Разработка виртуальной модели системы на основе 3D-сборки

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Разработка виртуальной модели системы на основе 3D-сборки

П.М. Иванова

Введение

Современный мир развивается стремительными темпами. С каждым днем появляется все больше и больше технологий, позволяющих облегчить жизнь человека и улучшить производительность в той или иной сфере деятельности. В данной статье рассматривается одна из таких технологий - 3D- моделирование. Изначально трехмерное моделирование использовалось для создания геоинформационных систем. Сейчас сферы его применения постоянно расширяются: архитектура, реклама, дизайн, наука, промышленность и т.д.Благодаря тому, что подобные технологии уже сейчас отличаются высоким уровнем и постоянно развиваются, у многих специалистов есть возможность решать поставленные перед ними задачи более качественно. Кроме того, заметно возрастает скорость их выполнения, что также имеет огромное значение. Высокая точность и производительность, характерные для рассматриваемого типа работ, обеспечиваются использованием специальных устройств. Целью данной научно-исследовательской работы является создание управляемой модели с последующей визуализацией, т.е. построение 3D - модели и комплексных чертежей.

Исследовательская часть

Для решения поставленной задачи существуют следующие пакеты 3D - моделирования: 3Ds Max, Autodesk Maya, Компас, AutoCAD, SolidWorks и другие [1].

В ходе выполнения исследования было принято решение использовать пакет SolidWorks. SolidWorksMotion (COSMOSMotion) - модуль, позволяющий проводить кинематическое и динамическое исследование математических моделей различного уровня сложности[6]. Целью SolidWorksMotion является анализ движения механизмов. Данный функциональный модуль имитирует движениерасчетной модели, базируясь насозданной 3D сборке. Добавление использует уровни «Движение сборки» и «Физическое моделирование», являющиеся базовыми для конфигурации SolidWorksStandard. После проведения расчета формируются эпюры перемещений, скоростей, ускорений и прочих параметров каждой из точек 3D-модели.

Первым этапом исследования является построение 3D - сборки цепного конвейера. Были спроектированы детали: эвольвентные колеса, зубчатые колеса, мотор-редуктор, цепи, корпуса. Для каждой детали был выбран материал и присвоены соответствующие характеристики, такие как масса и момент инерции. Далее детали были объединены в сборку с последующим наложением соответствующих сопряжений (рис. 1).

Рисунок 1 ? 3D - сборка цепного конвейера (1 - мотор-редуктор, 2 - эвольвентные колеса (2 шт.), 3 - зубчатые колеса (2 шт.), 4,5 - цепь, 6,7 - корпус, 8 - держатель для мотор-редуктора)

На следующем этапе был разработан алгоритм разработки виртуальной модели (рис.2).

Рисунок 2 ? Разработка виртуальной модели системы управления МС с обратной связью

Работа цепного конвейера вида осуществляется за счет электрического двигателя и редуктора. В исследуемой установке используется мотор - редуктор фирмы BAUER серии ВК.Мотор-редуктор представляет собой комплексный механизм, состоящий из редуктора и электродвигателя в одном блоке [3]. В основе работы цилиндрического мотор - редуктора для передачи движения используются цилиндрические косозубые колеса. Он обладает жесткой конструкцией, имеет низкий уровень шума, универсален в монтаже, установке, имеет высокую производительность.Мотор-редукторы переменного тока фирмы BAUER поставляются со специально сконструированными асинхронными двигателями. Эта конструкция обеспечивает максимальную надежность в эксплуатации при высоком начальном пусковом моменте и минимальном пусковом токе.

Исследование механических систем может происходить в среде SimMechanics (MatLab) с использованием возможностей программ трехмерного моделирования [5].

Рассматриваемая методика моделирования мехатронных систем, основана на интеграции пакета SimMechanics Matlab и системы 3-х мерного моделирования SolidWorks. SimMechanics входит в программный комплекс имитационного моделирования Simulink системы MATLAB и позволяет моделировать сложные физические системы с помощью ненаправленных сигнальных графов[7]. При этом, в инструментальной базе SimMechanics имеются блоки, посредствам которых можно организовать взаимодействие разработанной модели (передачу и прием сигналов) с другими компонентами библиотеки Simulink [2]. Это дает возможность моделировать мехатронные и робототехнические системы, транспортные средства, летательные аппараты, производственное оборудование, до того, как будет начато их производство.К сожалению, несмотря на большие возможности SimMechanics, смоделировать сложную механическую систему очень сложно. Это связано с необходимостью определять тензоры моментов инерции элементов, учитывать координаты их расположения и т.д.

Исследуемая установка из среды SolidWorks была переведена в пакет SimMechanics (рис.3).

Рисунок 3 ? Часть структурной схемы цепного конвейера в SimMechanics

В ходе реализация полученной схемы было смоделировано имитационное движение (рис.4).

Рисунок 4 ? Модель имитационного движения

Выводы

В ходе данной научно - исследовательской работы были поставлены технические задачи по проектированию цепного конвейера, построена 3D - модель конвейерной ленты, создан алгоритм разработки виртуальной модели системы управления МС с обратной связью, исследованы тип и характеристики приводной части конвейера, создана виртуальной 3D-модель с использованием программ SolidworksиMatlab [4], создана модель цепного конвейера в SimMechanics и модель имитационного движения. Проведенные эксперименты показали, что для корректной работы 3-D анимации объекта необходимо создать дополнительные сопряжения.

Данная работа после ее полной реализации может использоваться на кафедре в качестве наглядного пособия и стенда для отработки лабораторных работ.

виртуальный конвейер цепной модель

Список литературы

[1] Гайдамащук, А. В.,Исследование программных сред 3D-моделирования Сб. материалов форума. Т. 7.- Харьков: ХНУРЭ, 2013.

[2] Дьяконов В. П. Simulink 5/6/7: Самоучитель- М.: ДМК - Пресс, 2008, - 784 с.: ил.

[3] Кудрявцев В.Н. Детали машин: Учебник для вузов.- Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1980. - 464 с.

[4] Лазарев Ю.Ф. Моделирование процессов и систем в MATLAB. Учебный курс- СПб.: Питер; Киев: Издательская группа BHV, 2005. - 512 с.: ил.

[5] Мусалимов В.М., Г.Б. Заморуев, И.И. Калапышина, А.Д. Перечесова, К.А. Нуждин.,Моделирование мехатронных систем в среде MATLAB (Simulink / SimMechanics): учебное пособие для высших учебных заведений. - СПб: НИУ ИТМО, 2013. - 114 с.

[6] Прохоренко В.П. SolidWorks практическое руководство. - М.: ООО "Бином Пресс", 2004, - 448 с.

[7] Щербаков В.С., Корытов М.С., Руппель А.А., Глушец В.А., Милюшенко С.А., Моделирование и визуализация движений механических систем в matlab. - Омск, Издательство СибАДИ, 2007. - 85 c.

Размещено на Allbest.ru