WWW.DOC.KNIGI-X.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Различные документы
 

«Лабораторный практикум с компьютерной поддержкой УДК 621.01 М.В. НАГАЕВА ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ С КОМПЬЮТЕРНОЙ ПОДДЕРЖКОЙ I. Введение Процедура компьютеризации учебного процесса актуальна и широко ...»

Лабораторный практикум с компьютерной поддержкой

УДК 621.01

М.В. НАГАЕВА

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ С КОМПЬЮТЕРНОЙ

ПОДДЕРЖКОЙ

I. Введение

Процедура компьютеризации учебного процесса актуальна и широко обсуждается на

форумах разных уровней по многим дисциплинам, но особенно большое значение эта проблема имеет для инженерного образования. Фундаментализация инженерного образования

предполагает усиление естественнонаучной базовой подготовки, введение преимущественно аналитических методов исследования и проектирования объектов, использование современных систем автоматизации проектирования. Формирование нового поколения специалистов требует конкретных проектов и методик, основанных на новых принципах и приемах, связанных с компьютерными технологиями обучения.

В последнее время появилось много работ, посвященных исследованию машинных агрегатов с помощью специальных программ. В статье [1] представлена программа структурного анализа механизмов, в статье [2] – программа расчета динамики однодвигательной машины, а в работах [3, 4, 5] рассматриваются методики расчета механизмов, компьютерная анимация кинематических схем с использованием программ Mathcad, Excel, Компас-График и др. Представленные методики предполагают достаточно высокий уровень владения этими пакетами всеми обучаемыми, изучение которых не предусмотрено многими учебными планами. Кроме того, не все учебные заведения имеют достаточное количество лицензионных программ. В указанных статьях представлены отдельные процедуры исследования машин.



В Морском государственном университете им. адм. Г. И. Невельского в лаборатории «Машиноведение и САПР» разработаны автоматизированные системы проектирования VSE, DINAMIC, GCG&FQ а также автоматизированная система организации обучения (АСОО) КОБРА, которая является основой для организации лабораторного практикума.

Системы Visual Structure Editor (VSE) и DINAMIC ориентированы на проектирование и исследование плоских рычажных механизмов второго класса любого технологического назначения на начальной стадии проектирования и реализуют основные процедуры проектирования:

­ синтез схем рычажных механизмов;

­ расчет кинематических параметров;

­ динамическую визуализацию схем проектируемых механизмов;

­ моделирование технологического воздействия на рабочее звено;

­ определение параметров динамической модели;

­ определение неуравновешенных сил и моментов инерции;

­ определение закона движения точек и звеньев механизма с учётом масс и действующих сил;

­ силовой расчёт.

Система GCG&FQ предназначена для геометрического расчета зубчатой передачи и определения показателей качества зубчатого зацепления.

В предлагаемой статье рассмотрены специальные программные средства, которые позволяют выполнить комплексное исследование машинного агрегата.

Курс «Теория механизмов и машин» для механических специальностей содержит 7 модулей, из них 4 модуля посвящены изучению рычажных механизмов и 3 модуля механизмам с высшими парами, в каждом модуле выполняются лабораторные работы. Лабораторный практикум является важным элементом инженерной подготовки, который позволяет студентам глубже изучить теоретический материал, сформировать практические инженерные навыки.

В 2002 г. на кафедре «Механика машин и САПР» впервые реализован комплексный лабораторный практикум с компьютерной поддержкой, основной целью которого является

–  –  –





интегрирование учебных процедур: лабораторных работ, практических занятий и курсового проектирования. Он содержит два раздела: «Исследование рычажных механизмов» 10 лабораторных работ и «Исследование механизмов с высшими парами» 6 работ.

–  –  –

Лабораторный практикум с компьютерной поддержкой выполняется на лабораторных стендах и на персональных компьютерах (ПК) в программных средах VSE, DINAMIC, GCG&FQ, APM Win Machine.

Процедура выполнения лабораторных работ содержит шесть этапов:

теоретическая подготовка методические указания ко всем лабораторным работам в текстовом формате имеются в библиотеке, в методическом кабинете, а также в гипертекстовых форматах встроены в автоматизированную систему организации обучения (АСОО) КОБРА и выставлены в компьютерной сети университета;

выполнение необходимых предварительных расчётов и проверка их результатов на персональном компьютере;

выполнение эксперимента на лабораторных стендах;

моделирование на ПК;

оформление отчёта;

тестирование по теме лабораторной работы на ПК в системе «КОБРА».

III. Лабораторный практикум «Исследование рычажных механизмов»

Теоретический курс «Исследование рычажных механизмов» содержит четыре модуля:

1. Введение. Структурный анализ и синтез механизмов.

2. Исследование кинематики.

3. Исследование динамики.

4. Силовой расчёт.

При изучении первого модуля выполняются две лабораторных работы: «Структурный анализ рычажных механизмов» на лабораторных стендах и «Структурирование (моделирование) схем механизмов на основе обобщённых структурных модулей в системе VSE» на ПК.

Для структурного анализа предлагается многозвенный механизм (модель или планшет), например, модель механизма Моргана (рис. 1).

Рис. 1. Модель механизма Моргана Рис. 2. Кинематическая схема механизма

Для заданного механизма в условных изображениях вычерчивается кинематическая схема механизма (рис.

2), нумеруются звенья, начиная с входных и заканчивая стойкой (её номер 0), определяется степень подвижности механизма, указывается класс механизма, записывается формула строения механизма:

–  –  –

(1) По классификации Ассура-Артоболевского это механизм второго класса, состоящий из условного механизма I-го класса I-го типа, группы Асура II-го класса I-го вида и двух присоединенных к ней групп Асура II-го класса II-го вида. Измеряются длины звеньев, выбирается система координат (начало системы целесообразно совместить с т. А), определяются координаты неподвижных точек и положение неподвижных направляющих. Эти данные необходимы для выполнения второй лабораторной работы, которая выполняется в системе VSE, на основе обобщённых структурных модулей. Для структурирования плоских механизмов второго класса любой степени сложности в системе VSE имеется одиннадцать таких модулей. Любой механизм можно представить в виде цепи из соединённых в определённой последовательности структурных модулей с большим количеством параметров. В работе [6] представлены наиболее широко встречающиеся в механизмах обобщённые структурные модули и их частные случаи.

В большинстве случаев начальным механизмом является вращающееся вокруг неподвижной точки звено, связанное со стойкой вращательной парой (рис. 3), структурный модуль I1(0, 1).

Каждое звено модуля описывается линейными и угловыми параметрами:

l i – вектор длины i-го звена;

ci – вектор, определяющий положение центра масс i-го звена;

0 – угол ориентации направляющей движения ползуна при поступательном движении;

lid – вектор, определяющий положение дополнительной точки D на i-ом звене;

i – угол ориентации вектора i центра масс относительно вектора длины i-го звена;

id – угол ориентации вектора lid дополнительной точки относительно вектора длины i-го звена.

Рис. 3. Обобщённый структурный Рис. 4. Обобщённый структурный модуль I1 (0, 1) модуль II1 (2, 3) Для описания структуры любого механизма разработан специальный язык, основными специальными операторами: которого являются: Input, Point, Group.

1. Оператор Input описывает начальное звено. Например, Input 1 [A;B:К]; указывает на вращательное движение звена (рис. 1), т. A входная точка, т. B выходная; точка K дополнительная точка (на каждом звене их может быть несколько).

2. Оператор Point используется для описания неподвижных точек, которых в одном механизме может быть несколько.

3. Оператор Group описывает обобщенный модуль и его вид. Например, Group 2.1 Теория Механизмов и Машин. 2012. №1. Том 10. 55 ТММ и компьютер B, C; D : K /1, L / 2 описывает обобщённый модуль второго класса первого вида (рис. 4), т. B и C входные точки, т. D выходная; т. K дополнительная точка на первом звене;

т. L дополнительная точка на втором звене.

В механизме может быть несколько различных обобщённых модулей и соответствующее количество звеньев. Однако в любом операторе будет только два звена, а их нумерация в механизме автоматически меняется в зависимости от последовательности присоединения обобщённых структурных модулей.

Структура механизма, представленного на рис. 2, запишется:

Input 1 [A; B];

Group 2.1 [C, B; D: Е/1, F/1];

Group 2.2 [E, G];

Group 2.2 [F, H].

Дополнительные точки в этом механизме есть только на звене CD, которое в этом варианте будет первым звеном в обобщённом модуле II1 (2, 3), а в схеме механизма это третье звено. По умолчанию, номер первого звена для дополнительных точек в операторе Group можно не указывать. Для динамической визуализации схем механизмов необходимо определить положения звеньев и точек в зависимости от угла положения начального звена.

Для любого механизма или обобщённого структурного модуля можно записать уравнение замкнутости векторного контура в общем виде:

n li 0, (2) i 1

–  –  –

Положение звеньев и точек механизма зависит от угла поворота кривошипа 1, который является обобщённой координатой.

Процедура структурирования схемы механизма в системе VSE начинается с ввода параметров звеньев обобщённых структурных модулей в соответствии со структурной схемой строении механизма и информацией представленной на экране.

–  –  –

Результатом расчета в системе VSE являются таблицы и графики кинематических характеристик для основных точек и звеньев механизма (рис. 7), а также динамическая визуализация схемы механизма.

–  –  –

Студенты могут просмотреть изменение кинематических характеристик любой точки и любого звена, сравнить их с результатами ручного счёта, сделать анализ полученных результатов.

Исследование динамики рычажных механизмов является важной и сложной проблемой, в рамках которой решается ряд задач, поэтому в третьем модуле выполняются шесть лабораторных работ.

1. «Определение приведённого момента инерции рычажных механизмов».

Решение такой задачи необходимо для изучения указанных механизмов с позиций динамики и знакомства с экспериментальным методом определения приведенного момента инерции механизма. Работа выполняется на лабораторных стендах, определяется экспериментально приведённый момент инерции 4-х звенных механизмов: кривошипно-ползунного, шарнирного четырёхзвенника и кулисного. Затем в системе DINAMIC определяется приведённый момент инерции для механизма, заданного для курсового проектирования.

2. «Моделирование технологического воздействия и определение параметров динамической модели» выполняется в системе DINAMIC.

В состав инструментальной системы DINAMIC входит процедура определения параметров динамической модели механизмов, одной из главных функций которой является моделирование силового воздействия на рабочее звено [8], [9].

В форме падающего меню (рис. 8) предлагается библиотека различных видов функциональной зависимости технологического воздействия в зависимости от положения точки приложения усилия (наиболее часто встречающиеся в практике проектирования).

Например, параболическая функция, описываемая уравнением Fi F ( A H i2 B H i C ), представлена на рис. 9.

Наиболее общей функцией силового воздействия является обобщённая модель технологического воздействия линейно–кусочная. В системе DINAMIC можно описать практически любую функцию технологического воздействия.

–  –  –

В двигателях внутреннего сгорания, компрессорах, насосах на рабочее звено оказывается давление и в зависимости от процесса, протекающего в цилиндре, сила, действующая на поршень, может быть либо движущей (например, при расширении), либо силой сопротивления (например, при сжатии, или выхлопе). Давление в цилиндре вводится таблично в соответствии с индикаторной диаграммой или рассчитывается по специальной программе, позволяющей выполнить расчет теплового процесса и определить мощности некоторых марок СДВС (рис. 10).

<

–  –  –

Для определения сил тяжести, моментов и сил инерции в системе DINAMIC необходимо ввести массы звеньев и значения их центральных моментов инерции. На рис. 11 представлены экраны ввода масс и моментов инерции звеньев механизма для структурной группы II1.

<

–  –  –

По результатам моделирования выводятся таблицы значений и графики: усилия на рабочие звенья, приведенного момента инерции I пр и приведенного момента сил Tпр. При наведении курсора на график в любом положении, система автоматически выдает точное значение основных параметров I пр и Tпр для соответствующего значения угла поворота кривошипа (рис. 12–13). Результаты ручного счёта сверяются с полученными в системе DINAMIC, делается анализ результатов и выводы.

Рис. 12. Таблица и график Рис. 13. Таблица и график для приведённого момента инерции для приведённого момента сил Значения величин параметров динамической модели передаются в последующие модули системы DINAMIC для решения уравнения движения.

3. «Решение уравнения движения».

Под действием приложенных сил закон движения звеньев будет существенно отличаться от закона, определенного при условии, что входное звено движется с постоянной скоростью. Входное звено в действительности движется с переменной скоростью.

Определение закона движения входного звена механизма с учетом действующих сил выполняется в системе DINAMIC для простейшей динамической модели приближенным методом [9].

В индивидуальном задании приведены: номинальная угловая скорость кривошипа (частота вращения) и коэффициент неравномерности хода в машинах. Студент определяет по таблице или по графику максимальную max и минимальную min угловые скорости кривошипа, находит среднеарифметическое значение скорости и коэффициент неравномерности.

Теория Механизмов и Машин. 2012. №1. Том 10. 59 ТММ и компьютер Полученные значения сравнивают с заданными величинами, делаются выводы. Чтобы получить вращение главного вала машины с циклической неравномерностью, не превышающей требуемой величины на главном валу машины, необходимо закрепить добавочную массу – маховик. Определение момента инерции маховика по заданным условиям движения выполняется в процессе проектирования машины и составляет одну из задач динамического синтеза. С помощью системы DINAMIC с учётом заданного коэффициента неравномерности студенты определяют путём набора с клавиатуры необходимый момент инерции маховика для регулирования изменения скорости главного вала машины (рис. 14).

–  –  –

4. «Определение истинного закона движения звеньев». После выполнения работы «Решение уравнения движения в механизме» можно определить кинематические параметры любого звена и любой точки механизма с учётом масс звеньев и действующих сил.

Например, для выходной точки E :

VEx VEx 1 ; VEy VEy 1 ;

–  –  –

Используя систему DINAMIC, студенты получают сравнительные графики скоростей и ускорений для точек (рис. 15) или угловых скоростей и ускорений звеньев (рис. 16) при постоянной и переменной скорости кривошипа.

Студентам предлагается сравнить результаты вычислений по выше приведённым формулам с полученными значениями в системе DINAMIC, сделать выводы.

–  –  –

5. «Определение неуравновешенных сил и моментов инерции механизма» выполняется на ПК. В лабораторной работе и курсовом проектировании неуравновешенные силы и моменты инерции определяются с помощью системы DINAMIC.

Результаты расчётов выводятся на экран в виде таблиц (рис. 17), графиков и годографов: неуравновешенных сил инерции и неуравновешенного момента инерции (рис. 18, 19).

Полученные значения сравнивают с результатами ручного счёта, делают выводы.

–  –  –

6. «Уравновешивание вращающихся масс, расположенных в параллельных плоскостях» выполняется на лабораторной установке ТММ 35А в несколько этапов (см. раздел II). АСОО КОБРА содержит фрагмент компьютерного учебника по разделу уравновешивание вращающихся масс и методические указания по выполнению лабораторной работы с компьютерной поддержкой.

В модуле № 4 «Исследование динамики механизмов. Кинетостатика» выполняется одна лабораторная работа «Силовой расчет механизма» на ПК. В курсовом проектировании студенты делают расчёт графическим и аналитическим методами для заданного угла поворота кривошипа. В системе DINAMIC эта работа выполняется для двух условий: при постоянной скорости входного вала (учебная задача) и при переменной скорости входного вала (учебно-исследовательская работа).

В системе DINAMIC можно вывести на экран таблицу, график или годограф значений для исследуемого механизма (реакций во всех соединениях, уравновешивающего момента)

–  –  –

IV. Лабораторный практикум «Исследование механизмов с высшими парами»

Теоретический курс «Исследование механизмов с высшими парами» содержит три модуля:

1. Плоские зубчатые передачи.

2. Пространственные зубчатые передачи. Кинематика зубчатых механизмов.

3. Кулачковые механизмы.

В модуле «Плоские зубчатые механизмы» выполняется три лабораторных работы.

1. «Моделирование нарезания зубчатого колеса методом огибания инструментом реечного типа».

На лабораторном стенде (рис. 22) выполняется моделирование процесса нарезания четырёх колёс: нулевого (коэффициент смещения x1 0 ), двух положительных ( x2 xmin ) и ( x3 xmin 0,2 ), отрицательного ( x4 ( xmin 0,2) ).

По окончании работы делается вывод о влиянии смещения инструмента на подрез ножки, заострение вершин зубьев, сравнивается толщина зуба с шириной впадины на делительной окружности для различных колес.

–  –  –

2. «Определение параметров цилиндрической прямозубой зубчатой передачи» выполняется на моделях. В этой работе необходимо определить типы зубчатых колёс, передачи, показатели качества передачи.

3. «Анализ показателей качества зубатой передачи» выполняется на ПК в системе GCG&FQ [10]. Делается расчёт для трёх вариантов: передачи, с которой работали в предыдущей работе, нулевой и выбранной по одному из условий рационального проектирования – минимальные габариты, наибольший коэффициент перекрытия, наименьшее скольжение на ножке шестерни. Студенты получают результаты расчета (рис. 23), схему зацепления и графики показателей качества (рис. 24), анализируют их и делают выводы.

В модуле «Пространственные зубатые передачи. Кинематика сложных зубатых механизмов» выполняется одна работа «Исследование кинематики передач» на моделях планетарных и дифференциальных механизмов.

Рис. 23. Экран ввода параметров Рис. 24. Графики скольжения зацепления и вывода результатов расчёта и приведенного радиуса кривизны В модуле «Кулачковые механизмы» выполняется две лабораторные работы: «Построение профиля кулачка» на лабораторном стенде и на ПК в системе АПМ Win Machine с таким же названием [11]. Для профилирования кулачка можно задать любой тип кулачкового механизма, закон движения толкателя. Профилирование кулачка на ПК выполняется для 2–3 разных законов движения толкателя или разных значений допускаемого угла давления. Студенты получают рисунок профиля кулачка, таблицы и графики движения толкателя, изменения угла давления, анализируют полученные результаты, делают выводы.

–  –  –

ных занятий и в часы самостоятельной работы (в рамках УИРС). Интеграция лабораторного практикума с курсовым проектированием даёт положительные результаты. Выполнение лабораторного практикума с компьютерной поддержкой позволяет научить будущих специалистов грамотному применению современных средств исследования и рационального проектирования механизмов. Однако парк экспериментальных установок для проведения лабораторных работ по курсу ТММ устарел и физически и морально. Опыт выполнения лабораторных работ с компьютерной поддержкой привёл к выводу о необходимости создания принципиально новых лабораторных установок с современными средствами эксперимента, обработки его результатов, с возможностью удалённого доступа для обучения по дистанционным технологиям. Это требует значительных финансовых вложений и кооперирования интеллектуальных ресурсов на уровне региона, страны, а возможно и нескольких государств.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Карловский Д. А., Вишневский С. В., Семёнова Н. С. Программа структурного анализа механизмов // Теория механизмов и машин. 2005. №1. Том 3. С. 6769.

2. Евграфов А. Н. Программа расчета динамики однодвигательной машины // Теория механизмов и машин. 2003. №1. Том 1. С. 8391.

3. Хлебосолов И. О. Графоаналитические методы расчета механизмов с использованием ЭВМ // Теория механизмов и машин. 2004. №2. Том 2. С. 4044.

4. Зиборов К. А., Мацюк И. Н., Шляхов Э. М. Решение векторных уравнений кинематики механизмов с помощью программ Mathcad // Теория механизмов и машин. 2008. №1.

Том 6. С. 6470.

5. Евграфов А. Н., Петров Г. Н. Компьютерная анимация кинематических схем в программах Excel и Mathcad // Теория механизмов и машин. 2008. №1. Том 6. С. 7180.

6. Кузлякина В. В. Структурирование схем рычажных механизмов (автоматизированная система VSE): учебн. пособие / Л. А. Бражник, В. В. Кузлякина, М. В. Нагаева. – Владивосток: Мор. гос. ун-т, 2009. – 76 с.

7. Кузлякина В. В. Исследование кинематики рычажных механизмов : учеб. пособие по курс. проектированию / С. Н. Зиборов, В. В. Кузлякина, С. Р. Рослякова. Владивосток:

Мор. гос. ун-т, 2004. 103 с.

8. Кузлякина В. В. Исследование плоских рычажных механизмов. Кинетостатика :

учеб. пособие / С. Н. Зиборов, В. В. Кузлякина. Владивосток: Мор. гос. ун-т, 2006. 103 с.

9. Кузлякина В. В. Исследование динамики машинных агрегатов : учеб. пособие / В.

В. Кузлякина, М. В. Нагаева, Л. А. Бражник. – Владивосток: Мор. гос. ун-т, 2011. – 103 с.

10. Кузлякина В. В. Цилиндрические эвольвентные зубчатые передачи : учеб. пособие / В. В Кузлякина, М. В. Нагаева. – Владивосток: Мор. гос. ун-т, 2011. – 84 с.

11. Роншина Е. С. Расчет кулачковых механизмов в модуле WinCam расчетного комплекса APM Win Machine: метод. указания к лаб. работе / Е. С. Роншина. – Владивосток:

Мор. гос. ун-т, 2001. – 30 с.

Похожие работы:

«НАСТАВЛЕНИЯ К ПРАКТИКЕ. Я очень рад видеть вас здесь сегодня. После этой лекции мы с вами расстанемся на несколько месяцев. Потом встретимся вновь. Встречи и расставания – это природа жизни. Поэтому вы...»

«Венская Конвенция о Дипломатических сношениях (Вена, 18 апреля 1961 г.) Государства, являющиеся Сторонами настоящей Конвенции, отмечая, что народы всех стран с древних времен признают статус дипломатических агентов, принимая во внимание ц...»

«eNsemble eNsemble Фонда "ПРО АРТЕ" был создан в декабре 2000 и на момент создания являлся единственным регулярным ансамблем новой музыки в Санкт-Петербурге. Первый концерт состоялся в январе 2001 года. Сейчас это сильнейший петербу...»

«1 Профессор, к.т.н Лукьянов Г.Д. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 4-5 Проверка закона Малюса Студент_ группа_ ДопускВыполнение_Защита_ Цель работы: экспериментальная проверка закона Малюса. Приборы и принадлежности: установка, состоящая из фотоэлемента, двух поля...»

«Санкт-Петербургский государственный университет Научно-исследовательский институт менеджмента НАУЧНЫЕ ДОКЛАДЫ O.M. Удовиченко Понятие, классификация, измерение и оценка нематериальных активов (объектов) компании: подходы к проблеме № 13(R)–2007 Санкт-Петербург О.М.Удов...»

«ОТЧЕТ о работе комитета Тульской области по тарифам в 2016 году Комитет Тульской области по тарифам – орган исполнительной власти области, осуществляющий в соответствии с действующим законодательством государственное регулирование в сфере ценообразования. Ком...»

«Д.В.Чистов, С.А. Харитонов Хозяйственные операции в 1С:Бухгалтерии 8 (редакция 3.0). Задачи, решения, результаты. Издание 4 Электронная книга в формате pdf; ISBN 978-5-9677-2097-0. Электронный аналог печатного издания "Хозяйственные операции в 1С:Бухгалтерии 8 (редакция 3.0). Задачи,...»

«МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ УТВЕРЖДАЮ Первый заместитель министра Р.А. Часнойть 13 февраля 2009 г. Регистрационный № 111-1108 МЕТОД ОЦЕНКИ ВЕСТИБУЛЯРНОЙ ДИСФУНКЦИИ С ПРИМЕНЕНИЕМ ФУНКЦИОНАЛЬ...»

«Трудоемкость дисциплины по стандарту (учебному плану), час 90 В том числе: лекции 16 лабораторные занятия практические занятия 18 курсовые проекты (работы) 40 самостоятельная работа 56 контрольные мероприятия: зачет нет экзамен да учебная практика нет Структура пояснительной записки 1. Цели и задачи дисциплины. Ее место в учебном процесс...»








 
2017 www.doc.knigi-x.ru - «Бесплатная электронная библиотека - различные документы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.