Введение к работе
Актуальность темы. В условиях отсутствия природных ресурсов, в нашей Республике целесообразно развивать наукоемкие производства путем разработки и внедрения новой высокоэффективной техники и технологии. Здесь первостепенную роль приобретает как развитие теоретических основ проектирования, так и создание более совершенных систем автоматизированного проектирования механизмов. Причем, первое позволяет наметить пути создания новых машин и приборов в соответствии с требованиями новой техники и технологии, а второе сократить сроки проектирования, облегчить труд проектировщика и снизить себестоимость проекта.
Обычно, внедрение новой техники и технологии связано с изысканием возможностей увеличения производительности, что в свою очередь приводит к увеличению рабочих скоростей исполнительных механизмов машин. Всвязи с этим, особое место занимают динамический анализ, синтез и оптимальное управление режимами работы механизмов, так как количество и качество выпускаемой продукции в итоге определяются комплексом динамических критериев качества, которым должны удовлетворять механизмы. Кроме того, развитие динамики машин и механизмов диктуется необходимостью более глубокого и комплексного учета кинематических и динамических параметров механизмов при проектировании. Именно наличие эффективных методов определения и оптимизации этих критериев качества является предпосылкой создания новой техники в соответствии с заранее заданными требованиями.
Вышеуказанные проблемы взаимосвязаны и неучет любого из них ограничивает возможность создания новой техники. В связи с этим, в последнее время значительно повысился интерес к комплексному решению задач динамического анализа и синтеза механизмов. Это выдвигает перед теорией динамики механизмов ряд новых требований. В первую очередь, это создание унифицированных методов динамического анализа и синтеза, охватывающих широкий спектр условий и вариантов
проектирования и легко поддающихся алгоритмизации и программированию.
Однако анализ существующей литературы в данной области показывает, что известные методы динамического анализа и синтеза носят локальный характер и приемлемы лишь в рамках конкретных, частных задач. Подобный узкоспециализированный подход приводит, при решении разнообразных задач динамики механизмов, к возникновению многочисленных алгоритмов, что в свою очередь препятствует унификации алгоритмов и созданию автоматизированных систем динамического анализа и синтеза механизмов. Во многом этому способствовало также недостаточное использование современных технологий и методов создания программного обеспечения.
В связи с вышеизложенным, исследования по созданию унифицированных компьютерных методов динамического анализа и синтеза, рассчитанных на механизмы произвольной структуры являются актуальными.
Цель работы - разработка методов автоматизированного динамического анализа и синтеза плоских рычажных механизмов произвольной структуры.
В соответсвии с поставленной целью сформулированны следующие основные задачи диссертационного исследования:
постановка и решение обобщенной динамической задачи, включающей в себя, как частные случаи, прямую и обратную задачи динамики плоских механизмов;
разработка унифицированного численного метода динамического анализа и синтеза плоских механизмов с учетом ограничений на искомые постоянные и переменные параметры синтеза, удовлетворяющих дифференциальным уравнениям движения механизмов;
разработка объектно-ориентированного пакета прикладных программ динамического анализа и синтеза плоских рычажных механизмов любой структуры;
постановка и решение модельных задач динамического синтеза механизмов по различным критериям качества.
Методы исследования. При решении поставленных задач использованы современные методы кинематического и динамического анализа и синтеза механизмов, численные методы
теории аппроксимации функций, оптимального управления, вариационного исчисления, методы вычислительной математики и объектно-ориентированные принципы построения пакетов прикладных программ.
Научная новизна. На основе современного аппарата математического программирования разработан унифицированный численный метод динамического анализа и синтеза механизмов любой структуры, с учетом ограничений на искомые постоянные и переменные параметры синтеза, удовлетворяющих дифференциальным уравнениям движения механизмов. Разработан объектно-ориентированный пакет прикладных программ автоматизированного динамического анализа и синтеза механизмов любой структуры.
Практическая ценность и реализация результатов работы. Разработанный пакет прикладных программ, охватывающий процессы формирования структуры механизмов, составления их дифференциальных уравнений движения, интегрирования этих систем и вычисление или, в зависимости от поставленной задачи, оптимизацию любого выбранного критерия качества работы механизмов, позволяет сократить сроки проектирования, облегчить труд проектировщика и снизить себестоимость проекта. На ряде конкретных примеров показаны возможности приложения разработанного метода синтеза при создании новых исполнительных механизмов различного функционального назначения, в том числе привода клети и механизма подачи и поворота заготовки станов холодной прокатки труб. Разработана новая схема зубчато-рычажного механизма одностороннего прерывистого движения, оригинальность которого подтверждена авторскими свидетельствами.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на:
9-ом международном конгрессе интернациональной федерации по теории механизмов и машин (Милан, 1995 г);
научно-технической конференции профессоро-препода-вательского состава Государственного инженерного университета Армении (Ереван 1996 г)
Публикации. По теме диссертации опубликованы 4 печатные работы, в том числе 2 авторских свидетельства.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы, включающего 91 наименование и приложения. Основной текст изложен на 114 страницах машинописного текста, поясняется 28 рисунками и 5 таблицами. Общий объем диссертации составляет 146 страниц.
