Современные информационные технологии. 1

Сокол Г.И., Олейник А.Л., Чубаров А.В.

Днепропетровский национальный университет

компьютерная графика в Кинематике машин

 

Известны учебные материалы по курсу теории механизмов и машин с применением компьютерной графики, разработанные в различных ВУЗах Украины, России и других стран. Применительно к специфике специальностей физико-технического факультета необходимо разработать новые задания для студентов с применением компьютерных технологий.

         Целью настоящей работы является разработка методики построения планов механизмов, скоростей и ускорений в разделе «Кинематика» курса «Теория механизмов и машин».

            В качестве примера выберем кинематическую схему механизма грохота. Будем использовать редакторы AutoCAD (версия 2004).

Построение плана механизма

Для примера возьмём механизм грохота.

В начале запустим AutoCAD и установим необходимые настройки:

1. Сетка и привязка – значение параметра Snap рекомендуется установить равным 1, а параметра Gird - 5.

2. В опции OSNAP отметим следующие параметры: Endpoint, Center, Intersection.

3. Для удобства, на рабочее поле необходимо вынести следующие панели инструментов: Draw, Modify, Object Snap, Dimension.

4. Параметры печати определяются самостоятельно в зависимости от назначения чертежа.

5.Устанавливаем необходимое количество слоёв, для чего включаем параметр LWT.

6.Определяем масштабный коэффициент μl [1] и в соответствии с ним рассчитываем длины отрезков на чертеже. Вычерчиваем элементы стойки (рис. 1).

 

 

 

Далее чертим все остальные звенья механизма в заданном масштабе при помощи инструмента line. Чертим звенья, прикрепленные к стойке.

Используем следующую процедуру:

1.Первую точку ставим в центре шарнира, привязанного к стойке.

2.Используем относительные полярные координаты: в командной строке записываем @L<φ, где L – длина звена, а φ – примерный угол его поворота (угол отсчитывается от оси, направленной вправо против часовой стрелки). На нашем примере, для звена AB @30<120; BC @35<120; CD @20<120; DS @100<160.

Начальную точку звена AB ставим в конце звена OA, а затем снова используем относительные полярные координаты: @30<80 (рис. 2).

 

 

3. На концах звеньев расставим шарниры А, E (рис. 3).

 

 

4. Обозначим точку D. Для этого в конце отрезка CD начертим окружность (инструмент circle), после чего удалим отрезок CD. Далее с помощью команды trim обрежем лишние элементы (см. рис. 4).

Приступим к вычерчиванию механизма в конкретном положении:

1. Устанавливаем положение звена OA с помощью команды rotate.

2. С помощью команды move присоединяем звено AB к звену OA.

3. Проводим две вспомогательные окружности: первую – на радиусе AB, вторую – на радиусе BC (рис. 4).

4. С помощью команды rotate совмещаем звенья в точке пересечения окружностей (рис. 5), после чего удаляем лишние линии построения.

5. Перемещаем конец звена DS к шарниру D на звене BC и построим окружность на радиусе DS, повернем звено DS к точке пересечения окружности и штрихпунктирной линии и удаляем окружность.

6. Передвигаем ползун в новое положение точки S (рис. 6).

7. Расставляем необходимые обозначения.

 

 

 

 

План механизма вычерчен.

При изменении положения механизма, поворачиваем звено OA на нужный угол и заново повторяем описанную выше процедуру.

 

 

Построение плана скоростей

В качестве примера рассмотрим план механизма, который представлен на      рис. 1. Для начала в меню DimensionStyle… в опции Modify на вкладке Primary units в поле Angular dimension устанавливаем точность измерения угла 0,00.

Далее выполняем следующую процедуру:

1. Обозначим полюс плана скоростей инструментом point , предварительно задав вид точки в опции Point style.

2.Проведем горизонтальную линию из точки О вправо, измерим угол между этой линией и звеном ОА.

 

Рис. 7

 

 

Задав масштабный коэффициент μv, рассчитаем длину вектора скорости [1].

Измеренный нами угол равен 120,00, звено вращается по часовой стрелке. Следовательно, угол поворота вектора скорости равен 1200 - 900=300 (см. рис. 7)

1.При помощи относительных полярных координат из полюса построим отрезок заданной длины, например, 500, и под углом 300 к горизонтали.

2.Измерим угол между горизонталью и звеном AB = 29,250, отнимем 900 и проведем через точку а направляющую под рассчитанным углом =60,750 (рис. 8). Измерим угол между горизонталью и звеном BD =  132,900. Проведем направляющую из полюса под углом 132,900 - 900=42,900. Проводим отрезок в точку пересечения направляющих, получаем вектор pb, измерив который найдем скорость точки А (рис. 9).

Рис. 9

 

Рис. 8

 
             

Рассчитаем скорость точки D и обозначим ее на плане скоростей. Проведем из полюса горизонтальную направляющую, а из точки d - перпендикулярную звену DS. Проведем отрезок ps, измерим его длину и найдем скорость ползуна (рис. 10).

Рис. 10

 

Построение плана ускорений

Построение плана ускорений выполняется также, как и плана скоростей, теми же инструментами и настройками. Используем рисунок 7, где начерчен план механизма в положении, определенном обобщенной координатой – углом 1200. Необходимо выполнить такие операции:

1.Обозначим полюс плана скоростей инструментом point, предварительно задав вид точки в опции Point style.

2.Т.к. угол между звеном ОА и горизонталью составляет 1200, то направление нормального ускорения будет направлено под углом 1800 - 1200 = 600 от горизонтали.

3.Задав масштабный коэффициент μа, рассчитаем длину вектора ускорения [1].

4.Построим вектор нормального ускорения отрезка АВ, который выходит из конца вектора ускорения а/. Для облегчения задачи просто копируем звено АВ и переносим его в конец вектора а/с помощью привязки Snap to point. Полученный вектор - нормальное ускорение звена AB. Проведем также тангенциальное ускорение. Этот вектор перпендикулярен нормальному ускорению. Проведем пунктирную направляющую вдоль тангенциального ускорения (рис. 11).

Рис. 11

 
Точка С у нас неподвижна, поэтому её ускорение равно нулю, а точка с/ на плане ускорений находится в полюсе.

5.Найдем нормальное ускорение звена BC и перпендикулярно ему построим тангенциальное, тоже пунктирной линией. В полярных координатах под углом 1330 проведем из полюса нормальное ускорение уже известной длины. Перпендикулярно ему с помощью объектной привязки Snap to perpendicular проведем пунктиром тангенциальное ускорение до пересечения с тангенциальным ускорением точки A относительно точки B.

6. Из полюса проведем ускорение точки В, соединив линией полюс и пересечение двух пунктирных линий.

 

Рис. 12

 
        Исходя из расчетов у нас выйдет что ускорение точки В в два раза больше точки D, его вектор находится на средине вектора ускорения b. Проведем его (рис. 12).

7.  По направлению движения звена BS будет проходить нормальное ускорение звена DS, а перпендикулярно ему тангенциальное ускорение этого звена. Проведем их с помощью измерения угла от горизонтали в полярных координатах и привязки к середине вектора ускорения точки В. А так же  перпендикулярно ему проведем тангенциальное ускорение пунктирной линией.

Рис. 13

 

 

Рис 3.9. Из полюса проведем тангенциальное ускорение точки S6, оно не имеет нормально и пунктирная линия будет проходить через полюс до пересечения с тангенциальным ускорением звена DS. В точки их пересечения будет полное ускорение точки S6, выходящее из полюса (рис. 13).

Выводы

1.Разработана методика построения планов механизмов, скоростей и ускорений с применением редактора AutoCad 2004.

2.Выполнен пример построения плана механизма, скоростей и ускорений для механизма грохота.

Литература:

1.     Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин. - М.: Наука, 1988. – 640 с.

2.     Дэвид  Фрей  «AUTOCAD 2005 на примерах» -  К.:  «Юниор»,  1999. -  540 с.