CC BY
15
Рис. 3. Влияние угловой жесткости передней подвески:
на поперечно-угловые перемещения (-)
и поперечно-угловые ускорения (- - -)
ное значение Су0 = Суа = 24630 (Н-м)/рад. При этом в расчетах использовалось скорректированное значение угловой жесткости стабилизатора Сст= 0,58-Ссто = 0,58-14943 = 8667 (Н-м)/рад.
По данным табл. 2 построены зависимости поперечно-угловых перемещений и ускорений кузова (рис. 3).
Полученные результаты позволяют сделать вывод: для того чтобы ускорения не превышали
предельно допустимый уровень (точка с рис. 3), угловую жесткость подвески необходимо уменьшить на 7 %. При этом угол крена увеличится до значения 5,24 град (точка dрис. 3), что является приемлемым для заданных условий.
В итоге уточненные параметры подвески следующие:
угловая жесткость передней подвески без стабилизатора
Суа= 0,93-Суо = 0,93-24630 = 22906 (Н-м)/рад;
угловая жесткость стабилизатора передней подвески
Сста = С'ст= 8667 (Н'М)/раД.
Таким образом, угловая жесткость стабилизатора, рассчитанная по уточненной методике, отличается от полученной по общепринятой схеме расчета на 42 %. Это расхождение вызвано тем, что для рассматриваемого легкового автомобиля поперечно-угловые ускорения кузова оказались существенными, что подтверждает необходимость учета ускорений в поперечной плоскости при выборе параметров подвески.
Разработанная методика удобна в инженерном пользовании и позволяет на стадии проектирования обоснованно выбирать параметры подвески. В результате обеспечивается повышение технического уровня разрабатываемых автомобилей, а также снижение времени и затрат на доводку модернизируемых и вновь проектируемых систем подрессоривания.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Полунгян, A.A. Проектирование полноприводных колесных машин. Т. 2 [Текст]: Учеб. для вузов / Б.А. Афанасьев, Б.Н. Белоусов, Л.Ф. Жег-лов [и др.]; Под общ. ред. A.A. Полунгяна. — М.: Изд-во МГТУ имени Н.Э. Баумана, 2000. - 640 с.
2. Семенов, Н.В. Исследование поперечных
колебаний автомобиля [Текст] / Н.В. Семенов, В.Е. Ролле, А.Г. Семенов // Автомобильная промышленность. — 2008. №7.— С. 31-33.
3. Тарасик, В.П. Теория движения автомобиля [Текст]: Учебник для вузов / В.П. Тарасик. — СПб.: БХВ-Петербург, 2006. - 478 е.: ил.
УДК 621.01
НА. Солодилова, И.Б. Челпанов
ТРЕХМЕРНОЕ ОТОБРАЖЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ СХЕМ
В настоящее время наиболее разработаны автоматизированные методы реализации проектных процедур, используемых на этапах создания технического проекта и рабочей доку-
ментации. Автоматизируются в основном рутинные операции: выполнение расчетов, создание конструкторской и текстовой документации.
В зависимости от назначения, места в последовательности этапов разработки изделий, подробности представления, степени детализации и конкретной адресации выделяют [1] следующие типы схем: структурные, функциональные, принципиальные (полные), расположения. Еще один стандарт [2] относится к демонстрационным плакатам, которые широко применяются при для обучении персонала (например, водителей). Все эти, атакже другие типы схем широко используются в практических и учебных материалах различных видов и уровней (учебники, учебные пособия, научно-техническая литература, практические руководства, описания технических устройств, инструкции по эксплуатации и ремонту, учебные и демонстрационные плакаты ит. п.). Между различными способами представления, как правило, нет четкой границы.
Формирование и способ представления разного рода схем для разнообразия технических объектов включает два основных этапа:
выбор условного словаря, упрощенных изображений типовых составных частей (их можно считать примитивами);
установление способов и правил изображения их взаимосвязей в технических устройствах.
В электротехнике и электронике система условных обозначений отрабатывалась и пополнялась преимущественно в течение семидеся-тых-восьмидесятых годов. Для условных обозначений в этой области имеются стандарты, их содержание отражается и дополняется в многочисленной справочной и учебной литературе. Отработанный язык изображения схем в определенных областях оказывается вполне достаточным и в известном смысле адекватным реальным объектам. Так, традиционным по графическому языку изображениям схем на плоскости в целом соответствовали и теперь соответствуют планар-ные технологии изготовления микросхем и их монтаж на плоских платах. Задачи пространственного монтажа и разнесения блоков в пространстве встречались и встречаются, но они явно второстепенны.
В машиностроении положение со схемами преимущественно иное, поскольку объемность, трехмерность как элементов, деталей, так и сборочных единиц различных уровней имеет здесь первостепенное значение. В таких условиях создан тоже хорошо и подробно разработанный, достаточно простой язык кинематических схем,
представленный, например, в учебном пособии [3], однако с плоским, сугубо условным и ненаглядным изображением элементов. Плоскостность изображений часто не позволяет давать сколько-нибудь наглядное представление о пространственной структуре, составных частях, их взаимном положении и пространственной компоновке объекта.
В принципе полное представление обо всем этом дают чертежи в виде ортогональных проекций с необходимым числом разрезов и сечений. Значительной наглядностью обладают аксонометрические проекции также с необходимым числом разрезов и сечений. В течение последнего десятилетия получили широкое распространение трехмерные ЗО-модели, создаваемые средствами САПР (Pro ENGINEER, Solid Works, КОМПАС ит. п.). В настоящее время использование ЗБ-моделей, которые можно рассматривать с различных точек, проводить их виртуальную разборку и сборку и пр., при конструировании и изготовлении в определенных отраслях стало обязательным. Несомненное преимущество трехмерных виртуальных моделей — это возможность создания виртуальной модели еще не существующего физического изделия и окружающей среды с обзором его с любой стороны под разными углами, виртуальным проникновением в него, созданием прозрачных стенок отдельных деталей, с освещением с различных сторон источниками света и т. д. [4].
Построение объемных, пространственных образов принципиальных трудностей не вызывает, поскольку при этом копируется и наглядно представляется реальная геометрия поверхностей изделий. Это было исключительно положительно воспринято производственниками. Правда, дело дошло до того, что конструкторы, технологи и производственники стали плохо читать чертежи, без ЗБ-моделей практически стало невозможно изготовление. Подобный процесс перехода к трехмерному представлению не наблюдался в области схематичных представлений. Схемы очень часто оставались плоскими, что и раньше затрудняло их восприятие. В связи с этим уместно поставить вопрос о необходимости построения в машиностроении 3D-cxeM различных типов, с тем чтобы их можно было поворачивать для рассматривания с различных точек, включать новые элементы или исключать иные, строить расчетные конфигурации и т. п. Произ-
водимые российскими предприятиями высокотехнологичные и наукоемкие изделия, выходящие на внешний рынок, согласно современным требованиям должны сопровождаться электронной технической документацией, выполненной в соответствии с международным стандартом на ее подготовку «Интерактивное электронное техническое руководство (ИЭТР)» (в соответствии с Рекомендациями по стандартизации Госстандарта РФ Р 50.1.029.2001 и Р 50.1.030.2001 [5,6, 7]). ИЭТР применяется, в частности, для обеспечения эксплуатирующей организации справочным материалом об устройстве и принципах работы изделия. Составной частью такого материала являются различные схемы изделия, и обеспечение их наглядности — важнейшая задача.
В практике построения принципиальных, кинематических, конструктивных, функциональных и иных схем дела обстоят не лучшим образом. Общая методология до сих пор отсутствует. К тому же при разработке схем как «вручную», так и с использованием средств САПР используется только изображение в плоскости. Если даже возможно представлять их взаимное расположение в аксонометрии, то плоские изображения самих элементов для этого не приспособлены.
Не было разработок по методологии начальных этапов проектирования, связанных с проектированием трехмерных схем машин. Некоторые современные пакеты прикладных программ для автоматизации процесса проектирования, благодаря наличию баз данных стандартных элементов, позволяют частично автоматизировать процесс создания кинематических схем, но речь в данном случае идет только о плоских изображениях, которые не пригодны для встраивания в ЗО-модели. Решение в пользу того или иного варианта проекта нередко принимается не разработчиком. В этом случае наглядность представления вариантов, которую обеспечивает только трехмерное моделирование, может способствовать лучшему пониманию и оценке проектного замысла, значительно облегчить процесс выбора оптимального решения.
Схемы современных машин зачастую настолько сложны, что требуют для их чтения специальной подготовки в части, касающейся как «схемной символики», так и глубоких общепрофессиональных знаний механики, пневматики,
гидравлики, электротехники, электроники и других дисциплин [3]. Наличие в таких схемах редко встречающихся элементов, типовые условные изображения которых не обладают наглядностью, при пространственной компоновке значительно усложняет этот процесс.
Мы поставили цель сформулировать принципы формирования трехмерных схем технических устройств и проработать их применительно к изображениям механизмов и машин различного назначения. В первую очередь необходимо создание совокупностей примитивов, алфавита изобразительного языка (словарь типовых элементов) для упрощенного трехмерного изображения схем. Фактически необходимо создать лаконичный графический язык объемных схем разных видов (кинематические, пневматические, электрические, технологические и т. д., комбинированные). Этот язык должен быть, с одной стороны, понятен широкому кругу лиц, сталкивающихся с необходимостью читать схемы, а с другой стороны, — иметь возможность отразить конструктивные и функциональные особенности изделия.
В связи с этим необходимо:
создать комплексы трехмерных примитивов типовых элементов и систем, которые должны быть наглядны в разных ракурсах, приспособлены для компьютерных технологий при использовании распространенного программного обеспечения (при этом можно отдавать приоритет или иллюстрированию функционального назначения, или показу принципа действия, или устройству как сборочной единицы, или внешнему виду с характерными особенностями);
наметить пути использования различных эффектов при построении примитивов и выработать соответствующие рекомендации;
разработать методики построения трехмерных схем разной степени сложности и при различных вариантах взаимодействия и компоновки либо «от нуля» (основываясь только на концепции построения), либо при упрощении и трансформации уже имеющихся ЗБ-моделей изделий, либо по результатам переработки чертежей.
Проблемы изображения трехмерных элементов схем зависят от вида схематизируемых объектов.
Так, при изображении ЗБ кинематических схем целесообразно придерживаться европей-
ских стандартов, рекомендующих даже для плоских элементов кинематики показывать «конструктив». Схема не должна загромождаться излишними конструктивными нюансами, элементы должны быть предельно просты. Но, с другой стороны, для облегчения восприятия желательно приблизить модель элемента к реальному виду. В качестве примера в таблице приведены плоские условные обозначения некоторых элементов и их возможное ЗБ отображение.
Возникают ситуации, когда элементы имеют одно и то же назначение и схожий внешний вид, но отличаются друг от друга принципом дей-
ствия (например, датчики положения), что необходимо отразить в кинематической схеме. Наоборот, могут быть одинаковы принцип действия и внешний вид элементов (как в случае с подшипниками качения), но области применения различны, что влечет за собой наличие конструктивных особенностей, также требующих отражения в кинематической схеме изделия. В этих случаях, видимо, не избежать применения таких средств отображения и редактирования модели, как изменение цвета отдельных частей элемента, фактуры поверхности элемента, отображение невидимых ребер и поверхностей, возможность
Условные обозначения и 3Б отображения некоторых элементов кинематических схем
Наименование Условное обозначение 3D условное обозначение
Глухая муфта 1 чЬ sL' 1 1 Ф 'ГГ #
Компенсирующая муфта: шарнирная зубчатая -ш-
ф
Упругая муфта: кулачковая с торообразной оболочкой -ш- Ф
#
Рис. 1. Датчики положения: а — индуктивный; б — магнитный
изменения оптических свойств; использование средств анимации и т. п. (рис. 1).
Вместе с этим желательно выработать единый стиль оформления пространственных схем, что позволит увеличить скорость восприятия информации.
При изображении элементов ЗБ пневматических схем также необходимо делать выбор в пользу упрощенного конструктивного представления. Вместе с тем необходимо придерживаться основных правил, действующих и в плоских пневматических схемах. Так, однотипные элементы изображаются на одном горизонтальном уровне схемы, цилиндры и распределители должны по возможности располагаться горизонтально, линии трубопроводов должны быть прямыми, параллельными, желательно без пересечений и т. д. При необходимости направление потока воздуха можно изобразить объемной стрелкой, цифровые и буквенные обозначения элементов и каналов — объемным текстом.
Для изделия, в состав которого входят элементы разных видов, помимо схем соответствующих видов одного типа, например таких, как «схема электрическая принципиальная» и «схема пневматическая принципиальная», разрабатывают комбинированную схему, содержащую элементы и связи разных видов. Такая схема помогает видеть будущую машину в целом, а не по частям. При изучении уже готовой машины по техническим описаниям и инструкциям по эксплуатации наиболее полное и наглядное представление об устройстве и принципе действия машины также дает комбинированная схема.
В качестве примера, иллюстрирующего удобство чтения и наглядность ЗО комбинированных схем, рассмотрим схему автомата сборки маркеров [ 1 ]. Эта схема представляет собой сочетание принципиальной кинематической схемы механизма, компоновочной схемы, принципиальной пневматической схемы привода, структурной схемы устройства управления. «Плоский» вариант схемы представлен на рис. 2.
Привод поворотного стола 1 осуществляется мотор-редуктором 2 через механизм мальтийского креста 3. Датчик положения стола Д5 служит для синхронизации работы механизмов машины с работой стола. Привод шибера 4 осуществляется пневмоцилиндром 1.0. Шибер 4 движется в прямоугольных направляющих. Датчики Д1 и Д2 контролируют крайние положения поршня пневмоцилиндраи, соответственно, шибера. Зажим корпуса маркера осуществляется пружиной 5, разжим — пневмоцилиндром 2.0. Датчик Д4 контролирует раскрытие прижима. Управление работой автомата ведется контроллером по крайним положениям механизмов (по сигналам датчиков).
На рис. 3 представлена та же схема, только в ЗБ отображении.
Конечно, преимущества ЗБ отображения большей частью проявляются, когда модель просматривается в среде графического редактора, и зависят от возможностей редактора. Речь идет о таких сервисных функциях, уже упоминавшихся выше, как обзор объекта с любой стороны под разными углами, виртуальное проникновение в него, создание прозрачных стенок отдельных деталей, освещение различными источниками и т. д. Можно также не загромождать схему нумерацией и характеристиками объектов, а пользоваться выделением (подсветкой) элемента, выбранного в дереве модели (элементный состав схемы).
Из ЗБ комбинированной схемы легко получить схему другого вида, исключив ненужные компоненты.
Если на комбинированной схеме необходимо уделить больше внимания какой-то ее части в контексте всей машины (допустим, в случае оценки проектируемого изделия специалистом в какой-то конкретной области), возможно изменение масштаба отображения определенных элементов.
И, конечно же, наибольшую степень наглядности, но и дополнительные трудности при разработке ЗБ модели могут создать анимационные сцены работы изделия, его эксплуатации и обслуживания.
Таким образом, необходимо создание и хорошая организация библиотек стандартных объемных элементов схем, баз данных типовых схем, которые следует постоянно поддерживать и расширять за счет добавления новых документов.
Рис. 3. Трехмерная комбинированная схема автомата
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. ГОСТ 2.701-84. ЕСКД. Схемы. Виды и типы. Общие требования к выполнению.
2. ГОСТ 2.605—68. Плакаты учебно-технические. Общие технические требования
3. Технологические машины и оборудование. Схемы кинематические, пневматические, гидравлические, электрические, комбинированные |Текст|: Учеб. пособие / C.B. Павлюченко [и др-J ; под общ. ред. В.А. Дьяченко. — СПб. : Изд-во Политехи. ун-та, 2008. — 168 с.
4. Хитров, И. ЗО-инструментарий для электронной документации [Текст J / И. Хитров // САПР и графика.— 2003. № 5.
5. Муромцев, ЮЛ. Концептуальное моделирование в задачах экономической эффективности,
конкурентоспособности и устойчивого развития: монография / Ю.Л. Муромцев, Д.Ю. Муромцев, В.А. Погонин, В.Н. Шамкин. — Тамбов : Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2008. — 176 с.
6. Сидорук, P.M. Исследование промышленных графических информационных технологий для создания ИЭТР ¡'1скст| / P.M. Сидорук, С.Е. Власов, J1.И. Райкин, A.A. Титов // Информационные технологии: научно-технический и научно-производственный журнал. 2005. № 4.
7. Сидорук, P.M. Виртуальные и анимационные модели в интерактивных электронных технических руководствах [TeKCTj / P.M. Сидорук, Л.И. Райкин, A.A. Титов // CADmaster.— 2007. N° 38/3.
УДК625.81 б
О.Н. Мсщко
ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК НЕЛИНЕЙНОГО ПРУЖИННОГО АККУМУЛЯТОРА С ПОСТУПАТЕЛЬНОЙ ПАРОЙ
В статье представлены результаты разработки технической идеологии создания мехатрон-ных пневматических рекуперативных приводов для возвратно-поступательных перемещений с использованием пружинных аккумуляторов, имеющих нелинейные силовые характеристики в функции от величины перемещения.
Один из эффективных способов энергосбережения — применение рекуперативных приводов с пружинным аккумулятором, которым посвящены работы [2—4].
Рассматриваемый пружинный аккумулятор с выходным звеном, совершающим прямолинейное перемещение и не имеющим конфигураций с неустойчивым равновесием, служит основой привода, габаритный размер которого в направлении рабочего хода значительно меньше габаритного размера привода на базе бесштокового пневмоцилиндра. Для этого типа приводов целесообразно использовать фиксаторы, обеспечивающие или управляемый выстой, или сохранение текущей конфигурации при выключении привода.
Для предложенных мехатронных рекуперативных приводов было выполнено исследование характеристик, позволившее разработать методики расчета параметров пружинных аккумуляторов. Оно проводилось без учета диссипатив-ных сил.
Нелинейный пружинный аккумулятор с поступательной парой, изображенный на рис. 1, предназначен для применения в рекуперативных приводах технологического оборудования.
По направляющей 1 двигается ползун 2массой т. Пружина растяжения 3 шарнирно соединена с основанием 4 и ползуном 2. В среднем положении ползуна, когда пружина 3 перпендикулярна направляющей 7, усилие пружины равно нулю.
Для упрощения представим данный аккумулятор в виде схемы (рис. 2).
Для корректного сравнения различных конструктивных решений за базовую модель примем рекуперативный привод на базе линейного пружинного аккумулятора [5] с максимальной накопленной потенциальной энергией
