CC BY
12
Информатика, вычислительная техника и управление. Приборостроение. Метрология. Информационно-измерительные приборы и системы
УДК 621.311 Беляков Евгений Викторович,
старший преподаватель кафедры «Теория и конструирование механических систем» ПИ ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет», т. 8-913-555-67-43, (8-391) 2-497-263, e-mail: belyakoff777@mail.ru
Колотов Андрей Васильевич, к. т. н., доцент кафедры «Теория и конструирование механических систем» ПИ ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет», т. 8-902-979-36-78, (8-391) 2-497-263, e-mail: kolotoff555@mail.ru
Мерко Михаил Алексеевич, к. т. н., доцент кафедры «Теория и конструирование механических систем» ПИ ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет», т. 8-913-509-98-50, (8-391) 2-497-263, e-mail: mma20010@mail.ru
Меснянкин Марк Вадимович, старший преподаватель кафедры «Теория и конструирование механических систем» ПИ ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет», т. 8-904-891-39-10, (8-391) 2-497-263, e-mail: mesmark@yandex.ru
ПРИМЕНЕНИЕ САПР ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ ЭКСЦЕНТРИКОВОГО ПЛАНЕТАРНОГО МЕХАНИЗМА
A. V. Kolotov, M.A. Merko, E. V. Belyakov, M. V. Mesnjankin
AUTOMATED DESIGNING OF GEAR MECHANISMS OF DRIVES OF THE PROCESS EQUIPMENT WITH CONNECTED CYLINDRICAL WHEELS
Аннотация. Рассмотрены особенности автоматизированного проектирования зубчатых механизмов приводов технологического оборудования со связанными цилиндрическими колесами.
Ключевые слова: зубчатые механизмы, привод, механизмы со связанными цилиндрическими колесами, объемный блокирующий контур, показатели качества.
Abstract. The article is focused on automated designing features of gear mechanisms drives of the process equipment with connected cylindrical wheels.
Keywords: gear mechanisms, drive, mechanisms with connected cylindrical wheels, volume blocking contour, quality indicators.
Эксцентриковый планетарный механизм (ЭПМ), в отличие от классического планетарного редуктора, имеет сателлиты разных диаметров, а оси центральных колес расположены на расстоянии величины эксцентриситета e (рис. 1), вследствие чего точки выходного звена, которое совершает сложное движение, описывают различные кривые, аналогичные сателлитным кривым планетарных и дифференциальных механизмов. Таким образом, ЭПМ позволяет реализовывать сложное движение выходного звена одной ступенью при минимальном количестве звеньев, что, соответственно, снижает массогабаритные характеристики и увеличивает технологичность механизмов
подобного класса. На рис. 1 изображена схема ЭПМ, где 1 - центральная шестерня; 2 и 4 -максимальный и минимальный сателлит соответственно; 3 - центральное колесо (корона); Н - водило. Механизм может работать как в режиме редуктора, так и в режиме мультипликатора.
Рис. 1. Схема эксцентрикового планетарного механизма
Если с выходным звеном 1 ЭПМ, представленного на рис. 1, связать исполнительный орган, то очевидно, что, проектируя его соответствующим образом, можно придать исполнительному органу машины движение по требуемой траектории. На выходном звене можно разместить и несколько рабочих органов, в этом случае получим более сложные кривые, состоящие из различных
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
отрезков, что позволит повысить эффективность механизма, например применительно к процессу плоского шлифования торцом круга.
Для обеспечения многовариантности решения по воспроизведению сложного закона движения выходного звена разработана информационно-аналитическая система сопровождения, расчета и анализа ЭПМ в среде программирования Borland Delphi. После запуска программы откроется главное окно системы, в котором предоставляется выбор, с какого раздела начать исследование механизма (рис. 2).
Рис. 2. Вид главного окна информационно-аналитической системы
При нажатии кнопки «Траектория движения точки выходного звена» на экране монитора появляется окно, вид которого дан на рис. 3. Исходными данными при проектировании ЭПМ с заданным законом движения выходного звена применительно к схеме, представленной на рис. 1 являются: эксцентриситет механизма е — 5 мм, передаточное отношение = 4 и значение параметра Л, характеризующего координаты расположения точки выходного звена. После ввода этих параметров расчетный модуль построит траекторию движения точки, принадлежащей выходному звену. В зависимости от сочетания величин исходных параметров можно получить большое количество видов траекторий.
Очевидно, что для обеспечения работоспособности ЭПМ необходимо подобрать сочетания чисел зубьев всех колес, обеспечивающих требуемую траекторию движения исполнительного органа, совершающего сложное движение. После выбора вида траектории движения исполнительного органа в главном окне программы необходимо нажать кнопку «Подбор чисел зубьев» (рис. 3), что
обеспечит переход программы к соответствующим действиям.
Рис. 3. Окно «Траектория движения точки выходного звена ЭПМ»
Подбор чисел зубьев осуществляется по исходным данным, в качестве которых выступает
передаточное отношение и^3 между центральной шестерней 1 и центральным колесом 3, при условно остановленном водиле Н\
и3ш=\-Цн3. (1)
Представим передаточное отношение в виде дроби:
и?3=Ь/а, (2)
где а и Ь - взаимно простые числа.
С другой стороны, выразим передаточное отношение через числа зубьев колес, каждое из которых заменим совокупностью множителей:
U" = —
^13
х-8 Ъ-8
а-8 х- 8
либо
JJH _£4_ ¿3 х-8 Ъ-8 z, z, а -о х- о
(3)
(4)
Выполнив преобразования с учетом соотношения (3) или (4), получим равенства, позволяющие произвести расчет чисел зубьев колес, необходимых для обеспечения требуемого вида траектории движения (рис. 3), а также удовлетворяющие заданному передаточному отношению
= 4 и условию несоосности ЭПМ, в следующем виде [3]:
или
или
zx=a-8 = 2-m-ci ±e-ci-cos<p0 ■—,
d
zl=ci-8 = ci- m■ b — a ±e-cos(p0 •—,
(5)
z2=x-8 = x- 2-m-ci±e-a-cos<p0 •—, (6)
z
3
z
Информатика, вычислительная техника и управление. Приборостроение. Метрология. Информационно-измерительные приборы и системы
z2=x-S = x■ т■ Ъ-а ±e-cosср0 ■—,
d
с
z^-b-8-b- 2-m-ci±e-a-cos<p0 ■—,
или
z3 =b ■ 8 = b ■ m ■ b -a ±e ■ cos(p0
с
В зависимостях (5.. .7) знак «+» соответствует условию несоосности минимального сателлита, а знак «-» соответствует условию несоосности максимального сателлита. Наличие двух условий при определении чисел зубьев колес является следствием существования для ЭПМ двух условий несоосности, которые определятся относительно максимального или минимального сателлита.
х = -
£
(8)
ш
раздел построения. При нажатии на кнопку «Произвести расчёт» информационно-аналитическая система произведёт расчёт с последующим моде-(7) лированием схемы ЭПМ с учетом рассчитанных числам зубьев.
Рис. 4. Вид окна «Подбор чисел зубьев эксцентрикового планетарного механизма»
Параметр x, содержащийся в зависимостях (5...7), является переменной величиной, значение которой зависит от эксцентриситета механизма, и определяется следующим отношением: а ■ 8 + е ■ cos (pt
Рис. 5. Окно «Моделирование зацепления колес
эксцентрикового планетарного механизма»
С целью оптимизации величин показателей качества всех зацеплений зубчатых колес ЭПМ в данном модуле предусмотрена возможность осуществления вариации значений коэффициентов относительного смещения, что позволяет моделировать зацепления зубчатых колес с различными геометрическими параметрами. Для этого предусмотрены опции ввода значений коэффициентов относительного смещения (рис. 5) для каждого зубчатого колеса ЭПМ. На рис. 6, а показано зацепление центральной шестерни 1 с сателлитом 2 при числах зубьев колес Z1 = 42 и = 47 и коэффициентах относительного смещения хх=х0 = 0 . Зацепление сателлита 2 с корончатым колесом 3 при числах зубьев Z^ =42 и = 126 соответственно и коэффициентах относительного смещения х0 = х, = 0 дано на рис. 6, б.
где фг - угол положения текущего (промежуточного) сателлита.
При нажатии на кнопку «Расчёт» программа рассчитает значения чисел зубьев колес (рис. 4). После проведенных вычислений нажатием кнопки «Построить рассчитанный механизм» производится открытие окна моделирования зацеплений всех зубчатых колес ЭПМ. При выборе данного модуля происходит переход к окну «Профилирование ЭПМ» (рис. 5). Переход в данный модуль обеспечивает перенос ранее рассчитанных чисел зубьев в
а
б
Рис. 6. Зацепление нулевых колес: а - центральной шестерни 1 с сателлитом 2, б - сателлита 2 с внешним колесом 3
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
При вводе в соответствующие поля модуля «Профилирование ЭПМ» значений коэффициентов относительного смещения и нажатия кнопки «Произвести расчет» получим изображение зацепления всех колес с учетом принятых значений (рис. 7).
а б
Рис. 7. Зацепление колес со смещением: а - центральной шестерни 1 с сателлитом 2, б - сателлита 2 с внешним колесом 3
На рис. 7, а показано зацепление центральной шестерни 1 с сателлитом 2 при числах зубьев Z1 = 42 и = 47 и коэффициентах относительного смещения = 0,2 и х, = -0,2. Зацепление сателлита 2 с корончатым колесом 3 при числах зубьев Z^ =42 и 7.-,, = 126 соответственно и коэффициентах относительного смещения х0 = —0,2 и х, = -0,3 дано на рис. 7, б.
Представленные формулы (5)-(7) позволяют произвести вычисления величин эксцентрикого
планетарного механизма, обеспечивающих требуемые виды траекторий движения точек выходного звена, удовлетворяющих заданному передаточному отношению, условиям заданной несоосности, сборки и соседства при разном количестве сателлитов. Применение информационно-аналитической системы сопровождения, расчета и анализа ЭПМ позволяет получить большое количество сочетаний чисел зубьев колес за достаточно небольшой промежуток времени, что повышает эффективность комплексного исследования механизма.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Беляков Е. В. Геометрия эксцентрикового // Вестник Краснояр. гос. техн. у-та. Вып. 29. Машиностроение. Красноярск, ИПЦ КГТУ, 2002.С. 115-119.
2. Синенко Е. Г. Особенности кинематики и геометрии эксцентричных эпициклических механизмов / Е. Г. Синенко, Е. В. Беляков // Вестник Ассоциации выпускников КГТУ КПИ. Вып. 10. Красноярск, 2004. С. 157-163.
3. Эксцентриковый планетарный механизм / Е. В. Беляков и др. // Механики - XXI веку : сб. докл. : VII Всерос. науч.-техн. конф. с между-нар. участием. Братск : БрГУ, 2008. С 87-89.
УДК 543.422.8 Китов Борис Иванович,
д. т. н., профессор, заведующий кафедрой «Теоретическая механика и приборостроение», ИрГУПС,
тел. (3952) 638363, e-mail: kitov@irgups.ru Мухачев Юрий Сергеевич,
к. ф.-м. н., доцент кафедры «Теоретическая механика и приборостроение», ИрГУПС,
тел. (3952) 638363
ВРЕМЕННОЙ СДВИГ КАК ОТЛИЧИТЕЛЬНЫЙ ПРИЗНАК ПРИ ИДЕНТИФИКАЦИИ ДВИЖУЩЕГОСЯ ОБЪЕКТА ДВУХДЕТЕКТОРНЫМ РЕНТГЕНОВСКИМ ДАТЧИКОМ
B.I. Kitov, Yu.S. Mukhachyov
PHASE SHIFT AS A CHARACTERISTIC FEATURE IN THE INDETIFICATION OF A MOVING OBJECT BY A TWO-DETECTOR X-RAY SENSOR
Аннотация. В статье предложен новый метод регистрации рассеянного рентгеновского излучения от движущегося объекта. Показывается, что применение двухдетекторной рентгено-оптической схемы измерения сигнала, охватывающей одновременное рассеяние излучения в верхнюю и нижнюю полуплоскости пространства,
позволяет получить новый информативный признак - временной. На его основе предложен алгоритм принятия решения об обнаружении искомого объекта среди многих.
Ключевые слова: временной сдвиг, рентгеновский датчик.
