Учредители
• Институт машиноведения им. А.А. Благонравова
Российской академии наук
• Московский государственный индустриальный университет
Издатель
Московский государственный индустриальный университет
Журнал зарегистрирован 30 декабря 2004 г. Федеральной службой
по надзору за соблюдением законодательства в сфере массовых
коммуникаций и охране культурного наследия
Свидетельство о регистрации ПИ ¹ ФС 77-19294
РЕДКОЛЛЕГИЯ ЖУРНАЛА
ГЛАВНЫЙ РЕДАКТОР
Ганиев Р.Ф., академик РАН, директор Института машиноведения
им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ) РАН
ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР
Скопинский Â.Í., ä.ò.í., профессор (ÌÃÈÓ)
ЗАМЕСТИТЕЛИ ГЛАВНОГО РЕДАКТОРА
Баранов Þ.Â., ä.ò.í., ïðîô. (ÈÌÀØ ÐÀÍ)
Овчинников Â.Â., ä.ò.í., ïðîô. (ÔÃÓÏ «ÐÑÊ ÌÈû)
ЧЛЕНЫ РЕДКОЛЛЕГИИ
Алешин Í.Ï., академик ÐÀÍ, ä.ò.í., ïðîô. (Ìîñêâà)
Асташев Â.Ê., ä.ò.í., ïðîô. (Ìîñêâà)
Беляков Ã.Ï., ä.ý.í., ïðîô. (Êðàñíîÿðñê)
Бобровницкий Þ.È., ä.ô.-ì.í., ïðîô. (Ìîñêâà)
Вайсберг Ë.À., ä.ò.í., ïðîô. (Ñàíêò-Ïåòåðáóðã)
Горкунов Ý.Ñ., ÷ëåí-êîðð. ÐÀÍ, ä.ò.í., ïðîô. (Åêàòåðèíáóðã)
Григорян Â.À., ä.ò.í., ïðîô. (Ìîñêâà)
Дроздов Þ.Í., ä.ò.í., ïðîô. (Ìîñêâà)
Индейцев Ä.À., ÷ëåí-êîðð. ÐÀÍ, ä.ô.-ì.í., ïðîô. (Ñàíêò-Ïåòåðáóðã)
Колесников À.Ã., ä.ò.í., ïðîô. (Ìîñêâà)
Кошелев Î.Ñ., ä.ò.í., ïðîô. (Í. Íîâãîðîä)
Лунев À.Í., ä.ò.í., ïðîô. (Êàçàíü)
Махутов Í.À., ÷ëåí-êîðð. ÐÀÍ, ä.ò.í., ïðîô. (Ìîñêâà)
Пановко Ã.ß., ä.ò.í., ïðîô. (Ìîñêâà)
Перминов Ì.Ä., ä.ò.í., ïðîô. (Ìîñêâà)
Петров À.Ï., ä.ò.í., ïðîô. (Ìîñêâà)
Полилов À.Í., ä.ò.í., ïðîô. (Ìîñêâà)
Поникаров Ñ.È., ä.ò.í., ïðîô. (Êàçàíü)
Приходько Â.Ì., ÷ëåí-êîðð. ÐÀÍ, ä.ò.í., ïðîô. (Ìîñêâà)
Резчиков À.Ô., ÷ëåí-êîðð. ÐÀÍ, ä.ò.í., ïðîô. (Ñàðàòîâ)
Рототаев Ä.À., ä.ò.í., ïðîô., àêàä. РАРАН (Ìîñêâà)
Теряев Å.Ä., ÷ëåí-êîðð. ÐÀÍ, ä.ò.í., ïðîô. (Ìîñêâà)
Федоров Ì.Ï., ÷ëåí-êîðð. ÐÀÍ, ä.ò.í., ïðîô. (Ñàíêò-Ïåòåðáóðã)
Чаплыгин Þ.À., ÷ëåí-êîðð. ÐÀÍ, ä.ò.í., ïðîô. (Ìîñêâà)
Шляпин À.Ä., ä.ò.í, ïðîô. (Ìîñêâà)
Штриков Á.Ë., ä.ò.í., ïðîô. (Ñàìàðà)
ВНИМАНИЮ ПОДПИСЧИКОВ!
Подписка на журнал
«Машиностроение и инженерное образование»
проводится в издательстве МГИУ
Òåë.: (495) 674-62-50.
Å-mail: mio@msiu.ru
Подписной индекс Роспечати 36942
© ГОУ ÌÃÈÓ, 2010
МАШИНОСТРОЕНИЕ
И ИНЖЕНЕРНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
¹ 3`2010
Выходит 4 раза в год
В номере
АНАЛИЗ И СИНТЕЗ МАШИН
Ñ. Áðèî, Â. Àðàêåëÿí, Â. À. Глазунов
Условия передачи движения в плоских манипуляторах
параллельной структуры ............................................................. 2
È. Ì. Áîðçîâ, Å. Þ. Ëåâèíòàí, À. À. Шейпак
Динамический пневмопривод
с эжекторным соплом ................................................................14
Á. À. Ñåíòÿêîâ, Ê. Ï. Широбоков, Â. Ì. Святский
Методика расчета средней скорости воздушного потока
в рабочей зоне устройства волокнообразования ..........................20
КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Í. Ï. Калашников, À. Ñ. Ольчак
Выделение энергии при кулоновском взрыве
ISSN 1815-1051
в тонких металлических струнах .................................................25
В. В. Столяров
Особенности механических свойств
наноструктурных сплавов ...........................................................31
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ И КОМПЬЮТЕРНОЕ
МОДЕЛИРОВАНИЕ МАШИН И СИСТЕМ
À. Ì. Ãóñüêîâ, Å. À. Коровайцева, À. Å. Шохин
Особенности численного моделирования собственных колебаний
кварцевой пластины ..................................................................37
Î. À. Ðóñàíîâ, È. Ã. Панкратова
Расчетные и экспериментальные исследования
собственных колебаний кузовов вагонов электропоездов ...................... 44
ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭКОЛОГИЯ И ОХРАНА ТРУДА
Á. Á. Бобович
Проблемы утилизации автомобилей и автокомпонентов ...............53
Ë. À. Øèðîêîâ, À. Å. Рабинович, Ñ. Â. Суворов
Автоматизированная информационная система оптимального
формирования атмосфероохранных комплексов
машиностроительного ïðîèçâîäñòâà................................................ 59
ПРОБЛЕМЫ ИНЖЕНЕРНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
Ä. Ï. Ильященко, À. Â. Тищенкова, À. Á. Ефременков
Производственная практика студентов – важнейшее звено
подготовки высококвалифицированных инженерных кадров..........68
Развитие индустрии туризма в посткризисный период .................74
Уважаемые читатели!
ОБРАЗОВАНИЕ И КАРЬЕРА
А. Н. Яндовский
Журнал «Машиностроение и инженерное
образование» входит в Перечень ведущих
рецензируемых научных журналов и изданий,
в которых должны быть опубликованы
основные научные результаты диссертаций
на соискание ученых степеней доктора
или кандидата наук.
1
Стр.1
АНАЛИЗ И СИНТЕЗ МАШИН
Ñ. Áðèî, Â. Àðàêåëÿí, Â. À. Глазунов
УДК 621.01
УСЛОВИЯ ПЕРЕДАЧИ ДВИЖЕНИЯ
В ПЛОСКИХ МАНИПУЛЯТОРАХ
ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ*
Ñ. Áðèî, Â. Àðàêåëÿí, Â. À. Глазунов
В статье проведен анализ углов давления и реакции в кинематических
парах плоских манипуляторов параллельной структуры. Показано, что вблизи
сингулярностей углы давления и реакции повышаются. Построены рабочие зоны
манипуляторов, ограниченные максимальными реакциями в кинематических
парах.
Ключевые слова: плоский манипулятор параллельной структуры, сингулярность,
угол давления, рабочая зона.
Введение
Известно, что у манипуляционных механизмов
параллельной структуры вблизи особых
положений резко снижается нагрузочная способность.
Для поиска особых положений применяют
подходы, основанные на матрицах Якоби
или на винтовом исчислении. Однако необходимо
установить критерии не только особого положения,
но и положений, близких к нему, где
ухудшаются функциональные возможности.
В данной работе для решения этой проблемы
разрабатывается подход, основанный на анализе
углов давления. При этом также должны
учитываться условия передачи моментов, так
как они характеризуют близость механизма
к особым положениям.
Постановка задачи
Манипуляционные механизмы параллельной
структуры вблизи особых положений (сингулярностей),
связанных с потерей управляемости,
могут утрачивать свои функциональные
возможности [1−5]. Поэтому многие авторы
уделили внимание этой проблеме [1–12], рассматривая
траектории, не содержащие особых
положений, а также определяя критерии сингулярности.
Один из наиболее применимых
подходов к решению этого вопроса основан на
матрицах Якоби [1–4], которые выражают взаимосвязь
между силовыми и кинематичскими
винтами, соответствующими выходному звену,
и входными воздействиями – обобщенными координатами
и силами:
tJq
=
, w = J–T τ ,
где t – кинематический винт платформы (выходного
çâåíà); J – матрица ßêîáè; q
− обобщенные
скорости; w – силовой винт, действующий
на платформу; τ − обобщенные силы.
Хорошо известно, что элементы указанных
матриц зависят от положения механизма, а для
особых его положений матрицы вырождаются.
Однако нужно находить положения механизма,
близкие к особым, в которых может произойти
потеря нагрузочной способности. Поэтому
необходимо установить критерии близости
к особым положениям, и желательно, чтобы
эти критерии отражали технический смысл.
* Данная работа частично выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований.
Грант ¹ 10-07-00727.
2
© Ñ. Áðèî, Â. Àðàêåëÿí, Â. À. Ãëàçóíîâ, 2010
Стр.2
АНАЛИЗ И СИНТЕЗ МАШИН
Условия передачи движения в плоских манипуляторах параллельной структуры
В данном вопросе может быть целесообразно
использование винтового исчисления, на этой
основе был предложен критерий передачи движения
[7], который впоследствии был разработан
для разных механизмов [8−10]. Однако
подобный подход не всегда соответствует требованию
наглядности критерия. Поэтому был
предложен критерий, основанный на силовом
анализе [11]. Согласно этому критерию обобщенная
сила не должна превышать допустимый
максимум. Недостатком данного подхода является
необходимость анализа всех направлений
сил и моментов.
В данной работе развивается подход, основанный
на анализе углов давления [12]. Это
дает наглядность, но, как оказалось, угла давления
недостаточно для анализа функциональных
возможностей механизма. Может оказаться,
что вблизи особых положений резко возрастают
реакции в кинематических парах (рис. 1).
Здесь небольшое усилие w, приложенное к конечному
звену, вызывает большую реакцию R1
в неприводной паре B. Но при этом обобщенная
сила τ1
гональной оси звена AB.
реакции R1
остается в допустимых пределах, так как
она зависит от компоненты F1
, ортоДля
анализа сил реакций в данной работе
применяется подход, основанный на рассмотрении
углов давления и расстояний до мгновенной
оси вращения. Это позволяет оценить каждое
положение механизма и затем построить его
рабочую зону.
Определение критерия
функциональных возможностей
Рассмотрим манипулятор параллельной
структуры с тремя степенями свободы: два перемещения
вдоль осей x и y и вращение вокруг
оси z. Имеют место три цепи, состоящие из
одной приводной пары и двух неприводных пар.
Неприводные (пассивные) пары обозначим как
a
R – вращательная1
, P – поступательная, а приводные
(àêòèâíûå) пары обозначим как R и P.
Каждая цепь передает на выходное звено (платформу)
силовой винт – вектор Ri
который можно привести к точке Bi
(i = 1, 2, 3),
. Если цепь
сительно платформы. Если цепь присоединена
к платформе посредством поступатеьной пары
P, то точка Bi
формы и сопряжена с вращательной парой R
(ðèñ. 2).
Силы Ri
ловым винтом wT
присоединена к платформе посредством вращательной
пары R, то точка Bi
фиксирована отноподвижна
относительно платможно
соотнести с внешним си=
[f T
, m] (f – внешняя ñèëà,
m – скалярная величина, соответствующая
внешнему моменту), приводя все величины
к произвольной точке Q:
Рис. 1. Пятизвенный механизм вблизи особого
положения
б
Ðèñ. 2. Манипуляторы 3-RPR (à) и 3-PRP (á)
1 Обозначения R (без индексов) используются для вращательных кинематических пар, обозначения Ri
используются для реакций.
(с индексами)
3
Стр.3