Современные информационные технологии/3. Программное обеспечение

Доц. Рашидова Е.В., маг. Зубарева Е.Г.

Донской Государственный Технический Университет, Россия

Визуальное моделирование плоских механизмов

Развитие современной науки и техники неразрывно связано с созданием новых машин, повышающих производительность и облегчающих труд людей, а также обеспечивающих средства исследования законов природы и жизни человека. Созданные человеком машины могут управлять производственными и другими процессами по определённым, заранее составленным программам и в некоторых случаях автоматически обеспечивать процессы с оптимальными результатами. Механизмы, входящие в состав машины, весьма разнообразны. Одни из них представляют собою сочетания только твёрдых тел. Другие имеют в своём составе гидравлические, пневматические тела или электрические, магнитные и другие устройства[1].

Моделирование кинематики пространственных механизмов отличается высокой геометрической сложностью и определяет качество конечного продукта, стоимость его изготовления и эксплуатации. Выполнение кинематических расчетов плоских механизмов ставит на первый план совершенно другие задачи перед программной системой, в отличие от систем проектирования[2]. Первостепенную важность приобретают проблемы представления структуры механизмов, методы параметрического моделирования анализируемых объектов, а также возможности выполнения кинематических расчетов для построенной модели. Проектирование различных технических систем, состоящих из плоских механизмов осуществляется сегодня с использованием CAD-систем[3]. Эти системы позволяют абсолютно точно спроектировать конструкцию механизма и его деталей до мельчайших подробностей, но обычно не позволяют выполнять структурный анализ и какие-либо расчеты работы этого механизма. Таким образом, следует констатировать отсутствие достойного массового средства для автоматизации проектирования кинематики плоских механизмов.

Построение программного обеспечения, способного не только производить расчёты кинематических параметров различного рода плоских механизмов, но и визуально демонстрировать их работу, является актуальным.

Цель структурного и кинематического анализа механизмов - исследование движения тел, их образующих, с геометрической точки зрения, независимо от сил, вызывающих это движение. Основной задачей кинематического анализа является изучение движения звеньев механизмов. Функциональным назначением программного средство является построения моделей плоских механизмов 2-го класса, с возможностью интерактивной сборки этих механизмов из структурных групп 2-го класса 2-го порядка, а также проведением кинематического анализа над ними, с визуализацией процесса работы данных механизмов.

Разработанное программное средство содержит редактор, позволяющий производить процесс интерактивной сборки механизма из структурных групп, а также удовлетворять следующим требованиям:

1) Сборка механизмов второго класса, с использованием структурных групп Ассура первого и второго видов.

2) Использование только одного механизма первого класса, как входного звена.

3) Возможность соединения структурных групп между собой в произвольном порядке. К каждому звену структурной группы первого вида может быть присоединено несколько звеньев любой другой структурной группы в точке, находящейся на звене, к которому осуществляется присоединение.

4) Возможность изменения входных характеристик звеньев для применяемых структурных групп механизмов (длина звена, точка присоединения другого звена, точка присоединения звена к стойке) и механизма первого класса (длина звена, угол звена с осью абсцисс, угловая скорость звена).

5) Визуальная демонстрация процесса работы всего механизма.

6) Расчёт положений, скоростей и ускорений точек звеньев механизмов, указываемых в процессе работы составленного механизма.

7) Генерация табличных отчётов, содержащих кинематические характеристики звеньев механизма.

8) Построение графиков угловых скоростей и ускорений звеньев механизма, а также графиков линейных скоростей и ускорений точек соединения звеньев механизма.

Программа поддерживает возможность сохранения структуры собранного механизма, а также результатов проведения кинематического анализа на диске.

Входной информацией являются параметры структурных групп и параметры механизма первого класса, должна быть реализована защита от задания неверных значений вводимых параметров. При задании пользователем некорректных значений, он должен получить уведомление об этом и механизм не должен синтезироваться.

Разработанное программное средство предоставляет удобные средства сборки кинематических схем механизмов из структурных групп Ассура второго класса второго порядка первого и второго видов, а также средства корректировки данных схем. Причём программой автоматически осуществляется контроль корректности структуры создаваемых схем механизмов. Важной особенностью является то, что не накладываются ограничения на число используемых структурных групп, что дает возможность создавать схемы механизмов произвольной структуры.

Реализованы также возможности кинематического анализа механизмов, представляемых кинематическими схемами, а именно для структурных групп, составляющих механизм производится: расчёт угловых скоростей и ускорений звеньев структурных групп первого и второго вида, составляющих механизм, расчёт линейных скоростей точек соединения звеньев структурных групп первого и второго вида. Для вычисленных значений скоростей и ускорений выводятся графики.

Разработанное программное средство может применяться конструкторами предприятий, занимающихся разработкой и исследованием механизмов различной структуры, как проектировочный и исследовательский инструмент. Также возможно применение в качестве обучающего средства для студентов технических вузов по дисциплине «Теория механизмов и машин».

Литература:

1. Артоболевский И.И. «Теория машин и механизмов». – М. изд-во «Наука» 2012г.

2. Каныгин Г.И. «Кинематический и силовой анализ шарнирно-рычажных механизмов зерноуборочных комбайнов». – Ростов-на-Дону, 2014г.

3. Полушкин О.А. и Ровеньков Е.Д. «Комплексный анализ шарнирно-рычажных механизмов». – Ростов-на-Дону 2010г.

4. Мочалов В.А. и Полушкин О.А «Кинематический анализ плоских шарнирно-рычажных механизмов». – Ростов-на-Дону 2013г.

5. Кандзюба С.П., Громов В.Н. Delphi 6/7. Базы данных и приложения. Лекции и упражнения. – СПб: ООО «Диасофт