Телефон: 8-800-350-22-65
WhatsApp: 8-800-350-22-65
Telegram: sibac
Прием заявок круглосуточно
График работы офиса: с 9.00 до 18.00 Нск (5.00 - 14.00 Мск)

Статья опубликована в рамках: Научного журнала «Студенческий» № 31(75)

Рубрика журнала: Технические науки

Секция: Машиностроение

Скачать книгу(-и): скачать журнал часть 1, скачать журнал часть 2, скачать журнал часть 3

Библиографическое описание:
Погорелая С.С. РАЗРАБОТКА УРАВНОВЕШЕННОЙ КОНСТРУКЦИИ ПОДВИЖНОЙ СИСТЕМЫ НА ОСНОВЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ ЦЕНТРА МАСС И РАСЧЕТ КИНЕМАТИКИ В SOLIDWORKS MOTION // Студенческий: электрон. научн. журн. 2019. № 31(75). URL: https://sibac.info/journal/student/75/153347 (дата обращения: 28.03.2024).

РАЗРАБОТКА УРАВНОВЕШЕННОЙ КОНСТРУКЦИИ ПОДВИЖНОЙ СИСТЕМЫ НА ОСНОВЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ ЦЕНТРА МАСС И РАСЧЕТ КИНЕМАТИКИ В SOLIDWORKS MOTION

Погорелая Светлана Сергеевна

магистрант, кафедра «Технология машиностроения» факультета машиностроения, приборостроения и информационных технологий Арзамасского политехнического института (филиала) федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Нижегородский государственный технический институт им. Р.Е. Алексеева»,

РФ, г. Арзамас

В современном производстве практически на всех этапах проектирования и изготовления новых изделий используется специализированное программное обеспечение, позволяющее облегчить труд инженера-конструктора и инженера-технолога. Очень важно на стадии проектирования изделий проверить их рабочие характеристики, не прибегая к изготовлению большого числа опытных образцов, предназначенных для отработки конструкции.

На примере разработки уравновешенной конструкции системы слежения с антенным блоком в данной статье приведены основные моменты проектирования с использованием специализированного программного обеспечения SolidWorks, SolidWorks Simulation,  SolidWorks Motion.

В состав системы слежения с антенным блоком входят следующие элементы: антенная малая, антенная большая, система крепления к внешней стойке, силовая конструкция и привод системы (см. рисунок 1).

Антенная малая и антенная большая являются покупными компонентами и предназначены для передачи и приема радиосигнала от элемента слежения.

Перед разработчиком стояла задача пространственного размещения всех компонентов системы слежения и разработка привода системы на основе двух шаговых двигателей с кинеметическими передачами. Причем необходимо было уравновесить систему в пространстве, чтобы нагрузка на вал двигателей была минимальной (двигатели с малым моментом) и подобрать такие передаточные отношения кинематических передач, чтобы отклик системы был достаточно быстрым (чтобы система точно и быстро реагировала на изменение объекта слежения в пространстве).

 

Рисунок 1. Система слежения с антенным блоком

 

В силовой конструкции, выполненной из листового алюминиевого сплава должны размещаться следующие электронные компоненты: аккумулятор, ресивер, модуль антенны и адаптер (см. рисунок 2)

 

Рисунок 2. Электронные компоненты системы

 

Данные электронные компоненты являются покупными позициями, и стояла основная задача по их пространственному размещению в пространстве силовой конструкции.

Основная идея разработки состоит в том, чтобы найти такое геометрическое место и конфигурацию  силовой конструкции, антенны большой, антенны малой (которые входят в подвижную систему) центр тяжести которой будет максимально приближен к точке пересечения подвижных осей привода системы (см. рисунок 3)

 

Рисунок 3. Теоретически удачное место расположения центра тяжести подвижной системы (точка пересечения подвижных осей)

 

Для определения положения центра тяжести подвижной системы  первоначально были проведены замеры массы всех компонентов: антенны малой, антенны большой, аккумулятора, ресивера, модуля антенны и адаптера (см. рисунок 4), а так же определены центры их собственные центры тяжести.

Если массы элементов остаются постоянными величинами, то координаты их центров тяжести (X, Z) можно изменять для приведения суммарного центра тяжести подвижно системы к точке пересечения подвижных осей (см. рисунок 5).Необходимо отметить, что при изменении геометрических мест всех покупынх элементов будет меняться масса силовой конструкции.

 

Рисунок 4. Массовые характеристики элементов подвижной системы

 

Рисунок 5. Схема определения положения центра тяжести подвижной системы (вид сверху)

 

Используя данное утверждение можно, используя 3D моделирование в среде SolidWorks, максимально близко привести центра тяжести всей системы к конкретной точке. На рисунке 6 показано положение центра тяжести подвижной системы относительно осей подвижных осей привода системы. Видно, что эти точки практически совпадают.

 

Рисунок 6. Максимальное приближение центра тяжести подвижной системы к точке пересечения подвижных осей

 

После определения положения центра тяжести произведем кинематический расчет получившейся конструкции в среде инженерного моделирования SolidWorks Motion. В частности, нам необходимо определить мощность двигателя, необходимого для вращения получившейся подвижной системы. Вращение системы должно проходить в двух направлениях, относительно вертикальной оси двигателя – на 3600, относительно горизонтальной, на 2050 (см. рисунок 7).

 

Рисунок 7. Рабочие углы конструкции

 

Произведем кинематический расчет поворота подвижной системы в диапазоне 2050 (поворот относительно горизонтальной  оси Х).

В среде SolidWorks Motion зададим следующие параметры двигателя (колебательное движение в диапазоне 2050 с частотой 0,2 Гц (одно колебание за 5 секунд). Заданные характеристики двигателя на рисунке 8.

 

Рисунок 8. Параметры вращения подвижной системы

 

Для более детального расчета необходимо задать гравитацию земли, то есть на все элементы системы (движущиеся и нет) будет действовать ускорение свободного падения (см. рисунок 9).

 

Рисунок 9. Задание параметров гравитации

 

Для большей реальной картины движения необходимо задать трение в контактных парах, которые соприкасаются друг с другом. Зададим следующие параметры (пара «Сталь»- «Сталь», коэффициент трения 0,05). После проведения расчета по симуляции движения выведем следующие результаты, которые нас интересуют: вращающий момент двигателя. Этот результат даст нам понимание того, какой крутящий момент должен быть на оси, чтобы обеспечить заданные параметры вращения подвижной системы в условиях гравитации и заданного трения в контактных парах. Полученные результаты приведены на рисунке 10.

 

Рисунок 10. Вращающий момент на оси

 

В результате проведенного вычисления был рассчитан вращающий момент на валу, равный 0,8 Нм. Конструктивно в приводе системы используется передаточное отношение равное 1:2,75. (см. рисунок 11).

 

Рисунок 11. Передаточное отношение на горизонтальной оси

 

С учетом примененного передаточного отношения и рассчитанного крутящего момента на оси подвижной системы равной 0,8Нм, можно получить крутящий момент на двигателе, равный Мдв=0,8/2,75=0,3Нм.

Произведем кинематический расчет системы относительно вертикальной подвижной оси (ось Y). Аналогичным образом зададим параметры двигателя (колебательное движение с амплитудой 3600, с частотой 0,2Гц), параметры гравитации и произведем расчет крутящего момента на вертикальной оси подвижной системы. Эпюра крутящего момента представлена на рисунке 12.

 

Рисунок 12. Эпюра крутящего момента двигателя

 

Конструктивно в приводе системы используется передаточное отношение равное 1:2. (см. рисунок 13).

 

Рисунок 13. Передаточное отношение на вертикальной оси

 

С учетом примененного передаточного отношения и рассчитанного крутящего момента на оси подвижной системы равной 7Нм, можно получить крутящий момент на двигателе, равный Мдв=7/2=3,5Нм.

С учетом рассчитанных данных крутящего момента двигателей были подобраны шаговые двигатели с величиной крутящего момента большей, чем рассчитанная.

Вывод: использование программного обеспечения на стадии проектирования конструкции позволило сэкономить время разработки, подобрать оптимальное расположение элементов системы с точки зрения теоретически выгодного положения центра масс подвижной системы, а так же рассчитать крутящие моменты на двигателях и подобрать их необходимый типоразмер.

 

Список литературы:

  1. Межецкий Г.Д., Загребин Г.Г., Решетник Н.Н. Сопротивление материалов: учебник. Москва: Дашков и К, 2016. — 432 с.
  2. SOLIDWORKS Motion 2019. URL: http://help.solidworks.com/2019/english/SolidWorks/motionstudies/c_Motion_Analysis.htm (дата обращения: 21.09.2019)

Оставить комментарий

Форма обратной связи о взаимодействии с сайтом
CAPTCHA
Этот вопрос задается для того, чтобы выяснить, являетесь ли Вы человеком или представляете из себя автоматическую спам-рассылку.