Проектирование и исследование подъёмника ножничного типа с использованием параметризации системы КОМПАС - 3D.

Платонов Л.В.

Тезисы доклада на региональной научно-методической конференции «Машиноведение» от 31.03.2009.

В настоящее время применение пакетов автоматизированного проектирования  на производстве является залогом успешной работы предприятия. Пакеты автоматизированного проектирования существенно снижают сроки проектирования той или иной машины или механизма, позволяют сократить расходы на изготовление экспериментальных моделей, получить более точную картину о действующих в деталях машин напряжениях и нагрузках. Стало ясным, что без использования пакетов автоматизированного проектирования в современных условиях является невозможным поддержание предприятиями конкурентоспособности своей продукции. Так же необходимо, чтобы развитие учебного процесса происходило взаимосвязано с развитием производства. Использование   CAD, CAM, CAE пакетов в учебном процессе позволяет расширять методологическую базу, способствует развитию пространственного мышления студентов, а также позволяет подготавливать квалифицированные кадры, отвечающие современным требованиям. Таким образом, слаженная работа производственного и учебного процессов является  важнейшей предпосылкой развития научно-технического прогрессов.

 Система КОМПАС – 3D является отличным инструментом создания пространственных моделей, подготовки и оформления конструкторской документации. Согласно [1] наличие параметрических возможностей системы КОМПАС позволяет создавать типовые элементы различных размеров. Система КОМПАС – 3D обладает вариационной параметризацией. Её особенностью является возможность наложения ограничений (связей) на разработанные ранее изображения узлов или деталей. Параметризация КОМПАС позволяет устанавливать геометрические связи относительно взаимного расположения геометрических объектов. Кроме того, параметризация системы КОМПАС – 3D допускает присвоение переменных размерам отдельных геометрических объектов. Данные переменные могут быть использованы в уравнениях, которые могут выражать взаимозависимость отдельных размеров узла или детали. Переменные могут носить как фиксированный, так и нефиксированный характер в зависимости от необходимости пользователя. Как известно, наложение на объекты связей влечёт за собой удаление его степеней свободы. В условиях плоскости каждое тело обладает 3-мя степенями свободы. Если конструкция обладает хотя бы одной степенью свободы, то она является механизмом. Таким образом, можно сформулировать вывод, что правильное наложение связей (ограничений) при работе с параметризацией позволяет реализовать кинематическую схему механизма с возможностью изменения положения механизма. В этом случае необходимо зафиксировать размеры геометрических объектов, характеризующие элементы конструкции, а размеры, определяющие положение механизма в пространстве оставить незафиксированными (информативными). Такой подход может эффективно применяться, например, при решении  задач построения планов плоских механизмов, а также их статическому, кинематическому и динамическому исследованиям, в частности при построении и исследовании планов скоростей, ускорений и при силовом анализе плоских стержневых механизмов, то есть для решения задач теории машин и механизмов. Следовательно, можно прийти к выводу, что система КОМПАС – 3D может использоваться не только в качестве эффективного инструмента создания пространственных моделей деталей и сборок, плоского черчения, но и в качестве инструмента анализа механизмов ещё на стадии их проектирования благодаря своим широким параметрическим возможностям.

Далее рассмотрим применение параметрических возможностей системы КОМПАС – 3D на конкретном примере – на примере анализа и проектирования подъёмника ножничного типа (рисунок 1).

Рисунок 1. Подъёмник ножничного типа.

Подъёмники ножничного типа широко применяются при проведении ремонтных и монтажных работ в помещениях с высокими потолками и большой площадью. Также они могут применяться для подъёма и опускания грузов с этажа на этаж в двухэтажных зданиях промышленного назначения, цехах. Подъёмники ножничного типа могут быть как стационарными, так и передвижными.

При проведении анализа подъемника с помощью параметризации КОМПАС-3D необходимо:

- изобразить во фрагменте системы КОМПАС-3D кинематическую схему подъёмника;

- наложить параметрические связи на элементы схемы таким образом, чтобы сохранить подвижность механизма;

-  подвижность механизма можно проиллюстрировать следующим образом: при выделении одного из звеньев навести курсор мыши на одну из точек выделенного звена и захватить её; путём перемещения мыши по области рабочего поля, при этом сохраняя захват точки, произвести имитацию движения подъёмника.

При построении планов скоростей, ускорений и при выполнении силового анализа методом планов основной упор необходимо делать на наложение ограничений, определяющих взаимосвязь соответствующих планов с кинематической схемой, составляя при этом необходимые уравнения и занося их в окно параметризации. Это позволяет определять величину и направление вектора скорости, ускорения или силы для любого выбранного положения механизма. На рисунке 2 представлена кинематическая схема ножничного подъёмника с приводом на ползуне, задающем постоянную скорость точки А (рисунок 2).

Рисунок 2. Кинематическая схема подъёмника

При построении плана скоростей необходимо соблюдать все общепринятые правила теории машин и механизмов анализа механизмов методами планов [2]. Основным отличаем построения планов с использование параметрических возможностей системы КОМПАС является высокий уровень автоматизации. Так, необходимо построить план скоростей только для одного положения механизма, наложив соответствующие ограничения. В интерактивном режиме можно путём изменения положения механизма автоматически получить план скоростей для любого другого положения.

Рассмотрим построение скорости точки В (рисунок 2). Точка В принадлежит звеньям ABC и OBD. Для задания параметрических зависимостей скорости точки В необходимо записать векторные уравнения её движения.                    

Уравнения необходимо записывать для скорости точи В звеньев ABC и OBD соответственно. Подобные уравнения и являются источником геометрических ограничений таких, как перпендикулярность, параллельность. Переменной, соответствующей величине скорости точки А для рассматриваемого случая необходимо присвоить фиксированный характер. Аналогично составляются векторные уравнения для всех остальных точек, согласно которым и накладываются ограничения. На рисунке 3 представлено изображение кинематической схемы и плана скоростей в виде, который они имеют в системе КОМПАС в рабочем режиме. Линиями голубого цвета обозначены геометрические ограничения. Сиреневые стрелочки показывают оставшиеся степени свободы характерных точек звеньев. В качестве недостатка предложенного метода можно выделить наличие лишних линий и необходимость построения отдельных планов скоростей при движении подъёмника вверх и вниз. На рисунке представлен план скоростей для подъёма подъёмника.

Рисунок 3. Параметризованный план скоростей.

Параметризация пространственных моделей позволяет автоматизировать процесс построения моделей различных конфигураций. Таким образом, можно создавать модели, и путём изменения созданных переменных перестраивать модель, меняя её размеры. Кроме того, параметризация 3D-моделей позволяет создавать различные исполнения механизма только путём корректировки переменных. Это позволяет в значительной мере сократить время на проектирование однотипных механизмов различных размерных групп и исполнений. На рисунке 4 представлены результаты параметризации модели подъёмника. Приведено три исполнения, которые отличаются количеством секций (4, 3, 2), а также имеют различные значения габаритных размеров подъёмника (длины и ширины).

Рисунок 4. Различные исполнения подъёмников.

Таким образом, можно сформулировать следующие выводы:

- предложен способ решения задач ТММ с использование параметризации КОМПАС и приведен пример его применения;

- разработана полностью параметризованная модель подъёмника и приведены результаты изменения её параметров.

Список литературы:

1 - Твердотельное моделирование в системе КОМПАС-3D, Александр Потёмкин, Санкт-Петербург «БХВ-Петербург», 2004.

 2 – Теория машин и механизмов, С. Н. Кожевников, М. «Машиностроение» 1973

© Платонов Леонид - 2009