

   Разложение  сил на составляющие

   Замену  одной силы двумя, приложенными в  той же точке и производящими  на тело такое же действие, как и  эта одна сила, называют разложением сил. Разложение сил производят также по правилу параллелограмма.

   Задача  разложения одной силы (модуль и  направление которой известны) на две, приложенные в одной точке  и действующие под углом друг к другу, имеет однозначное решение  в следующих случаях, если известны:

направления обеих составляющих сил;

модуль  и направление одной из составляющих сил;

модули  обеих составляющих сил.

   Разложение  сил на составляющие широко используют в технике и в строительстве.

   Сложение  параллельных сил

Рисунок 9.

   Рассмотрим  случай, когда на твердое тело действуют  две параллельные силы F₁ и F₂, направленные в одну сторону и приложенные в точках A и B (рис. 9).

   Для нахождения равнодействующей этих сил  поступим следующим образом. В точках Л и В приложим равные по модулю и противоположные по направлению силы F (при этом равновесие тела не нарушается). Тогда в точке А под прямым углом друг к другу будут приложены силы F₁ и F, а в точке B — соответственно силы F₂ и F.

   Найдем  их равнодействующие. Очевидно, что R₁ = F₁ + F, а R₂ = F₂ + F. Как видно из рис. 9, R₁ и R₂ не параллельны друг другу.

   В твердом теле точку приложения силы можно переносить вдоль линии  действия этой силы. Линии действия сил R₁ и R₂ пересекаются в точке О. В эту точку мы и перенесем силы R₁R₂. Они окажутся приложенными в одной точке и их равнодействующую R можно найти по правилу параллелограмма, построенного на векторах сил R₁ и R₂, как на сторонах.

   В то же время, если мы в точке О  разложим силу R₁ на составляющие F₁ и F, а силу R₂ на составляющие F₂ и F, то обе составляющие F (равные по модулю и противоположные по направлению) будут взаимно компенсироваться, а силы F₁ и F₂ окажутся направленными по одной прямой в одну сторону. Следовательно, их равнодействующая R равна их сумме и направлена в ту же сторону. Ее модуль составляет R = F₁ + F₂.

   Из  точки О эту равнодействующую R перенесем вдоль линии ее действия в точку С. Расстояния между точками  приложения сил F₁ и F₂ и их равнодействующей R равны |AC| = l₁ и |BС| = l₂.

Из рис. 9 видно, что D OR₁F₁ ~ D AOC. Поэтому , т.е. , следовательно, . (4.2)

Поскольку D OR₂F₂ ~ D OBC, имеем , т. е. . Следовательно, .     (4.3)

Из (4.2) и (4.3) имеем F₁l₁ = F₂l₂, т. е. l₂/l₁ = F₁/F₂.

   Таким образом, равнодействующая двух параллельных, одинаково направленных сил параллельна им, равна их сумме и одинаково с ними направлена, а точка приложения этой равнодействующей делит расстояние между точками приложения составляющих на части, обратно пропорциональные силам. [6] 

      Механизмы для реализации 

   Фрикционные передачи с постоянным передаточным отношением применяют сравнительно редко. Их область ограничивается преимущественно кинематическими цепями приборов, от которых требуется плавность движения, бесшумность работы, безударное включение на ходу и т.п. Фрикционные вариаторы применяют достаточно широко для обеспечения бесступенчатого регулирования скорости в станкостроении, текстильных, бумагоделательных и других машинах и приборах. В авиастроении фрикционные передачи не применяются. Диапазон передаваемых мощностей обычно находится в пределах до 10 кВт, так как при больших мощностях трудно обеспечить необходимое усилие прижатия катков.

   Пневматические  передачи редко применяют на дорожных машинах. Источником энергии для  передач служит компрессор, приводимый в движение двигателем машины, а  рабочей средой — сжатый воздух, работающий так же, как и жидкость. Однако вследствие значительного изменения объема воздуха от повышения давления механизмы рабочих органов могут иметь резкие колебания при движении. Поэтому пневматические передачи можно применять лишь в случаях, когда не требуется большой плавности движения рабочих органов. Чтобы избежать сильного понижения температуры воздуха при его резком расширении и выделения из него воды, а также для предотвращения утечки воздуха, давление в пневматических передачах не должно превышать 8—9 ат. Такое низкое давление не может обеспечить больших усилий на механизмах рабочих органов. Одним из существенных недостатков пневматических передач является низкий КПД (0,5—0,6). Пневматические передачи применяют для механизмов управления на машинах, оборудованных компрессорами, например для дистанционного управления приводными лебедками бульдозеров, скреперов и др. Пневматика широко применяется в тормозных устройствах.

   Ременные  передачи применяют преимущественно  в тех случаях, когда по условиям конструкции валы расположены на значительных расстояниях. Мощность современных передач не превышает 50 кВт. В многоступенчатых приводах ременную передачу применяют обычно в качестве быстроходной ступени, устанавливая ведущий шкив на валу двигателя. В таком случае габариты и масса передачи будут наименьшими.

   Волновые  передачи применяют в приводах для  передачи движения в герметизированное  пространство в химической, атомной  и космической технике; в силовых  и кинематических приводах общего назначения с большим передаточным отношением; в исполнительных малоинерционных быстродействующих механизмах систем автоматического регулирования и управления; в механизмах отсчетных устройств повышенной кинематической точности.

   Цепные  передачи применяются, например, для управления рулем направления самолета (рис. 8), для привода механизма отклонения триммера руля высоты. [2-6] 
 
 
 

   Заключение 

   Тело (в отличие от точки) под действием  уравновешенной системы не всегда находится в покое или движется равномерно и прямолинейно. Возможен случай, когда уравновешенная система сил, а точнее уравновешенная система пар сил вызывает равномерное вращение тела вокруг некоторой неподвижной оси. Следовательно, если на тело действует уравновешенная система сил, то тело либо находится в состоянии относительного покоя, либо движется равномерно и прямолинейно, либо равномерно вращается вокруг неподвижной оси.

   Действие  и противодействие всегда приложены  к различным телам, и именно поэтому  они не могут уравновешиваться.

   В действительности все тела под влиянием силовых воздействий со стороны других тел деформируются и изменяют свои размеры или форму. Но материалы, форму и размеры элементов конструкций подбирают с таким расчетом, чтобы их деформации были минимальными, поэтому такими деформациями пренебрегают и рассматривают элементы конструкций как абсолютно твердые тела.

      Силовые передачи очень распространены в  технике и используются почти во всех механизмах современных машин. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   Список  используемой литературы:

1. Занимательная физика: силы в природе. Григорьев В. И., Мякишев Г. Я.

2. Основы технической механики. М.С. Мовнин, А.Б.Израелит, 3-е издание, переработанное и дополненное, 1990 г.

3. http://www.mehanica-kvs.narod.ru/razdel4/r42.html

4. Курс физики.  А.В. Перышкин, ч. 2,  Москва, 1962 г.

5. http://stroy-technics.ru/article/cilovye-peredachi-mekhanicheskogo-privoda

6. http://www.edu.yar.ru/russian/projects/socnav/prep/phis001/sta/stat20.html