Бондаренко Л. М., Матвієць Т. В.,
Бондаренко В. Д., Матвієць І. В.
ОСОБЛИВОСТІ РІШЕННЯ ЗАДАЧ НА РІВНОВАГУ ТВЕРДИХ ТІЛ З КОЛОДКОВИМИ ГАЛЬМАМИ
Придніпровська
державна академія будівництва та архітектури
Розглянемо відому [1] задачу на рівновагу твердих тіл з
урахуванням тертя ковзання.
Барабан лебідки (рис. 1) радіусом
мм і силою тяжіння
кн. гальмується
колодковим гальмом. Необхідно визначити мінімальне значення прикладеної до
гальма сили
для того, щоб барабан
знаходився в стані спокою.


Рис. 1. До розрахунку стану спокою барабана.
На барабан навито канат, до
кінця якого підвішено вантаж
кН., причому канат
сходить дотично з барабана під кутом
до горизонту.
Коефіцієнт тертя
; висота гальмових колодок
мм. Геометричні
розміри
мм;
мм.
Визначити силу
, а також реакції в опорах
й
.
Основний матеріал досліджень.
В рівновазі знаходиться
система твердих тіл, що складається з барабана
, важелів
,
і невагомого стержня
. На рис. 2, г – є показано активні сили та реакції в'язей,
які діють на кожне з названих тіл.


Рис. 2. Активні сили і реакції в'язей.
Аналітичні умови рівноваги системи розглядуваних
твердих тіл мають вигляд:
для барабана
(рис. 2г)
; ![]()
;
; (1)
;
;
для важеля
(рис. 2д)
; ![]()
;
; (2)
;
;
для важеля
(рис. 2е)
;
;
;
; (3)
;
;
для стержня
(рис. 2є)
;
;
;
; (4)
;
;
Звичайно, як в довідковій [2], так і учбовій літературі приймається, що
, а
. (5)
Неважко догадатись, що ці
формулі наведені саме в порушення закону тертя ковзання.
Для доказу як цього, так і дійсних величин
і
розглянемо,
наприклад, верхню колодку


Рис. 3. До визначення загальної нормальної сили
дії колодки до шківа.
Лінійне навантаження, яке припадає від сили
на хорду кута
обхвату колодкою
шківа
[2]
(6)
Елементарна сила, яка діє на довжину елементарної
дуги ![]()
(7)
Нормальна елементарна сила, що діє на цій дузі
(8)
Загальна нормальна сила на дузі обхвату колодкою
шківа
(9)
Сила тертя між колодкою і шківом
(10)
Неважко переконатись, що ця
формула приймає вигляд
тільки при малому
куті
.
Після рішення рівнянь (1) –
(9), з врахуванням зміни
, отримуємо залежності мінімальної сили
необхідної для
притиснення колодок, щоб барабан знаходився в спокої, та реакції
,
,
,
в опорах від кута
обхвату колодкою шківа (показані на рис. 4а та рис. 4б).


Рис. 4. Залежності від кута обхвату колодкою
шківа: 1 – сили на кінці важеля, яка необхідна для утримання барабана в стані
спокою. 2, 3, 4, 5 – реакції
,
,
та
відповідно; 6 –
процентні розходження
,
,
з величинами,
отриманими в [1], 7 – те ж
для
.
Аналіз отриманих формул та
графіків на рис. 4 дозволяє зробити такі висновки:
Література