CC BY
33
УДК 621.01:531.31
Т. О. Невенчанная, О. А. Хохлова, А. Ю. Митин Астраханский государственный технический университет
ПОЛУЧЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ ДЛЯ ПЛОСКИХ МЕХАНИЗМОВ СО ЗВЕНЬЯМИ, СОВЕРШАЮЩИМИ ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОЕ ДВИЖЕНИЕ
При исследовании некоторых явлений или процессов часто возникает необходимость получения экспериментальных данных, например параметров движения звеньев механизмов. Для этого существуют специальные научно-исследовательские комплексы, специализированное оборудование, аппаратное и программное обеспечение. Приобретение данного оборудования связано со значительными материальными затратами.
Для плоских механизмов возможно получение кинематических параметров движения без использования дорогостоящего оборудования. Все необходимое включает компьютер с оптическим манипулятором и установленными математической программой и программой, регистрирующей перемещение курсора манипулятора.
Целью работы является описание возможности исследования плоских механизмов без применения специализированного оборудования, аппаратного и программного обеспечения.
Объектом исследования является исполнительный механизм пресса переменной структуры с круговыми звеньями [1] (рис. 1, а).
а
Рис. 1. Механический пресс с круговыми звеньями
Для экспериментальных исследований динамики пресса применялось специально созданное измерительное устройство - динамограф (рис. 1, б). Динамограф включен последовательно в кинематическую цепь механизма для регистрации изменения момента сил сопротивления от угла поворота кривошипа на круговой диаграмме. Однако динамограф не показывает зависимость момента и угла поворота кривошипа от времени, а также кинематические параметры. В связи с этим возникла необходимость определения зависимости кинематических параметров движения, а именно перемещения ползуна, от времени без применения динамографа.
Для определения перемещения ползуна можно использовать наблюдение (например, снять на кинопленку движение ползуна и определять его перемещение относительно измерительной шкалы (рис. 2, а)). В итоге требуется обработать полученные данные, сняв показания с каждого кадра пленки. Процесс этот довольно трудоемкий, число показаний зависит от скорости кинопленки (число кадров в секунду).
Рис. 2. Способы получения экспериментальных данных: а - схема для получения значений перемещения ползуна визуально; б - схема для получения значений перемещения ползуна при помощи оптического манипулятора (оптической компьютерной мыши):
1 - кривошип; 2 - шатун; 3 - ползун; 4 - измерительная шкала; 5 - стрелка;
6 - экран; 7 - неподвижно закрепленный манипулятор
Для автоматизации визуального метода предлагается использовать оптическое устройство ввода (оптический манипулятор, например оптическую мышь).
На ползуне закрепляется экран с ровной поверхностью (рис. 2, б). К станине механизма крепится мышь (или ее оптический элемент) таким образом, чтобы ее рабочая поверхность располагалась вплотную к экрану.
Тогда при движении механизма ползун будет совершать возвратнопоступательное движение, а курсор манипулятора будет копировать движения ползуна.
Далее движения курсора записываются в текстовый файл. Это достигается следующим образом:
- при помощи стандартных опций операционной системы для манипулятора задается частота проверок в секунду;
- далее запускается программа, регистрирующая изменение положения курсора мыши на экране монитора и сохраняющая полученные данные в текстовый файл. Файл представляет собой таблицу из четырех столбцов (таблица). В ее столбцах записываются значения горизонтальной и вертикальной координат курсора манипулятора в пикселях, состояние левой и правой клавиш мыши. При нажатой соответствующей клавише в столбце записывается единица, при разомкнутом контакте - нуль. Строки содержат информацию о состоянии курсора мыши и контактах клавиш мыши за один опрос манипулятора. Таким образом, чем выше частота проверок, тем больше показаний в секунду будет записано.
Фрагмент таблицы, создаваемой программой для регистрации положения манипулятора
519 428 0 0
519 428 0 0
519 426 0 0
519 426 0 0
519 425 0 0
519 424 0 0
519 422 0 0
519 421 0 0
519 421 0 0
519 420 0 0
519 419 0 0
519 418 0 0
519 416 0 0
519 416 0 0
519 414 0 0
519 414 0 0
519 412 0 0
519 411 0 0
Полученный файл математически обрабатывается: числовой массив данных преобразовывается в таблицу или данные по координатам раскладываются в ряд Фурье (тогда в дальнейшем оперируем с полученной функцией (рис. 3)).
В качестве экспериментальных данных представлены значения перемещения ползуна механического пресса.
t
Рис. 3. Пример разложения полученных экспериментальных данных
в ряд Фурье
Точками обозначен ряд экспериментально полученных данных для курсора на дисплее компьютера, сплошной линией - функция, разложенная в ряд Фурье.
В дальнейшем рассчитан масштаб перемещения ползуна, определена амплитуда для экспериментальной функции, ее отношение к величине хода ползуна.
После проведенного теоретического расчета проводилось сравнение экспериментальных и расчетных данных. Их расхождение-сходимость зависит как от точности расчетной схемы, так и от точности показаний прибора (оптического манипулятора). Погрешность не превышает допустимых значений. В целом для учебных целей, а также для предварительной оценки проведенного расчета такой способ получения экспериментальных данных вполне приемлем.
СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ
1. Пат. РФ. Механизм переменной структуры с комбинированным шатуном / Т. О. Невенчанная, О. А. Хохлова, В. Т. Пазенко. - № 2219059; Заявл. 08.01.2002.
Получено 3.03.05
OBTAINING EXPERIMENTAL DATA FOR PLAIN MECHANISMS WITH LINKS PERFORMING RECIPROCATING MOVEMENT
T. O. Nevenchannaya, O. A. Hohlova, A. Yu. Mitin
As a result of studying plain link mechanisms there has been offered the new automatic method which helps obtain experimental data. For automation there is offered an optical input
device (optical manipulator, e. g. optical mouse). Further, computer program fixes signal from manipulator and makes data file regarding transforming cursor. Given data file is written in the form of tables in the text file, which is further used for mathematical treatment. Treated information is compared with the data of theoretical computation of a mechanism. Error doesn’t exceed legitimate values. Such method of getting experimental data is quite acceptable for preliminary estimation of computation.
