Реферат: Технологический Университет «станкин»

Московский Государственный Технологический Университет

«СТАНКИН»


Факультет

Метрологическая

информатика

Кафедра
Теоретическая

механика



Заболотная Н. П.


Анализ и оптимизация механизмов технологических машин с использованием переменных Лагранжа


Диссертация на соискание академической степени

магистра техники и технологии


по направлению 55.29.00 «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств»


Магистерская программа 55.29.05 «Технологическое обеспечение качества изделий в машиностроении»


Заведующий кафедрой

«Теоретическая механика» д. т. н. профессор Еленев С. А.


Руководитель

магистерской программы д. т. н. профессор Пуш А. В.


Научный руководитель д. т. н. профессор Алюшин Ю. А.


Москва, 2000 г.

Московский Государственный Технологический Университет

«СТАНКИН»


Факультет

Метрологическая

информатика

Кафедра
Теоретическая

механика



^ Задание

на выполнение магистерской диссертации


Направление подготовки: 55.29.00 «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств»


Магистерская программа: 55.29.05 «Технологическое обеспечение качества изделий в машиностроении»


Тема диссертации: «Анализ и оптимизация механизмов технологических машин с использованием переменных Лагранжа»


Задание: «Разработка методики кинематического и динамического анализа с использованием переменных Лагранжа для последующей оптимизации технологических машин»


Руководитель

магистерской программы д. т. н. профессор Пуш А. В.


^ Научный руководитель д. т. н. профессор Алюшин Ю. А.


Диссертант бак. т. т. Заболотная Н. П.


Москва, 2000 г.


ОГЛАВЛЕНИЕ.




ПРЕДИСЛОВИЕ


ВВЕДЕНИЕ


^ ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ АНАЛИЗА И ОПТИМИЗАЦИИ МЕХАНИЗМОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН

Что такое «оптимизация»? Общие принципы оптимизации.

Как ставили задачу раньше, и что изменилось на текущий момент? Какие методы можно сегодня рекомендовать и что это может дать?

Постановка задачи исследования.


^ ГЛАВА 2. МЕТОДИКА АНАЛИЗА МЕХАНИЗМОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ПЕРЕМЕННЫХ ЛАГРАНЖА.

Общие положения

Основные соотношения для кинематического анализа

Принципиальные вопросы динамического анализа

Что можно и что нельзя определить (МЦС, МЦУ, кривизна …)

Методы оценки точности решения


^ ГЛАВА 3. РАЗВИТИЕ МЕТОДА АНАЛИЗА МЕХАНИЗМОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ПЕРЕМЕННЫХ ЛАГРАНЖА.

Методика определения и программирования кинематических связей

Методика кинематического и динамического анализа кулисных механизмов

КулисНЫЙ МЕХАНИЗМ с КИНЕМАТИЧЕСКОЙ СХЕМОЙ, ПРИВЕДЕННОЙ НА РИС. 10.

^ КУЛИСНЫЙ МЕХАНИЗМ С КИНЕМАТИЧЕСКОЙ СХЕМОЙ, ПРИВЕДЕННОЙ НА РИС. 12

Выводы и рекомендации по разделу


Г^ ЛАВА 4. МЕТОДИКА СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ, АНАЛИЗА И ОПТИМИЗАЦИИ МЕХАНИЗМОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН.

Анализ плоских шарнирно-рычажных механизмов

КРИВОШИПНО-ПОЛЗУННЫЕ

КРИВОШИПНО-КОРОМЫСЛОВЫЕ

КРИВОШИПНО-КУЛИСНЫЕ

^ ШАТУННЫЕ КРИВЫЕ КРИВОШИПНО–ПОЛЗУННЫХ, КРИВОШИПНО–КОРОМЫСЛОВЫХ МЕХАНИЗМОВ

Инвариантные критерии (энергетические, геометрические и пр.) совершенствования и оптимизации механизмов

Методика расчета механизмов с учетом деформации звеньев

Выводы и рекомендации по разделу


^ ОБЩИЕ ВЫВОДЫ


ЛИТЕРАТУРА


ПРИЛОЖЕНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ


Совершенствование и оптимизация машин являются обязательными условиями технического прогресса. Особенно актуальными рассматриваемые вопросы становятся в настоящее время с учетом существенного роста сложности, многофункциональности механизмов. Требований к точности выполнения режимов технологических процессов и пр. Например, современные роторные комплексы включают в себя до 1000 механизмов, предназначенных для подачи и обработки исходных материалов, формообразующих, разделительных и отделочных операций, контроля, маркировки и упаковки готовой продукции. По существу это автоматические заводы, управляемые и контролируемые мощными вычислительными машинами.

В настоящее время разработаны и успешно используются различные методы анализа механизмов, основанные на успехах, как классической механики, так и прикладной математики, а также возможностях современных ЭВМ, например метода конечных элементов.

Основным отличием моей работы является ориентация на новую методику кинематического и динамического анализа механизмов, разработанную профессором Алюшиным Ю. А. По существу это новая форма описания основных закономерностей механики материальных систем, которая как частные случаи включает в себя:

а) механику материальной точки,

б) механику абсолютно твердых тел и

в) различные разделы механики сплошной среды, включая и механику деформируемого твердого тела, в том числе изучаемые в курсах «Сопротивление материалов» и «Теория упругости» (эти разделы особенно важны для оптимизации механизмов).


ВВЕДЕНИЕ


Как бы ни называли наш технический век — веком космоса или автоматики, атомным веком или веком электроники — основой технического прогресса была и остается машина. Машиностроение — ведущая отрасль народного хозяйства, производящая машины, механизмы и оборудование для ряда других отраслей, это их материально-техническая база. От уровня развития машиностроения, от степени совершенства машин в значительной степени зависят производительность общественного труда и благосостояние народа. Перед машиностроением стоят такие задачи, как освоение новых конструкций машин и механизмов, средств автоматизации, позволяющих использовать высокопроизводительные энерго- и материалосберегающие технологии, обеспечение необходимой надежности и долговечности машин и механизмов для различных отраслей народного хозяйства, повышение их экономичности и производительности.

Машина должна быть прочной, надежной в работе, высокопроизводительной, но вместе с тем и легкой, с минимальными материалоемкостью и энергозатратами, не должна загрязнять окружающую среду, должна соответствовать требованиям технической эстетики и эргономики. Чтобы успешно решать эти задачи, чтобы создавать машины, отвечающие современным требованиям, специалистам в области машиностроения нужны знания основ ряда наук, в том числе теории механизмов и машин.

Машина — устройство, выполняющее механические движения для преобразования энергии, материалов и информации с целью замены или облегчения физического и умственного труда человека. В процессе обработки в технологических машинах изменяются форма, размеры, свойства, состояние исходных материалов и заготовок.

Машина осуществляет свой рабочий процесс посредством выполнения закономерных механических движений. Носителем этих движений является механизм. Следовательно, механизм — система твердых тел, подвижно связанных путем соприкосновения и движущихся определенным, требуемым образом относительно одного из них, принятого за неподвижное. Очень многие механизмы выполняют функцию преобразования механического движения твердых тел.

^ Кинематическая схема механизма является «скелетом» реальной конструкции машины. Выбор и проектирование схемы механизма определяет первый и основной этап проектирования машины. Выбор размеров и материала деталей будущей машины определяет следующий этап проектирования конструкций. Проектирование завершается выбором методов и средств изготовления той или иной конструкции. Даже из этих простых рассуждений ясно, что два последних этапа проектирования базируются на первом определяющем этапе.

Воистину революционную роль в проектировании механизмов и машин сыграло появление ЭВМ. С помощью ЭВМ стал возможен анализ многозвенных, с большим числом степеней свободы механизмов, решение задач оптимального синтеза как отдельных механизмов, так и сложных машин автоматического действия, решение задач проектирования многокритериальных и многопараметрических машинных устройств.

Так как при решении задач синтеза механизмов мы имеем дело чаще всего с многокритериальными системами, то задачи синтеза связаны обычно с поиском оптимальных вариантов. Нахождение оптимальных вариантов или областей, в которых существуют эти варианты, требует развития теории оптимального синтеза механизмов. Решение подобных задач, как правило, возможно только с помощью ЭВМ, а это требует разработки соответствующих алгоритмов и программ.

Задача синтеза системы привод — ведомый механизм, одна из основных задач теории механизмов и машин, должна ставиться и решаться по-новому на основе использования современных вычислительных алгоритмов и вычислительной техники. Что касается выбора оптимальной структуры системы, то на первых стадиях следует опираться на знания и опыт проектировщика, быстро возрастающие в условиях широкого использования диалога человек — ЭВМ, сопоставления различных структур с оптимизированными (а не произвольно выбранными) параметрами, накопления информации о предельных возможностях того или иного варианта.

Повышение энергетических, силовых и скоростных характеристик машин автоматического действия, высокие требования к их точности и надежности обусловливают развитие в ближайшие годы методов динамического исследования и расчета машин как в стационарных (установившихся), так и в переходных режимах.

Развитие современных математических методов и электронно-вычислительной техники позволили решить ряд проблем, однако необходимо еще очень много сделать в направлении дальнейшего совершенствования методов, дальнейшего сближения современной математики с теорией механизмов и машин.