А.В. Стукач

УДК 378.1

А.В. Стукач

РАСЧЕТ КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПРИВОДА

В КУРСОВЫХ И ДИПЛОМНЫХ ПРОЕКТАХ

ПО СТРОИТЕЛЬНЫМ МАШИНАМ

Александр Васильевич Стукач, к.т.н., доцент

Санкт – Петербургский государственный политехнический

университет Ул. Политехническая, 29, Санкт-Петербург, 195251, Россия Телефон:. 89045529715, E-mail: [email protected] Аннотация Рассмотрены вопросы разработки обучающей программы модульного типа, предназначенной для расчета элементов привода в курсовых и дипломных проектах. Приводятся общие принципы работы с программой и делается анализ баланса между самостоятельным принятием решений и автоматизированным выбором необходимых параметров. Указывается, что использование специализированных обучающих программ способствует более быстрому и качественному приобретению студентами новых знаний, умений и навыков.

Ключевые слова: элементы привода, расчет, программа, обучение.

А.V. Stukach

CALCULATION OF CONSTRUCTIVE ELEMENTS OF A DRIVE

IN THE COURSE AND DIPLOMA PROJECTS FOR CONSTRUCTION

MACHINERY

Alexander V. Stukach, St.Petersburg State Polytechnical University, Russia e-mail: [email protected] Аbstract Addressed the development of training programmes of the modular type, intended for calculation of elements of a drive in the course and diploma projects. Contains the General principles of work with the program and the analysis of the balance between independent decision-making and the automated selection of the required parameters. Indicates that the use of the specialized Расчет конструктивных элементов привода в курсовых и дипломных проектах… training programs contributes to more rapid and high-quality students acquire new knowledge, abilities and skills.

Key words: drive components, calculation, program, training Появление третьего поколения государственных образовательных стандартов регламентирующих процесс подготовки специалистов в высших учебных заведениях сделало актуальным вопрос совершенствования учебного процесса. Двухуровневая система подготовки специалистов технического профиля предъявляет новые требования к организации общего направления в образовательном процессе. В соответствии с принятой стратегией [1] в основу обучения бакалавров положена фундаментальность, проектный подход, научноисследовательская работа и связь с практикой.

Особую озабоченность преподавателей вызывает проектный подход, требующий от студентов твердых знаний предмета и быстрого принятий необходимых решений. Выполняя проектные расчеты, студенты определяют геометрические размеры элементов привода. Затем осуществляется проверка. Хорошо успевающие студенты проверочные расчеты выполняют в среде SolidWorks, Компас, и ряде других программ.

Особо следует отметить систему автоматизированного проектирования и технологической подготовки производства - комплекс АРМ WinMachine [2,3]. В его состав включены графические средства для создания плоских чертежей и трехмерных моделей, оформления конструкторской документации, полный комплекс инженерных расчетов, инструменты конечно-элементного анализа, средства создания и оформления технологических процессов, модули документооборота и администрирования, а также различные базы данных.

Использование прикладных программ с мощными ресурсами визуализации позволяет облегчить восприятие студентами сложных физических процессов. Однако, как указано в работе [4], подмена мыслительной деятельности студентов компьютерными программами может дать обратный эффект. Кроме того, доступность для личного пользования, выше названных программ, связана с этической стороной, так как доступными для физических лиц являются только не лицензионные версии.

В настоящее время можно выделить более доступный программный продукт, который студенты могут использовать для расчета элементов привода созданный в г. Тольятти [5] и носит название: DM-Monster 8.x Она предназначена для расчёта курсовых по деталям машин и получения полной ПЗ и чертежей в КОМПАСе или AutoCADe. Титул программы показан на рис. 1. Однако она, как и все предыдущие программы представляет собой «черный ящик», в который спрятаны все вычисления, а пользователю предлагаются результаты в виде табличных данных.

А.В. Стукач Для обучения студентов целесообразно использовать такие программные продукты, которые формализуя процесс математического вычисления, позволяют студенту понять и запомнить основополагающие формулы, по которым производятся вычисления.

На протяжении длительного времени очень трудоемкими, содержащими множество расчетов и большой объем графической части считаются курсовые проекты по дисциплине: «Строительные машины» и ряду других технических дисциплин. Для оптимизации процесса обучения широко используются персональные компьютеры, которые используются студентами чаще всего для оформления расчетов, выполненных с применением известных программ «Matcad» и «Microsoft Поэтому преподавателям приходится самостоятельно, Excel».

собственными силами, создавать жизненно необходимые учебные программы. Существенное отличие учебных программ от профессиональных заключается в том, что учебная программа позволяет контролировать результаты вычислений на любом этапе, что позволяет своевременно устранять имеющиеся ошибки. Проектирование студентами элементов привода силовых устройств с использованием вычислительной техники существенно уменьшает трудоемкость расчетов, позволяет получать конструкции, оптимальные по габаритным размерам, массе и другим показателям, обеспечивает точность вычислений. Роль компьютера возрастает в связи с внедрением в машиностроение стандартных узлов и деталей с развитием модульного принципа конструирования. Модульный принцип лег в основу алгоритма и методики расчетов с использованием ниже рассматриваемого материала, что и является инновационным подходом в разработке обучающих программ.

Выполнение курсовых проектов способствует закреплению и углублению знаний, в частности курсовой проект по СДМ базируется на знаниях полученных при изучении общетехнических дисциплин:

теоретической механики, теории машин и механизмов, сопротивления материалов, деталей машин, технологии металлов, черчения и пр.

Расчет конструктивных элементов привода в курсовых и дипломных проектах… Тематика курсового проектирования имеет вид комплексной инженерной задачи, включающей кинематические и силовые расчеты, конструирования и выполнения конструкторской документации в виде габаритных, сборочных и рабочих чертежей, а также составления спецификации.

Правильным подходом применения вычислительной техники при выполнении курсовых проектов следует считать такую организацию учебного процесса и такое построение методики расчета, которые способствуют закреплению логики расчета и физического смысла каждого параметра, входящего в расчетные формулы. Например, проектируя двух- или трехступенчатый цилиндрический редуктор с обеспечением условия равнопрочности деталей, с минимумом суммарного межосевого расстояния и другими параметрами, характеризующими оптимальность конструкции, студент не менее двухтрех раз должен выполнить расчеты по каждой из ступеней передачи, несколько раз за время проектирования выполнить типовые расчеты, связанные с выбором подшипников, расчетом валов и т.д. В подобных случаях применение обучающих программ не только экономит время студента при выполнении указанных расчетов, но и позволяет существенно расширить вариантность выбора материалов, параметров, компоновочных схем и провести более глубокий их анализ. Но к использованию таких программных продуктов целесообразно допускать только тех студентов, которые выполнили от начало и до конца обычный расчет по учебно-справочной литературе. Такой расчет способствует закреплению теоретических знаний, полученных из курса деталей машин, развивает навыки пользования справочной литературой, обеспечивает логический подход к решению инженерных задач.

Разделяя мнение автора статьи [6], при подготовке обучающей программы исходили из принципа: «Делай как другие, делай лучше их».

Для этого в основу программного продукта закладывали литературные источник дата издания, которых не превышает более пяти лет. В основу описываемой ниже программы, положены следующие основные источники [7,8,9,10,11,12].

При использовании обучающих программ роль проектировщика, как и прежде, остается ведущей. Например, если расчет зубчатых передач редуктора выполнен на компьютере, но модуль передачи, определенный в проектировочном расчете, не обеспечивает сопротивления усталости по изгибным или контактным напряжениям в проверочном расчете, то именно студент-проектировщик должен принять решение, каким образом обеспечить условие прочности, не снижая значения других параметров, влияющих на оптимизацию конструкции редуктора в целом. Для машины невозможно создать А.В. Стукач алгоритм, который учитывал бы все факторы, влияющие на выбор того или иного решения.

Учебная программа расчета элементов механического привода состоит из нескольких модулей, работающих самостоятельно. Рабочий стол программы представлен на рис. 2.

Рис. 2. Рабочий стол программы для расчета элементов привода В данной программе используется одиннадцать основных расчетных модулей: кинематический расчет, расчет зубчатых цилиндрических колес, расчет зубчатых конических колес, расчет червячных передач, предварительный расчет валов, проверка прочности шпоночных соединений, конструктивные размеры зубчатых и червячных колес, выбор и проверка подшипников, уточненный расчет валов, конструктивные размеры корпуса, тепловой расчет и выбор сорта масла.

Каждый модуль обладает общими принципами построения и алгоритмирования. Так, в каждом модуле имеется блок исходных данных, используемых в текущем расчете и блок результатов расчета, в котором сводятся основные результаты расчета на данном этапе и далее эти результаты используются в качестве исходных данных для последующих расчетов, либо служат для выполнения чертежных работ.

Необходимая подпрограмма вызывается нажатием курсором мыши на клавишу. На мониторе компьютера появляется таблица для ввода исходных данных. Ячейки таблицы, подлежащие заполнению, выделены красным цветом. После введения исходных данных программа сама автоматически производит вычисления, результаты которых заносятся в специальную итоговую таблицу.

Расчет построен на основании ГОСТов и общепринятых норм.

Каждый расчет, сохраняя общие принципы, имеет свои присущие только ему теоретические и практические решения поставленных Расчет конструктивных элементов привода в курсовых и дипломных проектах… задач. Пояснения по конкретным расчетам, формулам приводится либо непосредственно на основном листе расчета, если они не занимают много места, либо выносятся на отдельный лист, если при этом используются таблицы ГОСТов, их графики и рисунки с подробными описаниями.

Одним из критериев использования программных ресурсов является баланс между автоматизированным выбором и принятием решений непосредственно студентами. Алгоритм предусматривает достаточно много мест соприкосновения программы расчетов и студентом. При этом студенту нет необходимости пользоваться справочной литературой для принятия решений, так как практически при всех выбираемых студентом вариантах, имеются достаточно подробные описания с таблицами, диаграммами и рисунками, которые существенно облегчают и ускоряют процесс принятия решений. Так, например, после нахождения общего передаточного числа, необходимо разбить его на частные передаточные числа двухступенчатого редуктора. Для этого достаточно перейти на лист со стандартами передаточных чисел, где можно выбрать по соответствующему ГОСТу передаточное число червячных передач, зубчатых цилиндрических или конических передач. После чего нужно вернуться на основой лист расчета. И эту операцию можно повторить неоднократно в максимально короткий промежуток времени.

Основными результатами расчетов является набор всех размеров, элементов привода, подкрепленных проверочными расчетами на прочность, необходимых для проектирования силового привода машин и построения сборочных и рабочих чертежей.

Положительный эффект от использования, рассматриваемого продукта был получен в одной группе специальности – «Гусеничные и колесные машины» Энергомашиностроительного факультета СПбГПУ в 2004 году, четырех группах Университета путей сообщения в 2005/06 годах, на протяжении шести лет с 2006 по 2012 годы на всех потоках дневной и заочной форм обучения Института сервиса автомобилей и бытовой техники СПбГУСЭ.

Использование персонального компьютера и специализированных учебных программ в полной мере отвечает требованиям образовательных стандартов, безусловно, способствуют более быстрому и качественному приобретению студентами новых знания, умений и навыков.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Д.П. Козликин, М.М. Радкевич. Особенности подготовки бакалавров по новому федеральному государственному образовательному А.В. Стукач стандарту. // Современное машиностроение. Наука и образование:

Материалы междунар. Науч.-практ. Конференции. – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2011, -С 47-50.

2. Шелофаст В.В. Основы проектирования машин, Изд-во АПМ, 2005. – 3. Шелофаст В.В, APM WinMachine – CAD/CAE система автоматизированного расчета и проектирования [Электронный ресурс] URL: http://www.apm.ru/rus/machinebuilding/. (дата обращения 19.03.2013) 4. Мкртычев В.М., Компьютерные технологии в преподавании ТММ – цель или средство. // Современное машиностроение. Наука и образование: Материалы междунар. Науч.-практ. Конференции. – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2011. -С 96-102.

5. Ноженко И.Н., Курсовое проектирование деталей машин для студентов и преподавателей. [Электронный ресурс] URL:

http://www.dm-monster.narod.ru/ (дата обращения 29.03.2013).

6. Аксенов Л.Б. Подготовка машиностроителей фундаментальность и компетентность, реальность и виртуальность. // Современное машиностроение. Наука и образование: Материалы междунар. Науч.практ. Конференции. – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2011. -С 14-16.

7. Чернавский С.А. Курсовое проектирование деталей машин, / С.А.Чернавский и др. Изд – во: Инфра – М, 2011, 439 с.

8. Гулиа, Н. В. Детали машин : учебник / Н. В. Гулиа, В. Г. Клоков, С. А.

Юрков ; ред. Н. В. Гулиа. - М. : Академия, 2004. - 415, 9. Дунаев, П. Ф. Детали машин. Курсовое проектирование : учеб.

пособие : допущено М-вом образования / П. Ф. Дунаев, О. П. Леликов.

- 4-е изд., испр. - М. : Машиностроение, 2003. - 536 с. : ил. - Библиогр.:

с. 522-523. - Предм. указ.: с. 524-530.

10. Ерохин, М. Н. Детали машин и основы конструирования : учеб.

пособие / М. Н. Ерохин [и др.] ; ред. М. Н. Ерохин. - М. : Колос С, 2004. – 463,с.

11. Анухин, В. И. Допуски и посадки : учеб. пособие : допущено М-вом образования / В. И. Анухин. - 3-е изд. - СПб. : Питер, 2004. - 207 с. :

12. Шейнблит, А. Е. Курсовое проектирование деталей машин : учеб.

пособие : рекомендовано М-вом образования / А. Е. Шейнблит. - 2-е изд., перераб. и доп. - Калининград : Янтарный сказ, 2004. - 454 с.