Введение к работе
Актуальность. Развитие машиностроительного производства является важной экономической задачей для стран с различным уровнем развития экономики. Основной тенденцией развития современного машиностроения является комплексная автоматизация. Создание различных систем автоматизированного проектирования остается приоритетным направлением автоматизации.. При создании большинства систем автоматизированного проектирования используются различные математические модели. Имитационное моделирование динамических процессов является мощным инструментом, который широко используется при создании сложных САПР.
Современный опыт проектирования механических приводов требует более точного учета параметров внутренней и внешней динамики. Существующие методики проектирования не всегда позволяют учесть динамические параметры системы и действие нестационарных внешних нагрузок. Математические имитационные модели адекватно отражают процессы работы механизмов в реальных условиях эксплуатации. Имитационные динамические модели являются оптимальными при решения задач проектирования и автоматизации испытаний новьгх видов механических приводов. Они позволяют уточнить типовые метода проектирования в условиях динамического нагру-жения. Результаты моделирования используются для проверки соответствия образцов основным эксплуатационным показателям и техническим требованиям, которые предъявляются к приводу на этапах конструирования и эскизного проектирования. Использование имитационных динамических моделей позволяет неуклонно повышать надежность, долговечность и качество механических приводов, работающих в условиях нестационарного нагружения.
Целю исследования является построение имитационной динамической модели механических вращательно — поступательных высокоскоростных приводов. Модель должна обеспечивать моделирование динамических процессов, возникающие в элементах приводов в процессе эксплуатации при переменных режимах нагружения. При составлении модели необходимо выявить и учесть основные параметры привода, определяющие его внутреннюю и внешнюю динамику.. Модель должна предоставлять возможность автоматизации испытаний и компьютерное моделирование с использованием современных возможностей вычислительной техники. Для достижения поставленных целей необходимо решить следующие прикладные задачи:
разработать динамические модели отдельных элементов привода;
автоматизировать процесс составления общих уравнений движения модели;
предложить методики определения основных параметров модели;
создать комплекс алгоритмов и программ для проведения расчетов и анализа результатов моделирования с использованием вычислительной техники;
предложить методы использования результатов моделирования при уточнении эксплуатационных параметров и типовых методик проектирования приводов.
Научная новизна диссертации заключается в разработке математического аппарата и разработке программного комплекса для автоматизированного моделирования динамических процессов в механических приводах. При составлении обобщенной системы уравнений учтены параметры, которые оказывают наибольшее влияние на динамику вращательно - поступательных приводов. Впервые рассмотрены осевые вибрации передачи винт-гайка качения с учетом податливости опор. При определении упругих характеристик модели учтены случайные погрешности изготовления деталей.
Методы исследований Диссертация базируется на современных научных представлениях о динамических процессах в механических приводах. Теоретические положения диссертации построены на классических методах механики, теории упругости, теории механизмов и машин, сопротивления материалов. Из специальных дисциплин в работе использованы теория удара упругих тел, современные методы расчета деталей машин и вероятностные методы моделирования.
При разработке динамической модели использованы новейшие научные достижения в области имитационного моделирования. Использован современный математический аппарат и средства автоматизированного составления динамических уравнений сложных систем со многими степенями свободы. При создании комплекса прикладных программ учтены последние разработки в области вычислительной техники и программирования.
Материалы диссертации могут являться основой для совершенствования методов динамического моделирования приводов, автоматизации испытаний и проектирования. Результаты имитационного моделирования могут быть использованы для уточнения существующих методов расчета элементов приводов при переменных режимах нагружения.
Практическая ценность результатов исследований заключается в создании автоматизированной системы динамических испытаний механических приводов. Использование модели дает возможность определить динамические параметры механического привода на стадии проектирования. Это значительно сокращает сроки разработки новой техники и снижает затраты на проведение натурных испытаний.
Реализация результатов работы Автоматизированный программный комплекс апробирован в условиях реального проектирования привода рулей и элеронов МПР-350 беспилотного летательного аппарата. Комплекс также использован для имитационных динамических испытаний серийных приводов, изготавливаемых на ГУП ОЗТМ.
Апробация работы Основные положения диссертационной работы изложены на:
-
XII юбилейной конференции молодых ученых Института машиноведения АН СССР "Актуальные проблемы машиноведения", Москва, 1989г.
-
Межвузовской научно - технической конференции "Автоматизация -99", МГАПИ, 1999г.
-
Научно - технической конференции "Новые информационные технологии" , МГАПИ, 2000 г.
-
Научные семинары и заседания кафедры ТИ-4 Московской Государственной Академии приборостроения и информатики.
Публикации По теме диссертации опубликовано 7 научных работ. Результаты работы защищены двумя авторскими свидетельствами.
Объем работы Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов , списка литературы и восьми приложений. Работа изложена на 175 страницах машинописного текста содержит 37 рисунков, 13 таблиц, список литературы из 86 наименований. Приложения размещены на 69 страницах.