Розмір шрифту:
Кінематичне дослідження кривошипно-повзунного механізму методами векторної алгебри.
Остання редакція: 2021-05-25
Анотація
Історично склалося, що векторні способи дослідження руху тіл та систем тіл у чистому математичному вигляді використовуються лише для теоретичних викладок [1]. Основними аналітичними методами дослідження кінематичних характеристик плоских механізмів є метод замкнутих векторних контурів, метод передаточних функцій, метод перетворення координат [2-4], метод координатних планів [5]. У всіх цих методах основним підходом є визначення характерних кутів повороту ланок, що зводиться до геометричних побудов та застосування тригонометрії. При комп’ютерній реалізації отриманих розв’язків з використанням основних та обернених тригонометричних функцій є необхідність ретельного аналізу кутів, що дещо ускладнює алгоритмізацію.
В даній роботі запропонований підхід кінематичного аналізу кривошипно-повзунного механізму з використанням векторного способу задання руху точок тіл та виключно методів векторної алгебри, що дозволило отримати аналітичні представлення законів руху, швидкостей та пришвидшень характерних точок механізму (повзуна та довільної точки шатуна), кутової швидкості та кутового пришвидшення шатуна при заданні руху кривошипа. Ці аналітичні представлення позбавлені тригонометричних функцій, їх використання при комп’ютерному моделюванні полегшило алгоритмізацію і програмний код.
Запропонований підхід був реалізований при створенні комп’ютерної анімації кривошипно-повзунного механізму за допомогою комп’ютерної програми OpenSCAD [6], яка вільно розповсюджується згідно загальної громадської ліцензії GNU, версії 2 [7].
Отримані результати можуть бути легко розповсюджені на плоскі механізми 2 класу, структурні групи яких є виключно групами ІІ класу 2-го виду за Артоболевським [2] та використані при кінетостатичному та динамічному аналізах вказаних механізмів.
В даній роботі запропонований підхід кінематичного аналізу кривошипно-повзунного механізму з використанням векторного способу задання руху точок тіл та виключно методів векторної алгебри, що дозволило отримати аналітичні представлення законів руху, швидкостей та пришвидшень характерних точок механізму (повзуна та довільної точки шатуна), кутової швидкості та кутового пришвидшення шатуна при заданні руху кривошипа. Ці аналітичні представлення позбавлені тригонометричних функцій, їх використання при комп’ютерному моделюванні полегшило алгоритмізацію і програмний код.
Запропонований підхід був реалізований при створенні комп’ютерної анімації кривошипно-повзунного механізму за допомогою комп’ютерної програми OpenSCAD [6], яка вільно розповсюджується згідно загальної громадської ліцензії GNU, версії 2 [7].
Отримані результати можуть бути легко розповсюджені на плоскі механізми 2 класу, структурні групи яких є виключно групами ІІ класу 2-го виду за Артоболевським [2] та використані при кінетостатичному та динамічному аналізах вказаних механізмів.
Ключові слова
кінематичний аналіз; кривошипно-повзунний механізм; векторний спосіб задання руху; векторна алгебра; OpenSCAD
Посилання
1. Павловський М. А. Теоретична механіка / М. А. Павловський. – К: Техніка, 2002. – 512 с.
2. Артоболевский И. И. Теория механизмов и машин / И. И. Артоболевский. – М: Наука, 1988. – 640 с.
3. Заховайко О. П. Теорія механізмів і машин. Курс лекцій для студентів спеціальності “Динаміка і міцність машин” / О. П. Заховайко. – К: НТУУ “КПІ”, 2010. – 243 с.
4. Кіницький Я. Т. Теорія механізмів і машин в системі Mathcad: навч. посіб. / Я. Т. Кіницький, В. О. Харжевський, М. В. Марченко. – Хмельницький: РВЦ ХНУ, 2014. – 324 с.
5. Гончар М. О. Теорія механізмів і машин: підручник / М. О. Гончар. – К.: Видавничий дім “Вінниченко”, 2011. – 456 с.
6. OpenSCAD. The Programmers Solid 3D CAD Modeller [Електронний ресурс] – Режим доступу до ресурсу: https://openscad.org/.
2. Артоболевский И. И. Теория механизмов и машин / И. И. Артоболевский. – М: Наука, 1988. – 640 с.
3. Заховайко О. П. Теорія механізмів і машин. Курс лекцій для студентів спеціальності “Динаміка і міцність машин” / О. П. Заховайко. – К: НТУУ “КПІ”, 2010. – 243 с.
4. Кіницький Я. Т. Теорія механізмів і машин в системі Mathcad: навч. посіб. / Я. Т. Кіницький, В. О. Харжевський, М. В. Марченко. – Хмельницький: РВЦ ХНУ, 2014. – 324 с.
5. Гончар М. О. Теорія механізмів і машин: підручник / М. О. Гончар. – К.: Видавничий дім “Вінниченко”, 2011. – 456 с.
6. OpenSCAD. The Programmers Solid 3D CAD Modeller [Електронний ресурс] – Режим доступу до ресурсу: https://openscad.org/.