автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.18, диссертация на тему:Разработка системы автоматизированного динамического анализа рычажных механизмов высоких классов

Д< 621.01

На правах рукописи

гтйИ^

I/

'1/игг

<• У г

Маликов Мсмр Турсынбекогшч

РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ДИНАМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА РЫЧАЖНЫХ МЕХАНИЗМОВ ВЫСОКИХ КЛАССОВ

05.02.18- «Теория механизмов и машин»

Автореферат диссертации ил еоискгалие ученой степени кандидата технических наук

Республика Казахстан Алматы, 2000

Работа выполнена и Казахском государственном национальном университет

им. аль-Фараби

Научные руководители: чден-корр. ИЛН РК, академик ИЛ РК

доктор технических наук, профессор Молдабеков М.М., доктор технических наук, доцент Тулешов Л.К.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Наурызбаев Р.К.,

кандидат технических наук, доцент Сейдахметов А.Ж.

Ведущая организация: Институт механики и машиноведения МОН РК

им. У.Л.Джолдасбекова

Защита состоится " cj&Uc-'ihii 2000 года в {!(— часов на заеедани диссертационного совета kl4A.0i.15 при Казахском государственно национальном университете им. аль-Фараби

(г.Алматы, ул. Масанчи, 39/47, механико-математический факультет КазГ^ ауд.312)

С диссертационной работой можно ознакомиться в научной библиотек Казахского государственного национального университета им. аль-Фараб по адресу: г.Алматы, пр.аль-Фараби, 71.

Автореферат разослан

2000г

Ученый секретарь диссертационного совета К14А .01.15,

кандидат технических наук, доцент * _JL— А-^-Ёралие

К№52,0

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ ктуальность темы; Автоматизация любого производственного процесса яв-яется актуальной в связи с техническим прогрессом программного и аппарат-ого обеспечения ЭВМ. В условиях конкуренции освоение новой техники и ехнологий прежде всего должно быть сопровождено автоматизацией всех эта-ов технического проектирования. Система автоматизированного проектирова-ия (САПР) позволяет конструктору-проектировщику решать технические за-ачи за короткие сроки, охватить всевозможные варианты конструкции и вы-рать наиболее оптимальную. Такой подход в решении технических задач дает веренность в конкурентоспособности изделий, а если это направлено на соз-ание продукции на основе передовых научных разработок, то можно сказать, то эта продукция будет востребована на мировом рынке.

Одним из таких направлений является разработка и создание грузогюдьем-ых устройств и робототехнических систем на базе механизмов высоких клас-ов (МВК,), которые не имеют аналогов в мировой практике. Это направление ачало свое развитие около 30 лет назад под руководством академика Джол-асбекова У.А На практике использование МВК встречается довольно редко виду сложности и трудоемкости расчета и проектирования, а также недооцени широкого спектра функциональных возможностей этих механизмов. Малая родуктивность в создании новых устройств на базе МВК напрямую связана с бособленным анализом этих механизмов, т.е. каждый исследователь при соз-анни нового механизма самостоятельно составляет алгоритмы и программы ннтеза и анализа, пригодные только для этой структуры механизма. Этот ({»акт казывает большое влияние на трудовые и временные затраты в создании эф-1ективных манипуляционных устройств на базе МВК. Слабо используются нифицируемость, алгоритмизуемость, общность и единообразие существую-Ц1Х аналитических и численно-аналитических методов анализа и синтеза МВК ля создания удобного инструмента для научных сотрудников и инженеров-роектировщиков в виде САПР.

Существующая система "Днепром", посвященная задачам автоматизиро-анного анализа структуры и кинематики МВК, отвечает требованиям еднно-бразия, целостности и взаимосвязанности. В этой системе не была завершена азработка алгоритмов и программ автоматизированного анализа динамики ычажных механизмов, кроме того, необходимо совершенствование интерфей-з существующей версии "Днепром". Ввиду этого, как развитие существующей истемы "Днепром", является актуальным создание эффективных методов, ал-зритмов и программ решения задач автоматизированного динамического ана-иза и синтеза МВК.

Цсльн» данной работы является разработка методов, алгоритмов и программ втоматизированного анализа динамики плоских рычажных МВК, а также ре-гение частных задач их динамического синтеза.

В соответствии с целью работы необходимо решение следующих задач: ювершенствование интерфейса системы «Днепром» в автоматизированном нализе кинематики МВК;

разработка методов и алгоритмов автоматизированного анализа динамики и инетостатики МВК;

-разработка методов и алгоритмов автоматизированного динамического синтез по коэффициенту неравномерности хода машины, снижение виброакпшности уравновешивание МВК;

-создание пакета прикладных программ автоматизированного динампчееког анализа и синтеза рычажных МВК.

Методы и объекты исследований: В качестве объектов исследований ирг ни маются плоские рычажные механизмы высоких классов, отличающиее сложной геометрией, структурой и трудоемким анализом. В работе использс ваны апробированные методы теоретической механики, теории механизмов машин, линейной теории упругости и численные методы вычислительной мг тематики. Были использованы алгоритмы структурного и кинематического аш лиза системы «Днепром» .

Научные положения, выносимые на защиту:

♦ метод и алгоритм представления МЕЖ в виде динамически эквивалентно расчетной модели на основе принципа динамического размещения масс;

♦ метод и алгоритм автоматизированного составления уравнений движени МВК на основе уравнений Лафапжа первого рода с учетом всех активны сил и характеристик двигателя;

♦ метод и алгоритм автоматизированного кинетостатического анализа МВК;

♦ метод и алгоритм автоматизированного решения уравнений динамики МВ с учетом динамики двигателя и режимов движения машины;

♦ алгоритм автоматизированного динамического синтеза МВК по коэффищ енту неравномерности хода машины;

♦ алгоритм автоматизированного уравновешивания сил инерции механизме высоких классов.

Степень обоснованности и достоверности научных положений по, тверждается: корректным применением методов теоретической механики теории механизмов и машин; подтверждением теоретических результатов гг тем создания системы автоматизированного анализа механизмов на ПЭВМ моделирования тестовых задач реальных машин и МВК

Научная новизна работы: Предложен новый подход к постановке и реш нию задач динамического анализа и синтеза МВК: обоснованы и предложен соответствующие расчетные и математические модели динамики рычажнь МВК; автоматизирован процесс формирования компьютерной модели динам! ки механизма; составлены алгоритмы и программы автоматизированного реш иия уравнений динамики МВК и вывода полученных результатов в требуемс форме, а также автоматизированы задачи динамического синтеза по коэфф! циенту неравномерности хода машины и уравновешивания сил инерции мех низма.

Практическая ценность и реализации результатов работы:

Результаты работы в виде системы «Диспром-3» используются в учебне процессе кафедры механики механико-математического факультета КазГУ и: аль-Фараби. САПР «Диспром-3» используется в конструкторских отдел; МНТЦ «Машиностроение» при Министерстве индустрии, энергетики и торго

гш ['К. РНПЦ «Машиностроение» Инженерной Академии P1C 11 научно-технологического парка КазГУ им.аль-Фарабп.

С пи¡ь темы диссертации с планами отраслей науки и производства:

Диссертационная работа выполнялась в рамках научного проекта «Разработка системы автоматизированного технического проектирования универсальных мапипуляционных устройств высоких классоВ'>№ГР 0199 PFC 00071) в рамках НТП-158.

Апробация работы: Основные положения работы были доложены на научных семинарах кафедры механики и кафедры математического обеспечения ЭВМ и кибернетики КазГ'У им.аль-Фараби, международных научных конференциях: «Теория машин и инженерная проблема» (Узбекистан, Ташкент, 1998), VI General Assembly FEIIC, International Conference "NEW TECHNOLOGIES IN ISLAMIC COUNTRIES"(Almaty, 1999) и «Математическое моделирование научно-технических и экологических проблем в нефтегазодобывающей промышленности» (Алматы, 2000).

Личный вклад автора состоит в разработке методов, алгоритмов и программ автоматизированного динамического анализа МВК, программного обеспечения системы автоматизированного анализа рычажных механизмов «Днс-пром-3».

Публикации. Основные результаты диссертационной работы, полученные диссертантом и составляющие ее содержание, освещены в 5 научных публикациях.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 125 страницах текста, содержит 71 рисунок, 12 таблиц, список использованных источников 158 наименования и приложения. Общий объем диссертации составляет 144 страницы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первом разделе содержится сравнительный обзор существующих методов кинематического, динамического анализа, а также средств автоматизированного проектирования рычажных МВК. В развитии автоматизации проектирования механизмов и машин наблюдаются три направления: составление специализированных, проблемно-ориентированных и общих инженерных пакетов программ. Первое направление- это составление программ простой структуры для решения конкретной узкопрофильной задачи. Следует отмет ить, что в этом направлении проводится, как бы, проверка корректности метода с целью распространения его на более широкую область проблемного ориентирования. Поэтому нельзя пренебрегать результатами, полученными при решении конкретных задач. Во втором направлении разрабатывается пакет функциональных программ, управление которыми осуществляется одной главной управляющей программой. Здесь проводится предварительное изучение отдельных составляющих, классов и групп механизмов с целью выявления наиболее общих закономерностей и составления максимально универсальных, а также оптимальных подпрограмм. И, наконец, в третьем направлении задействованы целые коллективы разработчиков в целях составления универсального технического па-

кета, ориентированного па решение всех возможных задач техники. Здесь ис пользование САПР требует от пользователя определенного объема знашп Среди них можно отметить следующие известные пакеты САПР механически систем: KYNSYN, UNCAGES, IMP, KIDYAN, AUTOCAD, ADAMS и др.

Па сегодняшний день относительно немного САПР, позволяющих провс дить машинный анализ целого класса сложных систем, какими являются MBI Наиболее рациональный подход автоматизации структурного и кинематически го анализа МВК разработан в работах Джолдасбекова У. А., Молдабекова N-М., Ахмедова Д.Ш. Разработанные ими методы структурного и кинематическс го анализа МВК легли в основу численных алгоритмов системы автоматизир* ванного кинематического анализа механизмов «Днепром». В этой системе npt нята идеология представления структуры механизма в памяти ЭВМ в форм графа. Для представления графа механизма используется матрица смежное г графа, выбранный подход к описанию структуры .механизма является ornpat ным пунктом для последующих алгоритмов анализа механизмов - структурис го, положений и перемещений.

Представление механизма в памяти ЭВМ в виде системы базовых тс чек(БТ), связанных поводками и координатный метод кинематического анализ МВК, используемый в этой части системы «Днепром», были приняты без и: менения при разработке алгоритмов и программ автоматизированного динам1г ческого анализа и синтеза МВК, которые составляют основное содержание это работы.

Второй раздел посвящен формированию и анализу математической модел динамики рычажного механизма, представленного в виде системы БТ. В целя совместимости математических моделей кинематики и динамики необходим произвести динамическое размещение масс отдельных звеньев по БТ механи: ма. Размещение масс проводится в два этапа, на первом производится размеще ние масс отдельных звеньев, на втором - суммирование полученных частичиы размещенных масс но БТ механизма. Сог ласно методу размещения массы звен получены формулы размещения масс для двух-, трех- и четырехшарнириы звеньев. Для двухшарнирного звена значения размещенных масс можно найт по формулам

mi = Js /(I - X)lfj; nij = Js i klfj ;

ш.,/?Я(1-Д)-./5 0

rn =-----------,

' !ЦЛ(\-Л)

где 0 < Л < 1-коэффициент, выражающий отношение длин поводков от центр масс; /у -длина поводка, соединяющего БТ / и j ; ms,Jv- масса, сосредоточег

ная в центре тяжести S и момент инерции звена

Для трехшарнирного звена размещенные массы находятся по формулам

т, = —(.Х;Ук - хкУ/).^> т) = - х,Ук >

Л

(2)

тк = <л",\>'/ " * у >'/ • = - т, - т 1 - тк,

А

де определи гель должен быть отличен от нуля и равен:

+ (х1-у1)(х,у, -х,у,)Ф 0.

(3)

Анализ всевозможных вариантов показал, что при распределении масс вух-, трех- и четырехшарнирных звеньев по замещающим точкам, в качестве ополнительной точки целесообразно принимать положение центра тяжести вена. В системе «Диснром-3» предусмотрено автоматическое определение ко-рдинат центра тяжести звена, которое может иметь различные формы на плос-ости.

Метод динамического размещения масс отдельных звеньев позволяет найти начепия размещенных масс в замещающих точках, используя локальную сис-ему координат, связанную со звеном. При вычислении сосредоточенной массы Б'Г механизма необходимо учитывать, что многие замещающие точки этих веньев соответствуют кинематическим парам между звеньями, которые, как равило, принимаются в качестве БТ механизма. Для вычисления суммарных (асс, сосредоточенных в БТ механизма, на основе анализа матрицы смежности [еханизма предлоясепа следующая формула:

[омера 1 — 1, т будут соответствовать кинематическим парам, далее номера : - 1П + \,т + ( соответствуют шатунным точкам (не совпадающим с центрами яжести), а р = т + Г + \,т + / + п центрам тяжести л звеньев механизма. Общее исло БТ механизма будет равно 1Ч^т+[+п.

На основе разработанного автором метода размещения масс звеньев меха-изма по БТ можно построить следующий алгоритм автоматизированного размещения масс.

Алгоритм I. Автоматизированное размещение масс по БТ механизма

Пронумеровать БТ механизма, совпадающие с центрами масс звеньев, пачи-ая с р~-т+1+1 до р=т+1-\-п (т- число кинематических пар, / - число шатунных очек, не являющихся центрами масс звеньев, п - число звеньев). ° . Принимая ¡~р-т-1 за номер звена ввести п значений массы и момента нерцни .]! звеньев механизма.

т,, = У т „/, V е { 1 ,т г + п }.

(4)

3°. Анализируя матрицу смежности, выявить пары ВТ - ¡,] = 1 ,т, которые связаны с £>-ой БТ с помощью соответствующих поводков ¡¡р и 11 Д&пее, по результатам анализа матрицы смежности механизма, уточнить ВТ под номерами - 1 ут- которые лежат на одном поводке с БТ- (7,/). Затем ввести двойную индексацию (V,!) для замещающих масс у-ой БТ (V - \,т +1 и, / - 1.«).

А". Образовать множество троек (I,],к) БТ, принадлежащие двухшарнпрным звеньям, четверку (7¿,к,р) БТ — грехшарнирным звеньям, а также пятерку (/,У,А:,/,/?,)-четырехшарнирным звеньям и тл., где /мгомер БТ, соответствующем центру тяжести звена.

5". Создать одномерный массив и положить т, -0. V- 1 ,т + 1 + п.

6°. Присвоим 1~1 .

7° .В зависимости от количества шарниров на 7-ом звене размещать массы по БТ:

а) для двухшарнирного звена по формулам (I);

б) для трехшарнирного звена по формулам (2) и т.д.;

8°. Заполнить ранее образованный массив (шаг 4° ) по формуле: ту - + тг1. 9°. Присвоить значение 1-1+1, если I <п то идти к шагу 6°.

Таким образом, динамическая модель рычажного механизма представлена как система материальных точек т{,т2....,ты, координаты которых связаны между собой следующими уравнениями:

= -х )2 +{у, -У])2-¡I- = 0, у,у е{1,ЛГ}. (5)

где - координаты, соответственно, V и/'-ой БТ в неподвижной систе-

ме координат.

Когда уравнения связи имеют вид (5), то уравнения динамики в форме уравнений Лагранжа первого рода могут быть записаны в виде:

N __

туХу = Гух -2 £ (ху - ху), V = 1, А/",

У=1 (6)

N _

= 1\х -2 I Яу (уу -У/), v = 1, /V, / = |

где число уравнений равно 2Ы.

В общем случае на 7-ое звено механизма действуют внешние силы, которые задаются моментом М/ и силой Т7/, приложенной в заданной точке звена. Чтобь привести эти внешние силы к БТ механизма используются известные приемь разложения и переноса сил (момента силы) в другую точку звена, которые в работе полностью автоматизированы. Результирующие силы, приложенные на Ь'1 механизма, определяются по формуле:

'7=2^ /v (7)

где Fg'^ сила тяжести v -ой БТ механизма.

В системе «Диспром-3» создана база данных по типам двигателей, в частности по электродвигателям постоянного тока, асинхронным электродвигателям с короткозамкнутым ротором, синхронным электродвигателям переменного тока. Для их учета систематизированы статические и динамические характеристики двигателей, которые по значениям постоянных коэффициентов и характерных параметров будут описывать движение того или иного привода с учетом уравнения движения рабочего механизма.

Далее производится автоматизированный вывод уравнений движения: Алгоритм 2 - Автоматизированный вывод уравнений движения механизма. 1°. Создать матрицу коэффициентов Лагранжа |U,vj|A ,на основе матрицы

смежности механизма, записав вместо ее ненулевых элементов / ^ о, элементы, отличные от нуля, новой матрицы ? ^ 0.

2°. Создать па основе алгоритма 1, массив вектора масс Б'Г механизма m = (/я,, яг2..... m N у , а также массивы векторов проекции ускорения этих точек, т.е.

Wx = (*,,.?,.....xN у, ¡l'y = (у,.у2'--У.\ у

3°.Создать массивы матриц координат БТ механизма в виде их разности, т.е.

4°. Провести проецирование вектора внешних сил на неподвижную систему координат и создать массив вектора внешних сил

F; = (F,',F/,...,F;), Ty={F>\Ff.....F,'),

приведенных к БТ механизма, на основе формул приведени; 5°. Провести операцию умножения векторов Wх и IVv па вектор масс БТ m

тЦ'л и т1¥у 6°. Провести операцию умножения матриц ¡[^ _ Л- ,|;Л » ^ - у;[р

рицу КС,=1>т-е- 1ММЬ и 1ЫМК'

7°. Согласно структуры системы (6) провести суммирования соответствующих выражений, затем результат, соответственно, приравнять с (7);

В результате получим уравнения движения механизма, записанные в форме дифференциальных уравнений Лагранжа первого рода (6). В системе «Диспром-3» предусмотрено автоматическое аналитическое представление на экране дисплея ПЭВМ уравнений (6) для рассматриваемого механизма и вывод их на печать.

В третьем разделе предлагается приближенный метод решения уравнений динамики рычажных механизмов, представленных в форме дифференциальных

уравнений Лагранжа первого рода (6) и алгебраических уравнений связи (5). Если исходить от принятой модели механизма как системы материальных точек, то уравнения (5) выражают связи, реализованные в виде "жестких" поводков данной длины / . Допустим, что вместо поводков связь между точечными

массами осуществляется с помощью пружины с жесткостью Сц и длиной в не-

деформированном состоянии / . Тогда точечные массы получаются как бы

свободными, на которые действуют силы упругости пружин, что позволит при выводе уравнений движения "избавиться" от множителей Лагранжа и алгебраических уравнений связи (5).

Выразив соответственно кинетическую, потенциальную энергии и диссипа-тивную функцию механической системы, ее уравнения динамики получены на основе уравнений Лагранжа второго рода:

Выражение (9) позволяет не нарушать процедуру автоматизированного вывода уравнений динамики механизма в форме уравнений Лагранжа первого рода (6) и ее структуру. Задавая значение коэффициентов жесткости и диссипации пружины с - и (/^(у = 1,Л',у = 1,/У), можно решать только систему дифференциальных уравнений (8) относительно переменных = 1,,аО-Точность решения системы (8) оценивается по малой величине ¿:, где

(8)

Сравнивая системы (6) и (8) можно записать следующие соотношения

(9)

(Ю)

которую можно регулировать путем изменения коэффициента жесткости с

В нормальной форме Коши, система уравнений (8) принимает следующий вид:

г*'* i л' с.,; г 1 1

+

'ч

= +(.Уу -У,)2 +

т., 8 м.. ; = 1 /".

V V у - > * \у

+ - - х/> + (и* ~ иЛУ* - >■;)]!( Г,. - У,IV = Глг

ч

В силу известной теоремы Коши эта система решается при заданных на-:альных условиях: при I =/0 ху = уу -у* х, = . С учетом дан-

1ых практических расчетов реальных машин и механизмов регулируемые зна-ения коэффициентов с,у и рекомендуется изменять в пределах

О4 < £•„,- <106 и0,4<(//у <0,6.

Численное решение полученных уравнений требует задания числового про-1ежутка времени в течение которого будет осуществлятся разгон, установившееся движение и торможение. В связи с этим предложены алгоритмы расчета тих величин.

Далее проводится кипетостатический анализ механизма па основе уравне-[ий (6), причем, так как связи идеальные, то проекции реакции запишутся в ви-

ы д{ ■ N N д/~ .-V

К = ~ = 2- х,), к = ЕЛу, = - у,\ (12)

У-1 дхМ у=1 у=1 с'Лу /=1

:сходя из этого, составим алгоритм кинетостатического анализа механизма: Алгоритм 3,а - Определение реакций связей по множителям Лаграижа Создать матрицы-столбцы реакций связей ^ |Г' „ .

После проведения динамического анализа ввести массив множителей Ла-ранжа

о И II И'7

. Определить проекции реакции связей шЛ и ¡¡Л,,! по формулам

V = 1, /V,

__ (1 •>)

4°. Найти значения и направляющих косинусов по формулам

= , созо со Я;/Л. (1г

II !' ^ |1 !] ^

5°. На основе полученных значений и \\Ryi и матрицы смежности МВ

¡1 ' III/ |; !| у

составить систему уравнений вида

кЛ^г^ = (15

У-1 'V?' 7-1 'V, /

Для этого нужно записать вместо ненулевых элементов матрицы смежност N х-'—— и просуммировать по строкам матрицы смежности и приравнять с чи'

ленными значениями Цл'Ц" • Далее аналогично провести составление выражени (15) по у.

6°. Решение системы (15) производиться относительно продольных сил пово, ков .

7°. Для нахождения воздействия звеньев на кинематические пары, использ) данные структурного анализа механизма, просуммировать значения ; I

признаку принадлежности одному из звеньев, составляющих эту пару.

Следующим шагом динамического исследования возможно улучшение н которых динамических характеристик, например, подбор момента инерции м; ховика в соответствии с заданным коэффициентом неравномерности О. САПР «Диспром-3» реализован автоматизированный подбор момента иперци маховика и визуальная анимация движения механизма с дополнительными ма> сами на ведущем звене. Чтобы автоматизировать процесс вычисления момеш инерции маховика, были использованы известные графоаналитические метод и возможности систсмел «Диспром-3», где широко используется компьютерна графика: ввод и вывод результатов в виде графиков, их масштабирование, м( делирование реального движения и т.п.

Далее в автоматизированном режиме решается задача уменьшения вредног воздействия па фундамент. Одним из методов уменьшения ниброактивност машин является уравновешивание механизмов. Задача уравновешивания мех; низмов высоких классов из-за наличия множества звеньев и кинематически пар в статически определимой группе Ассура и того, что многие звенья явл: ются промежуточными, не связанными непосредственно со стойкой, предста: ляет собой очень сложную проблему. Уравновешивание МВК проводится г первой гармонике сил инерции, действующих на фундамент машины.

Алгоритмы подбора момента инерции маховика и уравновешивания сил< вого воздействия на фундамент в цикловых механизмах также описаны в это главе.

В четвертом разделе продемонстрированы возможности системы «Дис-[ром-3>>, для решения задач кинематического, кинетостатического и динамиче-кий анализа конкретных механизмов.

На примере механизма четвертого класса с вращательными парами (рнсу-гок 1,а) показаны возможности разработанной САПР в динамическом анализе, {ля этого же механизма показаны возможности САПР по улучшению некото->ых динамических характеристик машины. В частности, помимо анализа дина-1ики в автоматизированном режиме осуществлен подбор момента инерции ма-;овика и уравновешивание сил инерции.

Механизм У-го класса с вращательными парами (рисунок 1,6) спроектиро-;ан путем подбора длин звеньев на -экране дисплея ПЭВМ. Затем проведен :нализ динамики и получены оценки динамических характеристик механизма, 'езультаты решения основной задачи динамики, т.е. определение закона движения по заданным силам для шарниров с номерами 2 и 3 механизма У-го :ласса представлены на рисунках 2,а и 2,6. Графики угловой скорости ведущего вена механизма IV —го класса и его деформации представлены па рисунках 3,а I 3,6; графики реакций в кинематических парах с номерами 1 и 4 представлены ш рисунках 4,а и 4,6.

Определение сборок МВК

б)

Рисунок 1

Графики закона движения (решение основной задачи динамики)

... «.«.-'--гтгг^г,-—————■ ш!'-■ :-'!-т' | ' ИМИ——и МИ1ИИ1—

б) °

7 лИ»|в|

\ (, Е* Ь«* АлаМ*

NN'-1 1*1-13!!! IИШи .1-И-11 1.

1-1

Рисунок 3

Графики реакций в кинематических парах

Проведен кинематический и кинетостатический анализ механизма четвертого класса с поступательными парами. Получены результаты анализа кинематики и кинетостатики в виде графиков на экране ЭВМ. На рисунках 5,а и 5.6 представлены графики результатов кинетостатического анализа механизма IV-го класса с поступательной парой для шарниров с номерами 2 и 3.

Графики кинетостатического анализа

н|¿а .....:....."у:,,,■ ¡::у;

I 1 ......... | : ; 1 п

; ; ! ! 1

— 1 - 4 . 1 I 1 ! 1 1 !

" 1 " -Т" 1 1 : ■ 1 ! ! ! ■

1

' 1 ■ 1 1 !

- : -1 -4 г т . М - -Ь- Т-" 17—г. г.

I 5

В питом разделе показан способ компоновки программных модулей, обеспечивающий программную реализацию алгоритмов, а также представлена интерфейсная структура «Диспром-З» в соответствии с принятыми стандартами. Здесь приводи гея стратегия разработки САПР «Диспром-З», т.е. структура и сущность макро- и .микрокомпонентов программы. Под микрокомпоновкой подразумевается разбиение программы на независимые самоорганизованные объекты. Макрокомпоновкой является логическая группировка микрокомпонентов

Дано описание структуры программного комплекса, инструкция пользователя (рисунки 6,а-6,г), описаны возможности, сервис и т.д На рисунках 6,7 покачай интерфейс САПР «Диспром-З», рисунки 6,а и 6,6 отображают диалоговое экно ввода механизма из файла или построения новой структурной схемы в :тнле графического редактора.

На рисунке 7,а и 7,6 показаны диалоговые окна изменения параметров механизма (длин звеньев, координат шарниров стойки, характеристик двигателя)

Начальные Сталин работы с САПР «Диспром-З»

д) ' ~1 су ;

•¡.»Г«] Лг ; (•• • ^ \ ""

а/)

[ N

■'1;

/ \

г)

Рисунок 6

Ввод параметров механизма и двигателя

Основные результаты и выводы:

1. На основе обзора установлено, что в целях автоматизации задач анали: рычажных механизмов удобным является представление их в виде системы б; зовых точек (БТ), совпадающих с характерными точками механизма. Связи м< жду БТ механизма реализованы в виде поводков и анализ кинематики механн ма проводится координатным методом. Анализ динамики механизмов, в по случае, удобно проводить на основе уравнений Лагранжа первого рода.

2. Предложен метод и построен алгоритм автоматизированного динамически размещения масс звеньев по БТ механизма.

3. Построены алгоритмы автоматизированного вывода уравнений движем плоских рычажных механизмов относительно декартовых координат БТ в фо ме уравнений Лагранжа первого рода с автоматизацией учета динамической статической характеристик различных видов двигателей, и сил сопротивлении их моментов.

4. Разработан метод снижения порядка уравнений движения рычажных мех низмов, представленных в форме уравнений Лагранжа первого рода. Метод п зволяет свести уравнения динамики механизма к системе из одних диффере циальных уравнений и заранее оценить множители Лагранжа, и тем самым р шить проблему численного решения смешанной системы уравнении.

5. Разработан метод силового анализа механизмов, представленных как систер материальных точек, на основе уравнений Лагранжа первого рода и предлож ны алгоритмы автоматизированного анализа кинетостатики механизмов.

6. Разработан алгоритм оценкн времени перехода в различные режимы двюк ния при динамическом анализе.

7. Разработаны алгоритмы автоматизированного синтеза по коэффициенту н равномерности движения и уравновешивания первых гармоник сил инерщ механизма, представленного как система материальных точек.

8. Проведено решение ряда тестовых задач, где показаны возможности систем «Диспром-3» в автоматизированном анализе кинематики и динамики рыча ных механизмов любой структуры с поступательными и вращательными пар ми.

9. Разработана система автоматизированного анализа плоских рычажных ме> низмов «Диспром-3», которая включает в себя подсистемы структурного а! лиза, анализа положений, анализа скоростей и ускорений, кинетостатическо анализа, динамического анализа и синтеза.

Система разработана с применением технологий объект! ориентированного программирования, за счет чего сняты существовавшие предыдущих версиях «Днепром» ограничения на количество элементов кш матической цепи исследуемых механизмов, количество приводов и т.д. Выв результатов осуществляется в графической форме с возможностью переда данных в офисные программы в трех форматах (текст, рисунок, график).

10. Проведены кинематический, кинетостатический и динамический анализ N ханнзма IV класса с поступательной парой, механизмов IV и V классов с в[ щательными парами. Построены графики кинематических параметров и грас| ки реакций в кинематических парах.

Основное содержание работы отражено в следующих публикациях

Молдабсков М.М., Тулешов А.К., Маликов М.Т. Каноническая форма уравнений движения MB К/У Материалы межд. конф. «Теория машин и инженерной проблемы»-Ташкепт, 1998.-С.76-78.

Молдабеков М.М., Тулешов А.К., Маликов М.Т. Автоматизированный вывод уравнений движения рычажных механизмов. //Вестник КазГУ, Алматы, №5(19), 1999.-С. 172-177.

Молдабеков М.М., Тулешов А.К., Маликов М.Т. Решение уравнений движения рычажных механизмов с учетом размещенных масс звеньев по базовым точкам.//Вестник КазГУ, Алматы, №5(19), 1999,- С. 168-172. Молдабеков М.М., Мурушкип С.А., Маликов М.Т. О третьей версии автоматизированного проектирования рычажных механизмов ДИСПРОМ-3 //VI General Assembly FE1IC, International Conference "New Technologies in Islamic Countries", Алматы, 1999.-С. 102-107.

Молдабеков M.M., Тулешов А.К., Маликов М.Т. Автоматизированный анализ рычажных механизмов в системе "Диспром-3". //В мат. 3-го Казахстанско-Российская научно-практической конференции

"Матмоделирование науч-тех. и эколог.проблем в нефтегазодобывающей пром.", Алматы, 2000.- С.211-216.

Ma iiKou Meiiip Турсынбекулы

Жогаргы класил механизмдсрдщ динамикалык талдауьшыц аьтомаггандырга!! жуйссш жасау

05.02.18.-Механшмдер жоне машиналар теориясы

Диссертация жазык, шщц механизмдердщ, соныд шпнде жогаргь класты механизмдердщ, компьютерщик талдауын журпзу мэселеепк арналган. "Диспром-3„ автомаггандирган жобалау жуйеа шнд механизмдердщ курлымдык,, кинематикалык, кинстостатикалыь жэне динамикалык, талдауын шперактигт турде мехашпк к,озгалысын апимацнялау мумкшдптмен журпзьпедг Бул жуйеде шнд механизм байланые графы туршде суретгелген, графтьщ тобелерг кинематикалык, жуптар да, оиыц кабыргалары- nilr/r.i буындар.

Malikov Meir Tursynbekovich

"Development of computer aided design system of dynamics analysis of plane lever high class mechanisms"

05.02.18-Theory of machines and mechanisms

The thesis is devoted to computational dynamics analysis of plane higl class mechanisms. The CAD system allows to carry out the structural kinematical, kinetostatical and dynamical analysis in interactive regim< with animation of movement of kinematical scheme of mechanism Theoretically, the basis of the system is the definition of mechanism in th form of graph of relations with the characterical points (kinematical pairs mass centers, free points) of mechanism, that are the intersections of th graph and the links are relations.