CC BY
44
Секция «Проектирование машин и робототехника»
УДК 681.5.073
А. А. Казанцев Научный руководитель - С. П. Ереско Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ СИНТЕЗА И ИССЛЕДОВАНИЯ РЫЧАЖНЫХ МЕХАНИЗМОВ
Представлен аппаратно-программный комплекс для синтеза и исследования рычажных механизмов. Комплекс позволяет синтезировать механизмы из 4 групп Ассура. Данные снимаются датчиками угловых и линейных перемещений с последующей передачей и обработкой на ЭВМ.
В настоящее время полностью изучены и являются общедоступными теоретические сведения о разработке общих методов исследования структуры, геометрии, кинематики и динамики типовых механизмов и их систем. Типовые механизмы, для которых разработаны типовые методы и алгоритмы синтеза и анализа, имеют широкое применение в машинах различного функционального назначения, включая космические и летательные аппараты. Однако до настоящего времени теория механизмов и машин не дает четких аналитических решений [1], учитывающих трение в шарнирах и направляющих, ввиду наличия многообразия факторов, оказывающих влияние на величину коэффициентов трения антифрикционных материалов.
Предлагается аппаратно-программный комплекс, позволяющий синтезировать механизмы любой сложности из элементарных компонентов, таких как: стойки, кривошипы и ползуны.
механизма: кривошип 4 и шатун 5, шатун 5 и кулиса 6 соединены между собой при помощи узла крепления, состоящего из ползунов 9 и оси 7, установленной в подшипнике качения в виде втулки 8 на ползунах 9. Между ползуном 9 и звеном плоского рычажного механизма - кривошипом 4, шатуном 5, кулисой 6 размещены вкладыши 10, являющиеся подшипниками скольжения.
Рис. 1. Общий вид стенда для исследования плоских рычажных механизмов
Стенд состоит из основания 1, на поверхности которого на равном расстоянии друг от друга выполнены отверстия (рис. 1), служащие для крепления в произвольном месте в зависимости от структуры плоского рычажного механизма электродвигателя 2 с изменяемым числом оборотов и стационарной оси 3, замыкающей механизм и являющейся началом отсчета координат угловых перемещений звеньев исследуемого механизма. На валу электродвигателя 2 жестко закреплен кривошип 4. Звенья плоского рычажного
Рис. 2. Вариант исследуемого механизма
При помощи болтов 11 с шайбами 12 производится фиксация узла крепления на произвольном расстоянии от оси вращения соответствующего звена, что позволяет регулировать длину кривошипа 4, шатуна 5 и кулисы 6. Если структурой плоского рычажного механизма предусмотрен ползун, имеющий возможность линейного перемещения либо на кривошипе 4, либо на шатуне 5, либо на кулисе 6, то снятие фиксации узла крепления ослаблением затяжки болтов 11 обеспечивает возможность такого перемещения ползуна именно на этом звене. Если структурой плоского рычажного механизма не предусмотрена возможность линейного перемещения ползуна 9, то осуществляют жесткую фиксацию (затягивают болты 11 до упора) узла крепления на данном звене.
Кривошип 4, шатун 5, кулиса 6 снабжены линейками 13 с миллиметровыми разметками с отсчетом от оси, вокруг которой совершают поворот звенья плоского рычажного механизма, датчиками линейного положения 14 (на рис. 1 условно показаны линейка и датчик лишь на кулисе 6), а ползун 9 - датчиком линейного положения 15, которые служат для измерения линейного положения звеньев. Для измерения углового положения звена плоского рычажного механизма, закрепленного на стационарной оси 3 и точного позиционирования плоского рычажного механизма, на стационарной оси размещены датчики 16 углового положения и транспортиры 17.
Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки
Рассмотренный аппаратно-программный комплекс защищен патентом [2] и может быть использован в виде учебно-научно-исследовательской установки для ведения лабораторных работ по курсу «Теория механизмов и машин», а также для проведения экспериментов при выполнении научно- исследовательских работ аспирантов. Аппаратно-программный комплекс позволяет исследовать влияние трения, под действием динамической нагрузки на узлы шарниров, проводить сравнительные испытания втулок из разных материалов, проводить испытания механизмов одной структуры, но с различными длинами звеньев, для оптимизации конструктивно-режимных параметров механизмов по критерию КПД механизма.
Библиографические ссылки
1. Исследование плоских рычажных механизмов специальных систем / А. А. Казанцев, С. П. Ереско, Т. Т. Ереско, С. М. Шевцов, А. С. Ереско // Вестник СибГАУ /ред. Логинов Ю. Ю. Красноярск Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. имени академика М. Ф. Решетнева, 2011.
2. Положительное решение о выдаче Патента РФ на полезную модель Стенд для исследования плоских рычажных механизмов / С. П. Ереско, А. А. Казанцев, Т. Т. Ереско, А. С. Ереско, В. С. Ереско // по Заявке 2011152134/28 (078250) приоритет 20.12.2011 от 09.04.2012.
© Казанцев А. А., 2012
УДК 621.01: 65
Ю. С. Ким Научный руководитель - Г. Н. Лимаренко Сибирский федеральный университет, Красноярск
МОДЕЛИРОВАНИЕ БЕЗЛЮФТОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ВАЛ-СТУПИЦА С ПОМОЩЬЮ УПРУГОДЕФОРМИРОВАННЫХ ВТУЛОК
Рассмотрен пример моделирования соединений вал-ступица с использованием компенсационных упруго-деформируемых втулочных элементов.
Для увеличения точности привода, уменьшения люфта при реверсе вращательного движения, уменьшения шумности и повышения плавности хода, а также для других целей в автоматизированных приводных системах применяются безлюфтовые соединения вал-ступица. Соединения вал-ступица в современных приводах автоматического оборудования испытывают значительные динамические нагрузки, а использование безлюфтовых соединений с помощью упругодеформируемых втулок увеличивает жесткость кинематических цепей приводов, уменьшает их виброактивность, снижает трудоемкость сборочных операций в конструкциях механизмов.
Элементом сборки для передачи крутящего момента является упругая втулка (рукав), устанавливаемая в кольцевом зазоре между валом и ступицей, деформируемая при осевой затяжке установленных по ее торцевой поверхности группы винтов (рис. 1).
Преимущества соединения, отмечаемые производителями [1]: простота монтажа, экономия материала, подходит для многоразового использования, подходит для высокоскоростных приводов, нечувствительно к загрязнениям и др.
В каталожной информации на фрикционные упру-годеформируемые соединения вал-ступица с натягом содержатся данные о передаваемом крутящем моменте и требуемом моменте затяжки винтов. Однако в каталогах отсутствует информация о силах натяга в соединении при произвольных моментах затяжки винтов и измененном числе гофр во втулках, что не всегда дает возможности оптимизировать варианты конструкции элементов передач.
В рамках разработки конструкции зубчатого реечного модуля поступательного перемещения рабочего органа станка, с использованием следящего регули-
руемого мотор-редуктора, в данной работе проведено исследование фрикционного соединения вал-ступица.
А также исследование самой втулки сжатия.
Рис. 1. Варианты исполнений соединений
Исследование выполнялось в программном комплексе ANS YS. Задачей исследования являлось установление зависимости между осевой силой, сжимающей втулку, и изменением ее внутреннего и внешнего диаметров. Такие зависимости позволят рассчитать передаваемый крутящий момент фрикционного соединения в зависимости от числа гофр и усилия затяжки. Ниже приведены результаты некоторых выполненных исследований.
По результатам моделирования построен график изменения диаметральных размеров от приложенного осевого усилия (рис. 2), напряжения в элементах конструкции втулок изображены на рис. 3.
