m34700

21

•WinDrive – подсистема расчета и проектирования привода произвольной структуры и планетарных передач.

•WinSpring – модуль расчета и проектирования пружин и других упругих элементов машин. С ее помощью можно рассчитать и вычертить пружины сжатия, растяжения и кручения, плоские пружины, а также тарельчатые пружины и торсионы.

•WinCam – модуль расчета и проектирования кулачковых и мальтийских механизмов с автоматическим генератором чертежей.

•WinSlider – модуль расчета и проектирования рычажных механизмов произвольной структуры.

•WinBeam – модуль расчета и проектирования балочных элементов конструкций.

•WinTruss – модуль расчета и проектирования плоских ферменных конструкций методом конечных элементов.

•WinFEM2D – модуль расчета напряженно-деформирован- ного состояния плоских деталей методом конечных элементов.

•WinFrame3D – модуль расчета напряженно-деформи- рованного состояния трехмерных рамных конструкций.

•WinStructure3D – модуль расчета и проектирования пластинчатых, оболочечных и стержневых деталей и их произвольных комбинаций.

•АРМGraph – чертежно-графический редактор.

•WinData – модуль хранения и редактирования стандартных и информационных данных, необходимых для функционирования каждого из перечисленных выше модулей.

В вузах России созданы и успешно реализуются и другие высокоэффективные системы автоматизированного проектирования технических систем (МГТУ им. Баумана, МАИ и другие).

1.3. Конструкторско-графические системы

Чертежно-конструкторские CAD – системы развиваются в условиях постоянно возрастающих возможностей высокопроизводительных персональных компьютеров. Еще не исчерпаны возможности популярной в инженерной среде системы AutoCAD американской фирмы Autodesk. AutoCAD 2000 является универсальным 2D/3D – графическим пакетом, воплотившим современ-

22

ные идеи конструкторской графики. Относясь к продуктам средней ценовой категории (по американским меркам), он попрежнему мало доступен российским потребителям в цивилизованной (лицензионной) форме.

Наиболее доступным российскому пользователю в настоящее время является чертежно-графический редактор АРМ Graph НТЦ "Автоматизированное проектирование машин" (г. Королев Московской обл.), входящий в систему АРМ WinMachine. Простота освоения и технология черчения, характерная для отечественного конструирования, делают его удобным для использования как в учебном, так и в профессиональном проектировании. С 2001 г. АРМ Graph для учебных целей распространяется фактически бесплатно (оплата только CD-диска и электронного ключа).

С конца 1996 г. распространяется CAD – система нового поколения КОМПАС 5 российской компании АСКОН, предназначенная для широкого спектра проектно–конструкторских работ. КОМПАС 5 легко осваивается и удобен в работе, как любое Windows – приложение. Его стоимость приемлема для комплексного оснащения российских предприятий и учебных заведений.

Для учебных целей с 2000 года бесплатно распространяется КОМПАС LT 5.8, не имеющий важных библиотек и приложений.

Вядре системы, графическом редакторе КОМПАС – ГРАФИК 5, реализована современная параметрическая технология, что создает дополнительные возможности и удобства при разработке и редактировании различной конструкторской документации. При этом пользователи всегда смогут выбирать, в каком режиме им удобнее работать с каждым конкретным чертежом – в параметрическом или обычном. Чертежи, созданные в обычном режиме, можно преобразовать в параметрические, накладывая необходимые ограничения и связи.

К среднему классу относится также российская система T– FLEX CAD АО "Топ Системы" теперь и со свободным доступом для учебных целей.

Всоставе КОМПАС 5 и T–FLEX имеются средства полномасштабного трехмерного параметрического моделирования поверхностей и твердых тел любой сложности на базе современных NURBS–технологий. Интуитивная технология трехмерного про-

23

ектирования, реализуемая в новой системе соответствует мировым стандартам и близка к принципам интерфейса таких продук-

тов, как SolidWorks и SolidEdge.

Система твердотельного параметрического моделирования SolidWorks разработана американской компанией SolidWorks Corporation. Эта новейшая система конструирования среднего класса дает каждому конструктору возможность использовать на своем рабочем месте последние достижения CAD/CAM– технологий для разработки сложных деталей и сборок изделий машиностроения. Открытая архитектура системы позволяет легко интегрировать ее с ведущими графическими, расчетными и технологическими системами. Однако стоимость ее велика (более 7200 долларов за копию) для российских предприятий.

Система трехмерного параметрического моделирования существенно меняет подход к процессу проектирования. Если раньше инженер был вынужден воплощать свои идеи в двухмерном пространстве чертежа (2D–системы), то теперь у него появилась возможность творить в реальном трехмерном объеме (3D– системы), не задумываясь над тем, как вычертить ту или иную проекцию детали. Проектирование теперь идет не от чертежа к трехмерному облику изделия, а в обратном направлении – от пространственной модели к автоматически сгенерированным чертежам (пока они необходимы, но надолго ли?!). Такое проектирование удобно еще и тем, что созданная трехмерная геометрия изделия может быть передана в любую расчетно-аналити- ческую систему для анализа прочности, жесткости либо других показателей работоспособности детали.

Одна из самых распространенных среди систем тяжелого класса система CATIA/CADAM. Она стала фактически стандартом в зарубежной аэрокосмической и автомобильной промышленности.

Система CATIA (Computer Aided Three – dimensional Interactive Application) – это комплексная система автоматизированного проектирования (CAD), технологической подготовки производства (CAM) и инженерного анализа (CAE), разработанная фир-

мой Dassault Systemms и поставляемая фирмой IBM. CATIA

предназначена для создания как простых (посуда, мебель), так и сверхсложных (автомобиль, самолет) изделий и включает в себя

24

самые передовые технологии и легко используемые функции. Она установлена на рабочих станциях IBM, Silicon Graphics, Newlett – Packard, SUN Microsystems.

К тяжелому классу относится также широко известная система Pro/Engineer, разработанная корпорацией Parametrie Technology Corporation (РТС).

Более широкую информацию по программному и аппаратному обеспечению автоматизированного проектирования можно получить в гиперссылках электронной версии учебного пособия, а также в журнальных статьях, в том числе на диске приложения настоящего учебного пособия.

25

Глава 2. МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ

2.1. Кинематические и нагрузочные параметры привода

Разнообразные машины в сельскохозяйственном производстве имеют достаточно однотипные передаточные механизмы, служащие для согласования характеристик двигателя и исполнительного механизма по угловой скорости и вращающему моменту.

Двигатель, являющийся источником механической энергии, необходимой для преодоления сопротивлений, возникающих при работе машины, характеризуется:

номинальной (наибольшей рабочей) мощностью; угловой скоростью (частотой вращения) выходного вала

(ротора электродвигателя, коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания и т.п.); перегрузочной и пусковой способностью;

коэффициентом полезного действия (КПД); массогабаритными параметрами; допустимыми условиями работы (влажность, температура и т.п.).

Механические передачи характеризуются: передаточным отношением; коэффициентом полезного действия;

массогабаритными характеристиками при определенном нагрузочном режиме работы и т.п.

Исполнительным механизмам (рабочие органы) от привода требуется: определенная мощность; угловая скорость; перегру-

26

зочная и пусковая способность (характеристика); способ соединения (связи) выходного вала привода и входного вала исполнительного механизма.

Для привода по разработанной (заданной) кинематической схеме определяют общий КПД. Например, на рис. 2.1 изображена кинематическая схема привода, включающая четыре передачи привода и соответственно пять валов (1...5).

Рис 2.1

Общий КПД привода вычисляется по формуле

= Р ЦБ ЦТ К,

где Р, ЦБ, ЦТ, К – КПД передач с учетом потерь в подшипниках (табл. 2.1) соответственно клиноременной, цилиндрической зубчатой быстроходной и тихоходной ступени, конической зубчатой открытой.

Значения КПД и передаточных отношений для передач

Для соединительных муфт сделано допущение об отсутствии потерь на трение.

28

КПД характеризует потери механической энергии в приводе, поэтому потребная мощность двигателя РI вычисляется по мощности, требуемой исполнительным механизмом Р:

Р I = Р/ .

По этой мощности и другим требованиям выбирается тип двигателя и его характеристика. Необходимо стремиться загрузить двигатель полностью и даже можно перегрузить с учетом режима работы до 10%. В этом случае его КПД будет оптимальным.

В стационарных машинах применяются электродвигатели, отличающиеся большим диапазоном мощностей, частот вращения ротора, простотой пуска, остановки, торможения и реверсирования, большой перегрузочной способностью, высоким КПД ( 90%), отсутствием загрязнения окружающей среды и т.п.

Наибольшее применение получили асинхронные двигатели переменного тока с короткозамкнутым ротором. В России выпускаются электродвигатели этого типа серии АИР с мощностью в диапазоне от 0,18 до 30 Вт, а серии 4АМот 22 до 132 кВт .

Электродвигатели серии АИР имеют следующие исполнения по конструктивным признакам (креплению):

на лапах (исполнение 1М1081); на лапах и с фланцем на подшипниковом щите (исполне-

ние1М2081);

без лап с фланцем на подшипниковом щите (исполнение

1М3081).

По синхронной частоте вращения вала ротора электродвигатели выпускают односкоростные с 3000, 1500, 1000, 750 и 500 оборотов в минуту. Имеются двух-, трех- и четырехскоростные электродвигатели. Регулирование частоты вращения осуществляется изменением числа пар полюсов переключением обмоток.

Для плавного регулирования могут использоваться асинхронные двигатели с фазным ротором, которые уменьшают частоту вращения ротора при увеличении добавочного сопротивления в электрической цепи (реостат). Используются также электродвигатели с электронным регулированием. Но эти двигатели существенно дороже асинхронных.

Наиболее рациональны по цене односкоростные электродвигатели с синхронной частотой вращения 1500 об./мин. При

29

определении кинематических параметров привода необходимо пользоваться асинхронной частотой вращения вала ротора, которая на 2...8% меньше синхронной. Это различие вызвано скольжением, которое увеличивается от нуля при холостом ходе до указанного значения при загрузке двигателя до номинальной мощности. При этом скольжение больше для маломощных двигателей.

Общее передаточное отношение привода i определяется по формуле

электродвигателя (по каталогу);

и n – угловая скорость и частота вращения выходного вала привода (из исходных данных).

Связь между и n :

= n/30.

Передаточное отношение привода равно произведению передаточных отношений отдельных передач, выбираемых с учетом рекомендаций (табл. 2.1):

i = iР iЦБ iЦТ iК.

Поэтому по предварительно принятым iЦБ, iЦТ и iК можно вычислить, например, iР = i / (iЦБ iЦТ iК) и сделать заключение о приемлемости его значения или необходимости корректировать величины iЦБ, iЦТ и iК или даже изменить 1 или кинематическую схему.

Для многоступенчатых редукторов распределяется передаточное отношение (число) по ступеням в соответствии с рекомендациями. Напомним, что передаточное число U – это отношение чисел зубьев колеса к шестерни. Так, в двухступенчатых редукторах, горизонтальных цилиндрических, выполненных по развернутой схеме, передаточное число тихоходной ступени Uт равно:

Uт = 0,88 U ред , а UБ = Uред/Uт,

30

где Uред – передаточное число редуктора, численно равное передаточному отношению;

UБ – передаточное число быстроходных ступеней.

В двухступенчатых соосных

Uт = 0,95 U ред .

Для коническо-цилиндрических

Uт = 1,1 U ред .

В планетарных передачах числа зубьев колес подбираются по выбранному передаточному отношению редуктора и количеству сателлитов из условия соосности, соседства и сборки. Это можно осуществить с помощью программы SINT ПМ ВГАУ, краткое руководство пользователя которой помещено в приложении.

Нагрузочные параметры на каждом валу привода целесообразно вычислять не по каталожной мощности двигателя, а по развиваемой (требуемой) :

На основе такого вида зависимостей могут разрабатываться алгоритм расчета и компьютерная программа.

Связь (относительная) между кинематическими и нагрузочными параметрами привода может быть проиллюстрирована графически (рис. 2.2).

В случае включения в привод стандартного редуктора выбирается его передаточное отношение в целом (не по ступеням), и по нагрузочным параметрам (вращающему моменту или мощности и частоте вращения быстроходного вала) устанавливается типоразмер по каталогу.