Autodesk Inventor Simulation, Інформаційні системи, Бази даних, статті

Статичної невизначеності механізмів – це проблема, яка проявляє себе не тільки при використанні модуля Dynamic Simulation для динамічного аналізу машин з рухомими частинами, а взагалі за будь-якої спробі розрахунку динамічних характеристик просторових механізмів. Як відомо, механізми прийнято умовно розділяти на плоскі і просторові. З точки зору кінематики це виправдано: розрахунок кінематичних характеристик, таких як швидкості та прискорення точок, кутові швидкості і прискорення ланок, траєкторії буде вірним. Однак реальний механізм, в зв’язку з певними розмірами ланок і особливостями їх конструкції, рідко вдається представити як плоский, навіть якщо зовнішні навантаження діють в одній площині.
У загальному випадку розрахунок реакцій в кінематичних парах не може виконуватися без розкриття статичної невизначеності механізмів, який в свою чергу не може бути виконаний без кінцево-елементного аналізу. Таким чином, виходить пов’язана задача, рішення якої є досить складним.
Однак завдання спрощується, якщо умови роботи механізму такі, що навантаження, що діють на ланки, можна вважати що знаходяться в площині руху ланок, а ексцентриситет навантажень, що викликає, наприклад, скручування, пренебрежимо малим. В цьому випадку можна застосувати метод видалення зайвих зв’язків, що дозволяє розрахувати реакції в кінематичних парах механізму так, як якщо б він був плоским.
Для прикладу розглянемо кривошипно-коромисла, показаний Autodesk Inventor на Рис. 1.

Механізм Autodesk Inventor полягає з чотирьох рухомих ланок: вала-шестерні, колеса, жорстко з’єднаний з валом і кривошипом, шатуна і коромисла. В даному випадку фактори, які можуть викликати проблему статичної невизначеності, такі:
1. Вал-шестерня спирається на два підшипники. Отже, в разі створення між кожним з підшипників та шестернею зв’язку типу Revolution Joint (кінематична пара, що допускає тільки відносний поворот ланок), що, здавалося б, природно, призводить до статичної невизначеності, тому що результатом накладення двох зв’язків такого типу на деталь є балка з двома затисненими кінцями. Цю проблему можна вирішити, якщо замість одноподвіжних кінематичних пар пов’язувати шестерню з підшипниками залежностями типу Spherical Joint (Сферичний шарнір) і Point-on-Line Joint (сферичний шарнір з додатковою ступенем свободи – переміщення вздовж лінії). Все вищесказане в рівній мірі відноситься і до колеса, жорстко з’єднаному з валом і кривошипом.
2. Залежність, що моделює роботу циліндричної зубчастої передачі з нерухомими осями (Cylinder on Cylinder), може бути двох типів (Rolling і Rolling & Tangency). Другий тип призначений для обліку не тільки окружної, а й радіального навантаження. Використання другого типу залежності також може стати причиною статичної невизначеності. Однак використовувати даний тип немає необхідності, тому що радіальна і осьова навантаження в зубчастої передачі залежить від кута передачі і кута нахилу зубів. Тому ці складові навантаження більш вірно докласти як зовнішні сили, попередньо розрахувавши окружну навантаження.
 
3. З’єднання кривошипа з шатуном за допомогою кінематичної пари Revolution Joint також може привести до статичної невизначеності. Тут найкращим рішенням є заміна одноподвіжного шарніра на шарнір, допускає переміщення уздовж своєї осі (Cylindrical Joint).
4. Питання про з’єднання шатуна з коромислом додатково ускладнюється тим, що відповідна частина шатуна виконана у вигляді вилки, і навантаження, особливо при розрахунку на міцність, бажано було б розподіляти на обидва посадочних отвори вилки. Тут виходом з положення є, як і у випадку з шарнірно опертих валом, завдання залежно типу Spherical Joint (сферичний шарнір) для однієї вушка і залежності Point-on-Line Joint для іншої вушка.
5. Нарешті, з’єднання коромисла зі стійкою також повинно бути виконано за допомогою залежності Spherical Joint.
Якщо після завдання зазначених зв’язків між ланками викликати команду Mechanism Status and Redundancies, то таблиця, що показує структуру механізму, буде виглядати наступним чином (див. Рис. 3).

Таким чином, вдалося домогтися, щоб число ступенів рухливості механізму (Degree of mobility) дорівнювало одиниці, а ступінь статичної невизначеності (Degree of redundancy) нулю. Після цього можна задати кутову швидкість вала шестерні і зовнішнє навантаження на механізм – в даному випадку це буде момент опору, прикладений до коромисла.
Autodesk Inventor На Рис. 4 показаний графік, який ілюструє зміна реакції в з’єднанні шатуна і коромисла. Для отримання уявлення про зміну напружено-деформованого стану шатуна необхідно відзначити на графіці положення механізму, відповідні піковим значенням сили в кінематичній парі, вибрати деталь для розрахунку на міцність (шатун) перейти в модуль Stress Analysis, увійшовши в режим редагування деталі, сформувати навантаження за допомогою команди Motion Loads, задати якість кінцево-елементної сітки і провести розрахунок.

Розрахунок автоматично виконується для всіх зазначених положень механізму. У браузері деталі з’являється пункт Time Steps з відповідною кількістю підпунктів, назви яких є моментами часу, для яких виконується аналіз міцності. На малюнках нижче показані діаграми напружено-деформованого стану.


Схожі статті:


Сподобалася стаття? Ви можете залишити відгук або підписатися на RSS , щоб автоматично отримувати інформацію про нові статтях.

Коментарів поки що немає.

Ваш отзыв

Поділ на параграфи відбувається автоматично, адреса електронної пошти ніколи не буде опублікований, допустимий HTML: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>

*

*