Кинематические исследования многозвенного механизма графическими методами для формирования профессиональных навыков будущего специалиста

Петров А.А.; Данилова Е.В.

Секция «Модели и методы анализа прочности, динамики и надежности конструкций КА»

2. Конструкции, самостоятельно повышающие свою жесткость после раскрытия в космосе. Принцип заключается в том, что происходит надувание оболочки требуемой формы, выполненной из ткани, волокна которой пропитаны веществом, отвердевающем в рабочем положении, поэтому отсутствует необходимость в герметизации. Даже КА небольшого размера, имеющие существенную массу конструкции, могут получить выигрыш от этой технологии. Кроме этого, данные конструкции имеют высокую степень надежности раскрытия из-за простоты принципа.

Материалы, выбранные для самостоятельного повышения жесткости надувных конструкций, должны обладать следующими свойствами:

- достаточно быстрый процесс отвердевания;

- малые внутренние напряжения, возникающие в результате сжатия при отверждении;

- нечувствительность материала после отвердения к вакууму, радиации и температуре окружающего космического пространства;

- малый коэффициент теплового расширения;

- точность геометрических параметров конечного продукта.

Очень сложно найти материал, обладающий всеми этими свойствами. В результате исследования структуры изотензоидных мембран были разработаны методики, позволяющие конфигурировать волокна материалов таким образом, чтобы обеспечить

высокую геометрическую точность конструкции даже при ее многократном развертывании.

Основным недостатком надувных антенн является трудность достижения высокой точности формы отражающей поверхности. У надувных конструкций высокая степень надежности раскрытия из-за простоты принципа. Для испытания конструкций на Земле необходимо смоделировать невесомость, например, заполнением оболочки гелием.

В настоящее время проводится большое количество исследований по созданию ультра-легких надувных конструкций в рамках различных проектов, в частности по разработке и изготовлению конструкций надувных рефлекторов антенн. Полученные результаты позволяют сделать вывод о перспективности и активном использовании надувных конструкций в ближайшее время [2].

Библиографические ссылки

1. Гряник М. В., Ломан В. И. Развертываемые зеркальные антенны зонтичного типа. М. : Радио и связь, 1987.

2. Darooka D. K., Jensen D. W. Advanced space structure concepts and their development. AIAA-2001-1257, 2001.

УДК 531.1

А. А. Петров Научный руководитель - Е. В. Данилова Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

КИНЕМАТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МНОГОЗВЕННОГО МЕХАНИЗМА ГРАФИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ПРОФЕССИОНАЛЬНЫХ НАВЫКОВ БУДУЩЕГО СПЕЦИАЛИСТА

Качественной формой подготовки специалистов аэрокосмического профиля являются исследования и расчеты работы механизмов при изучении курса теоретической механики.

Эффективной формой подготовки специалистов аэрокосмического профиля является исследования и расчеты работы различных механизмов. Теоретическая механика является одной из важнейших фундаментальных дисциплин. Она развивает как общенаучную, так и общеинженерную базу при подготовке специалистов в области авиационной и ракетно-космической техники.

Изучение теоретической механики дает так же минимум фундаментальных знаний, на основе которых будущий специалист сможет самостоятельно овладеть новой информацией, с которой ему придется столкнуться в производственной и научной деятельности.

Кинематические исследования механизмов проводят аналитическим или графическим методами.

Рассмотрим графические методы, исследуя многозвенный механизм (рис. 1) с заданными парамет-

рами: кривошип О1А вращается с постоянной угловой скоростью юО1А = 2 рад/с; О1А = 15 см; О2Б = 45 см; АВ = 78 см; ВС = 39 см; СБ = 26 см; СЕ = 52 см; ЕБ = 38 см; а = 46 см; ф = 115°. [2].

Определение скоростей точек и угловых скоростей звеньев механизма с помощью плана скоростей [1]:

1. Строим схему механизма в выбранном масштабе (см. рисунок).

2. Вычислим модуль скорости точки А кривошипа О1А:

vA = ю01А • 01А = 2 • 15 = 30 см/с.

Вектор vA перпендикулярен кривошипу О1А и направлен в сторону вращения кривошипа.

Строим план скоростей (см. рисунок). Из произвольно выбранного центра р проводим отрезок произвольной длины (ра = 24 мм), изображающий

Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки

Способ определения Скорость точек, см/с Угловые скорости звеньев, с 1

Va Vb Vc vd ve vf ®ab ®ce ®DO2 <»ef

Метод плана скоростей 30 25 26,8 16,1 26,8 18,7 0,163 0,826 0,358 0,628

С помощью МЦС 30 24,7 26,6 16,2 26,6 19,1 0,171 0,804 0,360 0,611

Погрешность 5, % 0 1,2 0,7 0,6 0,7 2,1 4,9 2,6 0,5 2,7

скорость точки А. Отсюда определим масштаб плана скоростей ^

| = уа/ря = 30/24 = 1,25 см-с-1/мм.

3. Определим скорость точки В. Точка В принадлежит шатуну АВ, совершающему плоскопараллельное движение, и ползуну В, имеющему поступательное движение. Векторные уравнения будут представлены в следующем виде:

Ув = Уа + УВА, Ув = Уво +УВВ0,

Решаем данную систему уравнений графически.

4. Скорость точки С определим, используя правило подобия: АС/АВ = ас/аЬ, по условию задачи точка С делит звено АВ пополам, следовательно на плане скоростей точка с находится посередине отрезка аЬ, соединив точку с с полюсом, получим вектор скорости точки С.

5. Продолжая построение плана скоростей, находим: Уа, Ув, у& Ув, Юав, Юев, ®бо2, ®ее (табл. 1).

Определение скоростей точек и угловых скоростей звеньев механизма с помощью мгновенных центров скоростей [2]:

Мгновенный центр скоростей РАВ, звена АВ находится как точка пересечения перпендикуляров, проведенных из точек А и В к их скоростям (рис. 1). Аналогично определяется положение МЦС звена СЕ (Рсе) и звена ЕБ (Рвр). Определим скорости точек механизма, зная, что они пропорциональны их расстояниям до мгновенных центров скоростей.

va/aPab = vB/BPAB = vC/CPAB

Аналогично определяются скорости точек звена СЕ и ЕБ (табл. 1).

Вычислим угловые скорости звеньев механизма:

raAB = va/APaB = 30/175.9 = 0.171 с-1.

Аналогично определяются угловые скорости звена СЕ, ЕБ и О2Б (табл. 1).

Сравнение полученных результатов [1]:

Данные, полученные при расчетах двумя способами, а также расчет погрешностей заносим в таблицу. Погрешность, %, рассчитаем по формуле: 8 = (vB - v'B) • 100/ vB, где vB - скорость точки В, определенная методом плана скоростей; v'B - скорость точки В при определении с помощью МЦС.

Проверка полученных результатов:

Проверим полученные результаты, используя метод проекций.

Измерив соответствующие углы, найдем:

Va • cos 350 = Vb • cos 100 = vc • cos 230,

24.57 = 24.62 = 24.66; vC • cos 530 = vd • cos 00 = ve • cos 530, 16,13 = 16,10 = 16,13; ve • cos 470 = vf • cos 130, 18,28 = 18,22.

Специфика курса теоретической механики такова, что наиболее важным средством моделирования профессиональной деятельности инженера является решение профессионально-направленных задач.

Таким образом, исследования и расчеты работы механизмов по курсу теоретической механики являются одним из важных путей формирования профессиональных навыков будущих специалистов.

Библиографические ссылки

1. Назарова Л. П., Зотова А. С., Зотов А. В. Теоретическая механика в примерах и задачах. Кинематика : учеб. пособие. САА. Ч. 1. Красноярск. 2002.

2. Яблонский А. А., Норейко С. С., Вольфсон С. А. [и др.]. Сборник заданий для курсовых работ по теоретической механике : учеб. пособие для техн. вузов. М. : Высш. шк., 1985.

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Петров А.А., Данилова Е.В.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Петров А.А., Данилова Е.В.