Для первого этапа силового анализа проведем расчет несколькими методами:
1) для расчетного положения механизма графоанлитическим методом определим силы во всех кинематических парах и уравновешивающий момент, который необходимо приложить к начальному звену;
2) основываясь на методе возможных перемещений, определим аналитическим и графоаналитическим способами уравновешивающий момент для того же расчетного положения механизма.
3.1.1.Графоаналитический метод силового анализа механизма
Для расчетного положения механизма необходимо определить все силы и моменты сил, действующие на звенья механизма.
1.Силы тяжести
2.Силы от действия горизонтальной и вертикальной перегрузок:
3. Главные векторы и главные моменты инерционных сил, к которым приводятся силы инерции, действующие на каждое звено механизма. Для звеньев 2 и 3
где 
и 
– массы звеньев 2 и 3; 
и 
– ускорения центров масс звеньев (для звена 3 точка 
совпадает с точкой В); 
угловое ускорение звена 2; 
– момент инерции масс звена 2 относительно оси, проходящей через центр масс и перпендикулярной плоскости движения звена, который определяестя по формуле
4. Сила трения на ползуне
5.Сила сопротивления на ползуне:
для нерабочего хода ползуна 
где 
Здесь 
– модуль силы сопротивления, соответствующей расчетному положению механизма. Для определения значения этой силы необходимо постоить приближенный график параболической зависимости силы сопротивления от координаты точки В 
, используя три значения функции 
для трех значений аргумента 
, данные в задании.
График зависимости представлен на рис. 3.1.
Рис. 3.1. Зависимость силы сопротивления от положения ползуна
|
|
Знак «минус» везде учитывает направление силовго параметра, противоположное направлению соответствующего кинематического параметра.
Численное значения сил и моментов сил для расчетного положения рассматриваемого механизма 
будут следующими:
Малыми величинами, которые составляют не более (5...10)% от максимально известной силы, можно пренебречь.
Силовой расчет механизма следует начать с двухповодковой группы, состоящей из звеньев 2 и 3. Схема структурной группы, изображенная в масштабе со всеми приложенными силами, представлена на рис. Определению подлежат силы реакции 
.
Задача нахождения сил и плеча 
является статически определимой задачей, поскольку для группы из двух звеньев можно составить 6 уравнений равновесия, и определению подлежат 6 неизвестных – величина и направления сил рефкций во вращательных кинемиатических парах А и В, величина и точка приложения силы 
в поступательной кинематической паре ползун – неподвижные направляющие ползуна.
Для удобства проведения расчета главный момент сил инерции можно заменить парой сил, приложенных в точках А и В звена 2. Значения сил будут
При графоаналисическом методе расчета следует неизвестную силу реакции 
представить в виде двух составляющих: нормальной 
, направленой вдоль звена, и касательной 
, направленой перпендикулярно звену.
Все неизвестные силы реакции на рис.3.2,а направлены произвольно. Если из расчета какая-либо сила получится со знаком «минус», это значит, что ее дейстительное направление противоположно принятому.
Для системы сил, приложенных к звену 2, составим уравнение моментов относительно точки В
|
|
Если условиться, что моменты, направленные против часовой стрелки, считаются положительными, а по часовой стрелке – отрицательными, то уравнение моментов будет иметь вид
где неизвестная составляющая силы направлена произвольно – вниз от точки А.
В развернутом виде уравнение перепишется как
Откуда неизвестная сила будет
Рис.3.2. Схема к кинетостат. расчету двухповод. группы, ведущего звена и план сил 21
Здесь через h с индексами обозначены плечи соответствующих сил относительно точки В. Как видно из формулы для , плечи сил могут быть взяты непосредственно из рисунка группы(рис.3.2,а), невзирая на масштаб его построения.
Следует отметить, что при определении численных значений сил рефкций как , так и других, все силы следует брать по модулю, т.к. знак силы указывает на ее дейстительное направление, а на схеме механизма знак силы был учтен при изображении ее на рисунке.
Численное значение касательной составляющей для рассматриваемого примера будет
Знак «минус» означает, что сила должна быть направлена в проитвоположную от выбранного направления сторону, т.е. от точки А вверх, что показано на рис.
Для определения величин нормальной составляющей силы реакции в точке А и составим векторное уравнение равновесия структурной группы, сгруппировав силы по звеньям:
или
В уравнении силы, известные по величине и направлению, подчеркнуты двумя чертами, а известные лишь по направлению – одной чертой.
Решим векторное уравнение графически путем построения многоугльника сил(рис.3.2,б). Для этого необходимо выбрать масштабный коэффициент построения плана сил 
, используя любую известную силу, лучше максимальную: у нас 
|
|
Если рассматриваемого примера отрезок 
выбрать равным 70 мм, то масштабный коэффициент плана сил будет “удобным ” числом:
Тогда отрезок, изображающие остальные известные силы, будут
Построение силового многоугольника начнем с линии дейстивия силы , перпендикулярной оси x (рис.3.2,б),. Из призвольной точки a на этой линии, которая является точкой конца отрезка,изображающего вектор силы 
, проведем вектор 
, известный по величине и направлению. Из конца этого вектора проведем следующий известный вектор 
и так далее согласно векторному уравнению сил. Из конца последнего известного вектора 
проводим линию действия силы , параллельную АВ. Пересечение в точке с этой линии и первой, перпендикулярной оси x, определяет искомые отрезки и 
. Измерив их длины, определим значения сил:
Полный вектор силы равен геометрической сумме нормальной и касательной его составляющих
Величина вектора
Для силы необходимо определить точку ее приложения. Воспользуемся уравнением моментов для звена 3 относительно точки В
или
Так как для рассматриваемого примера все остальные силы проходят через точку В, то и сила также проходит через эту точку и ее плечо 
Для определеня усилия во вращательной кинематической паре В можно рассмотреть равновесие одного из звеньев - 2 или 3. Запишем условие равновесия сил, действующих на звено 3:
или
Неизвестный вектор силы 
определим с помощью построенного многоугольника сил на рис.3.2,б, соединив точки b и c:
С помощью условия равновесия сил на звене 2 можно было определить усилие 
, при этом очевидно, что
Рассмотрим равновесие ведущего звена 1 механизма рис.3.2,в. На это звено действует известная сила рефкций 
во вращательной кинематической паре А:
Требуется определить силу реакции 
в шарнире 0 и уравновешивающий момент 
.
Из уравнения моментов для звена 1 относительно точки 0 определим уравновешивающий момент: 
или
Здесь 
- действительная длина ведущего звена; 
- угол между звеном 1 и перпендикуляром, опущенным на направление силы 
(берётся из чертежа).
Направление неизвестного момента взято произвольным (у нас против часовой стрелки). Из уравнения определяется величина уравновешивающего момента на рис. следует сменить на противоположное.
Момент , совпадающий по направлению с положительной угловой скоростью 
будет отрицательным.
Для рассматриваемого примера
И является положительным
Уравнение равновесия ведущего звена имеет вид
Отсюда
Таким образом
