СИНТЕЗ РЫЧАЖНОГО МЕХАНИЗМА С ПРИМЕНЕНИЕМ КОМПЬЮТЕРНОГО ПРОГРАММИРОВАНИЯ

DESIGN OF HINGED MECHANISM WITH USE OF COMPUTER PROGRAMMING

Nurlan Beisenov

master of Science, senior lecturer of department of transportation and professional education of E. A. Buketov Karagandy State University,

Kazakhstan, Karagandy

АННОТАЦИЯ

Целью работы является разработка программы оптимального синтеза шарнирного четырехзвенника для получения приближенной шатунной кривой в виде наклонного эллипса. Для расчета проектных параметров шарнирного четырехзвенника предложена программа в среде «Turbo Basic». Обоснована эффективность  использования программ, создаваемых в среде «Turbo Basic», для оптимизационного синтеза рычажного механизма.

ABSTRACT

Aim of the project is to develop a program of optimal synthesis four-bar linkage in order to obtain an approximate coupler curve in form of an inclined ellipse. Software for calculation of designed parameters of a hinged four-bar linkage in “Turbo Basic” is suggested. The efficiency of use of programs created in “Turbo Basic” for design optimization of a lever mechanism is substantiated.

Ключевые слова: рычажной механизм, оптимизационный синтез, компьютерная программа.

Keywords: lever mechanism, design optimization, computer program.

Задача  нахождения взаимосвязей между математическими зависимостями, которых можно было применить для воспроизведения определенных законов движения в виде непрерывных кривых при созданий новых плоских рычажных механизмов является одним из ведущих направлений в теории механизмов и машин. Трудность воспроизведения кривых линий любого порядка является частью общей проблемы воспроизведения функций с помощью плоских рычажных механизмов и имеет практическое значение для машиностроения и приборостроения.

В [2] рассмотрен синтез плоского четырехзвенного рычажного механизма по заданной шатунной кривой в виде наклонного эллипса методами оптимизации и предложен алгоритм решения поставленной задачи, который являлся основой  для составления программы на простом и очень понятном языке  «Basic».  Старый «Basic»  хорош для инженерных расчётов, он прост для специалистов, в современном программировании не очень разбирающихся.

В настоящее время для инженерных расчетов используются современные специализированные профессиональные программы, однако, в некоторых задачах механики, используя старую программу на языке  «Basic», можно достичь поставленной цели [1].

Разработанное программное обеспечение для расчета проектных параметров шарнирного четырехзвенника в среде «Turbo Basic» и реализованное  на персональном компьютере,  имеет следущий вид (при d = 1,2м; a₁ = 0,2м; b₁ = 0,12м;  = π/4; n = 12):

rem  Подбор оптимальных размеров звеньев плоского шарнирного четырехзвенного рычажного механизма

hkmin=100000:d=1.2:a1=.2:b1=.12:pi=3.1415926:fu1=pi/4:n=12

for b=.7 to .85 step .01

for c=.9 to 1.05 step .01

for f=.4 to .6 step .01

for a=.16 to .23 step .01

if (d+a)>(b+c) goto 12

hk=0:xmc=0:ymc=0

for al=2*pi/n to 2*pi step 2*pi/n

L=sqr(a^2+d^2-2*a*d*cos(al))

ga=atn(a*sin(al)/L/sqr(1-(a*sin(al)/L)^2))

v=atn((b^2+c^2-L^2)/2/b/c/sqr(1-((b^2+c^2-L^2)/2/b/c)^2))

be=atn(c*cos(v)/L/sqr(1-(c*cos(v)/L)^2))-ga

xm=a*cos(al)+(b+f)*cos(be):ym=a*sin(al)+(b+f)*sin(be)

xmc=xmc+xm/n:ymc=ymc+ym/n

next al

for al=2*pi/n to 2*pi step 2*pi/n

L=sqr(a^2+d^2-2*a*d*cos(al))

ga=atn(a*sin(al)/L/sqr(1-(a*sin(al)/L)^2))

v=atn((b^2+c^2-L^2)/2/b/c/sqr(1-((b^2+c^2-L^2)/2/b/c)^2))

be=atn(c*cos(v)/L/sqr(1-(c*cos(v)/L)^2))-ga

xm=a*cos(al)+(b+f)*cos(be):ym=a*sin(al)+(b+f)*sin(be)

ocm=sqr((xm-xmc)^2+(ym-ymc)^2)

fu2=atn((ym-ymc)/(xm-xmc))

fu=fu2-fu1

ocmi=a1*b1/sqr(b1^2*cos(fu)^2+a1^2*sin(fu)^2)

h=(ocm-ocmi)^2

hk=hk+h

if hkmin<hk then 10      

hkmin=hk:bi=b:ci=c:fi=f:ai=a:xmci=xmc:ymci=ymc

next al

10 next a

next f

12 next c

next b

a=ai:b=bi:c=ci:f=fi:n=36:k=o:mi=.003:xmc=xmci:ymc=ymci

screen 12

window(0,480)-(640,0)

color 8,15

for al=0 to 2*pi*(1+1/n) step 2*pi/n

L=sqr(a^2+d^2-2*a*d*cos(al))

ga=atn(a*sin(al)/L/sqr(1-(a*sin(al)/L)^2))

v=atn((b^2+c^2-L^2)/2/b/c/sqr(1-((b^2+c^2-L^2)/2/b/c)^2))

be=atn(c*cos(v)/L/sqr(1-(c*cos(v)/L)^2))-ga

xm=a*cos(al)+(b+f)*cos(be):ym=a*sin(al)+(b+f)*sin(be)

ocm=sqr((xmc-xm)^2+(ymc-ym)^2)

fu2=atn((ym-ymc)/(xm-xmc))

fu=fu2-fu1

ocmi=a1*b1/sqr(b1^2*cos(fu)^2+a1^2*sin(fu)^2)

if k>.5 goto 14

xml=xm:yml=ym:k=1

goto 16

14 xmp=xml:ymp=yml

xml=xm:yml=ym

line(xmp/mi,ymp/mi)-(xml/mi,yml/mi),1

16 next al

k=0

for fu2=2*pi/n to 2*pi*(1+1/n) step 2*pi/n

fu=fu2-fu1

ocmi=a1*b1/sqr(b1^2*cos(fu)^2+a1^2*sin(fu)^2)

xj=xmc-ocmi*cos(fu2):yj=ymc-ocmi*sin(fu2)

if k>.5 goto 18

xjl=xj:yjl=yj:k=1

goto 20

18 xjp=xjl:yjp=yjl

xjl=xj:yjl=yj

line(xjp/mi,yjp/mi)-(xjl/mi,yjl/mi),5

20 next fu2

print "a="ai;"b="bi;"c="ci;"f="fi;"hk="hk;"xmc="xmci;"ymc="ymci

stop

end

Полученный результат реализации разработанной программы расчета представлен на рисунке 1.

Рисунок 1. Результаты синтеза шарнирного четырехзвенника

Вывод. Использование программ, создаваемых в среде «Turbo Basic», для оптимизационного синтеза шарнирного четырехзвенника оказывается не менее эффективным, чем использование современных специализированных профессиональных программ.

Список литературы:

1. Бороденко В.А. Программирование в среде TURBO BASIC. Лабораторный практикум. - Павлодар, Изд-во ПГУ, 2004. – С. 39.
2. Бейсенов Н.К. Оптимизационно-метрический синтез шарнирного четырехзвенника // Технические науки – от теории к практике: Сборник статей по материалам LV междунар. науч-практ. конф.- Новосибирск: Изд-во АНС «СибАК», 2016. – С. 65-77.