Название программы информационные технологии в эскизном проектировании и оптимизации параметров зубчатых цилиндрических редукторов о работе по работе выполнена программа (программный комплекс)
| Вид материала | Программа |
- Решение задач глобальной оптимизации большой размерности на многопроцессорных комплексах, 143.77kb.
- M. 13. O. программный Комплекс для исследования статистических характеристик шумовых, 126.35kb.
- Название Предмет Направление, 921.62kb.
- Дополнительная образовательная программа детского объединения рцдт «Информационные, 241.83kb.
- Расчет зубчатых и червячных передач в курсовом проектировании, 417.41kb.
- Основы высокоэффективн ой технологии изготовления цилиндрических зубчатых колес, 532.88kb.
- Областная конференция школьников «Информационные технологии настоящего и будущего», 40.7kb.
- Программный комплекс по расчету тепловых схем тэц и оптимизации распределения нагрузок, 25.37kb.
- Ния методики интерактивного поиска минимума функции многих переменных к задаче оптимизации, 35.39kb.
- Международная научно-практическая конференция «новые информационные технологии в образовании, 117.52kb.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ПРЕДЛОЖЕНИЕ
Гутин С. Я., Власов М. Ю.
Телефон: +7 (347) 250-06-82. E-mail: gutin@anrb.ru
НАЗВАНИЕ ПРОГРАММЫ
Информационные технологии в эскизном проектировании и оптимизации параметров зубчатых цилиндрических редукторов
1. О РАБОТЕ
По работе выполнена программа (программный комплекс).
Учебно-методическими материалами для программы являются учебное пособие и аудио-видео описание по работе.
Учебное пособие «Информационные технологии в эскизном проектировании и оптимизации параметров зубчатых цилиндрических редукторов» издано в издательстве «Высшая школа» (обложка, первая страница, предисловие и содержание помещены ниже). На пособие дан гриф Минобразования: «Допущено Министерством образования Российской Федерации в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлениям подготовки и специальностям в области техники и технологии». В книге имеются расчетные зависимости, описана работа с программой, приведены примеры расчета, эскизные компоновки, графики оптимизации.
Аудио-видео описание представлено в виде файлов по работе с программой, в которых демонстрируются и повествуются этапы проектирования редукторов.
Рецензентами учебного пособия являются известные ученые: проф. И.А. Болотовский, проф. О.С. Нарайкин (МГТУ им. Баумана), проф. В.А. Гольдфарб (Иж.ГТУ), проф. П.К. Попов (МГТУ им. Баумана).
Демонстрационные версии программы на русском, английском, французском, немецком и узбекском языках находятся: на сайте ФГУ ГНИИ ИТТ - window.edu.ru;
на сайте «Ассоциация инженерного образования России» в разд. «Программные средства и учебные пособия» – aeer.ru.
Учебное пособие можно купить в изд-ве «Высшая школа» в г. Москва и в магазинах.
Работа соответствует современному направлению электронного обучения (E-learning). Она позволяет применять новые педагогические инструменты: интерактив, мультимедиа, моделинг, коммуникативность, производительность. Подробно о новых возможностях программы описано в статье «Электронное обучение (e-learning) в образовании и научных исследованиях» (см. другой раздел).
2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ
Программа предназначена для проектирования одноступенчатого и трех схем двухступенчатых зубчатых цилиндрических редукторов. Она выполняет расчеты, эскизную компоновку и оптимизацию параметров. Предусмотрено множество подходов при разбивке передаточного числа между ступенями двухступенчатого редуктора. Для одноступенчатого редуктора определяется Технический уровень.
Программа позволяет применять при работе технологии e-learning.
ДЕТАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ
Программа позволяет вести проектирование одноступенчатого редуктора и двухступенчатого редуктора для развернутой схемы, схемы с раздвоенной быстроходной ступенью, соосной схемы. На этапе эскизного проектирования делаются проектировочный расчет зубчатых передач и валов, геометрический и кинематический расчеты передач, проверочный расчет на контактную выносливость, расчет зубьев на выносливость при изгибе, расчет на контактную прочность при действии максимальной нагрузки, расчет на прочность при изгибе максимальной нагрузкой, подбор подшипников, расчет размеров между деталями редуктора. В зависимости от условий проектирования возможны два варианта геометрического расчета: после проектировочного расчета или при заданном межосевом расстоянии и при заданных значениях коэффициентов смещения и чисел зубьев колес. По полученным геометрическим параметрам выполняется эскизная компоновка редуктора.
Суть метода автоматизированного проектирования, примененного в данной программе, состоит в том, что при проектировании значения исходных параметров вводятся в диалоговом режиме из определенных диапазонов данных. Далее, в автоматическом режиме выполняется многовариантный расчет для различных значений модуля зубьев. После выбора варианта в двух проекциях вычерчивается эскизная компоновка. Изменив любой исходный параметр, и вновь проведя расчет, можно сравнить его с предыдущим.
Результаты расчета и эскизную компоновку можно просмотреть в интерактивном режиме в окне программы и вывести на печатающее устройство (рисунки 1...4). Программа позволяет определить критерий технического уровня для одноступенчатого редуктора, а для двухступенчатого - провести оптимизацию по одному или нескольким параметрам, выбрать наилучшую схему редуктора.
Применение программы позволяет изменить подход к проектированию и получить оптимальные значения передаточных чисел ступеней двухступенчатого редуктора до начала проектирования. Для этого вводятся исходные данные. Затем делается разбивка передаточного числа редуктора по ступеням с необходимым шагом. Количество вариантов неограниченно. Расчеты и эскизные компоновки выполняются сразу для всех вариантов разбивки. В соответствии с условиями проектирования строятся графики зависимости расчетных и конструктивных параметров от передаточного числа одной из ступеней редуктора. Оптимальное значение определяется по графику (несколько примеров построения графиков оптимизации приведены на рисунках 5…8). По этим значениям производится окончательный расчет, в котором возможно изменение исходных параметров.
В программе предусмотрен просмотр основных расчетных зависимостей, по которым производится расчет зубчатой передачи.
Программа позволяет при расчете округлять межосевые расстояния до значений геометрических и арифметических рядов или вписаться в заданное межосевое расстояние.
Расчет производится для всех стандартных модулей зубьев заданного диапазона: m = (0.001 … 0.035) aw, где m – модуль зубьев, aw – межосевое расстояние. Этот диапазон можно увеличить или уменьшить.
Программа позволяет вычислить и задать коэффициенты смещения при высотной и угловой модификации (коррекции) в автоматическом или ручном режимах.
До или после выполнения эскизной компоновки можно менять типы и серии подшипников, после выполнения ─ диаметры валов. Эти изменения наглядно отображаются на компоновке.
Проверка вариантов расчета производится по недопустимому подрезанию зубьев (минимальное число зубьев), заострению зубьев (уменьшению толщины зубьев по окружности выступов до предельного значения), появлению интерференции (взаимного внедрения профилей при работе), уменьшению коэффициента перекрытия до предельного значения. Варианты, не удовлетворяющие условиям проверки, уничтожаются, а на экране монитора выводится сообщение об этих условиях.
Программа позволяет построить графики оптимизации для определения: минимальной массы редуктора; равнопрочности ступеней; рекомендуемой глубины одновременного погружения колес обоих ступеней в масляную ванну; величины отношения межосевых расстояний тихоходной и быстроходной ступеней; минимальной площади основания и боковых поверхностей редуктора; минимальной длины, высоты и ширины редуктора; возможности размещения подшипников тихоходной и быстроходной ступеней; размещения колеса быстроходной ступени; изготовления неврезной шестерни и др.
 |  |
Рисунок 1 - Одноступенчатый редуктор | Рисунок 2 – Двухступенчатый редуктор по развернутой схеме |
 |  |
| Рисунок 3 – Двухступенчатый редуктор с раздвоенной быстроходной ступенью | Рисунок 4 – Двухступенчатый соосный редуктор |
 |  |
Рисунок 5 | Рисунок 6 |
 |  |
| Рисунок 7 | Рисунок 8 |
3. ОБЛАСТЬ НАУКИ И ТЕХНИКИ
Образование
Информационные технологии
Инженерия
Научные исследования
4. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
Разработанный программный продукт предназначен для промышленности и всех форм обучения в университетах, институтах, корпорациях, фирмах для инженерных и технических специальностей. Он необходим для дисциплин «Детали машин», «Детали машин и основы конструирования», «Прикладная механика», «Механика», «Компьютерный расчет», «Компьютерная инженерия» и др., которые завершают общеинженерную подготовку. Программа позволяет выполнять проектные (курсовые проекты) и симуляционные лабораторные работы, деловые игры, тренинги и научно-исследовательские работы. Преподаватели могут использовать ее для чтения лекций и проведения практических занятий.
Работа предназначена также для средних учебных заведений, имеющих технические специальности.
5. ОСНОВНЫЕ ПРЕИМУЩЕСТВА
Мировых аналогов в совместном выполнении расчета, эскизной компоновки и оптимизации нет. Технологии e-learning, применённые при разработке контента, повышают качество и эффективность традиционного обучения.
Это было подтверждено на международных и Всероссийских конференциях: «Теория и практика зубчатых передач» (г. Ижевск, Россия, 1996, 1998 и 2004 гг.); «Восьмая международная конференция по силовым трансмиссиям и зубчатым передачам» (г. Балтимор, США, сентябрь, 2000 г.); «Новые материлы и технологии НМТ-2000» (г. Москва, МАТИ, октябрь 2000 г.); «Информационные технологии в открытом образовании»; (г. Москва, МЭСИ, октябрь 2001 г.); «Редукторостроение России: состояние, проблемы, перспективы» (г. Санкт-Петербург, май, 2002 г.); 3rd International Conference on Technology in Teaching and Learning in Higher Education. Costas Shirou, editor. College of Arts and Sciences Nationfl-Lous University (Heidelderg, Germany, July 14 - 16, 2003); International Conference «Power Transmissions – 03» (Varna, Bulgaria, September 11 – 12, 2003); Седьмая международная конференция «ИТ – Бизнес – Металл» (г. Москва, 21 – 23 июня, 2005 г.); Международный симпозиум «Качество высшего образования и подготовки специалистов к профессиональной деятельности» (г. Москва, 9 – 11 ноября, 2005 г.); Всероссийская научно-техническая конференция «Новые материалы и технологии», НМТ-2006 (г. Москва, 21 – 23 ноября, 2006 г.); Технические университеты: интеграция с европейскими и мировыми системами образования. Материалы Международного форума «Качество образования – 2006» (г. Ижевск, 25 – 27 апреля, 2006 г.); Журнал Ассоциации инженерного образования России «Инженерное образование» (г. Москва – г. Ижевск, 2007 г., № 4); Международный симпозиум «Опережающее инновационное образование и подготовка специалистов в области техники и технологии» (г. Москва, 27 – 28 марта, 2007 г.) и др. Статьи авторов помещены в сборниках конференций.
Интерфейс пользователя программы разработан для русского, английского, немецкого, французского и узбекского языков. Возможна быстрая адаптация программы для любого другого языка.
6. ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО СОТРУДНИЧЕСТВУ
Поставка продукции
Сотрудничество по проекту
Сопровождение проекта
Обучение персонала
Консультирование
7. СТАДИЯ ОСВОЕНИЯ
Программа устанавливается на жестком диске компьютера или на компакт-диске (CD-ROM)
Продажа продукции
8. ВОЗМОЖНОЕ УЧАСТИЕ ИНВЕСТОРА
Финансовые инвестиции
9. ПРАВОВАЯ ЗАЩИТА
Программы официально зарегистрированы в Российском агентстве по патентам и товарным знакам (РОСПАТЕНТ ФИПС).
Гутин С. Я., Власов М.Ю. Автоматизированные расчет и эскизная компоновка зубчатых цилиндрических редукторов /Св. об официальной регистрации программы для ЭВМ, №990678, зарегистрировано 16.09.1999. Информационный бюллетень официальной регистрации. – М.: РОСПАТЕНТ, 1999. - №4(29). –С.146.
Гутин С. Я., Власов М. Ю. Информационные технологии в эскизном проектировании и оптимизации параметров зубчатых цилиндрических редукторов / Св. об официальной регистрации программы для ЭВМ, №2001610729, зарегистрировано 15.06.2001. Информационный бюллетень официальной регистрации. – М.: РОСПАТЕНТ, 2001. - №3(36). – С.267.
11. ВЛАДЕЛЕЦ РАЗРАБОТКИ
Гутин Семен Янкелевич
Власов Михаил Юрьевич
12. ЛИЦО ДЛЯ КОНТАКТОВ
Канд. техн. наук, доцент Гутин Семен Янкелевич.
Адрес: 450015, г. Уфа, ул. Мустая Карима 47, кв. 86.
Телефон: (347) 250-06-82.
E-mail: gutin@anrb.ru,
Предисловие
Болонская конвенция по высшему образованию, подписанная большинством стран Европы, в том числе и Российской Федерацией, предполагает создание европейского пространства высшего образования. Одной из целей интеграции национальных систем в европейскую зону высшего образования является развитие единых критериев оценки качества преподавания и образования.
Для повышения качества необходимо применение информационных технологий. Применение таких технологий требует разработки программных комплексов. Это позволит расширить и углубить знания. Программа, разработанная авторами, соответствует международным требованиям и может быть применена в университетах европейского пространства [9]. Интерфейс ее выполнен на русском, английском, немецком и французском языках.
Третья международная конференция по технологиям преподавания и обучения высшему образованию в Германии, проведенная Национальным Луиским университетом США 14…17 июля 2003 г. [11], показала все возрастающую роль применения информационных технологий в учебном процессе.
Учебное пособие и программа по информационным технологиям проектирования редукторов предназначены для преподавателей, студентов, инженеров. Они могут применяться для различных видов учебной и научной деятельности:
во-первых, для лекционных и практических занятий. Преподаватели на занятиях приводят много расчетных зависимостей по проектированию редукторов. Однако количественную оценку влияния исходных параметров на конечный результат сделать невозможно. Кроме того, не всегда ясно и влияние этих параметров. Применяя программу по автоматизированному проектированию и ноутбук (или другой компьютер), проектор, экран для изображения увеличенного формата, можно показать влияние различных параметров на конечный результат (эскизную компоновку);
во-вторых, для выполнения лабораторных работ. Так, можно показать влияние различных параметров на межосевое расстояние передачи. В работе нужно будет построить графики зависимостей межосевого расстояния от различных значений параметра. Можно построить графики оптимизации при разбивке передаточного числа двухступенчатого редуктора и установить влияние различных параметров на эту разбивку. Программа позволяет построить графики оптимизации для определения минимальной вместимости внутренней полости редуктора (это соответствует разбивке при минимальной массе); равнопрочности ступеней; рекомендуемой глубины погружения колес обеих ступеней в масляную ванну и др;
в-третьих, для выполнения курсовых проектов и курсовых работ. Зубчатые передачи являются самым распространенным элементом механизмов и машин, и их изучение обязательно для всех студентов машиностроительных и инженерных специальностей. Курсовое проектирование приводов общемашиностроительного назначения – первая, по-настоящему творческая инженерная работа студента.
Проект достаточно трудоемкий и при прежних методах работы содержит много рутинных расчетов. Обычно приходится ограничиваться одним набором исходных данных, оптимизация исключается. Применение программы по информационным технологиям позволяет получить оптимальное решение при расчете и конструировании. Сами расчеты и выполнение эскизной компоновки автоматизированы;
в-четвертых, для выполнения научной и научно-методической работы. По программе можно проводить различные исследования. Так при проектировании двухступенчатого редуктора, двумя студентами определялась минимальная масса. Результаты работы сравнивались с литературными данными. Статья по работе опубликована в тезисах докладов Международной молодежной научной конференции «Гагаринские чтения». М.: «МАТИ», 2000, том 2, С. 242, 243. Студенты получили дипломы за лучший доклад по секции «Долговечность и живучесть элементов летательных аппаратов».
Приводим выдержку из отзыва на работу известного ученого и педагога по зубчатым передачам, проф. И. А. Болотовского [17]:
«Предлагаемое учебное пособие содержит богатый материал. Все геометрические и силовые расчеты изложены на современном уровне, без излишнего упрощения. Рассмотрены основные типы прямозубых и косозубых одно- и двухступенчатых редукторов с разделением и без разделения быстроходной ступени.
Особый интерес представляют оригинальные методы автоматизации расчетов и возможность в диалоговом режиме подбирать в широком диапазоне исходные данные, наилучшим образом удовлетворяющие требуемому техническому уровню конструкции.
Работа представляет существенный интерес для студентов, аспирантов и конструкторов, работающих на производстве. Она демонстрирует новый творческий подход к технологии проектирования, позволяющий при сокращении бездумной механической работы просмотреть множество вариантов и выбрать оптимальный».
При написании алгоритма программы и учебного пособия учтен опыт преподавания доц. С.Я. Гутиным дисциплин «Детали машин», «Детали машин и основы конструирования», «Прикладная механика» в Уфимском государственном авиационном техническом университете. Работа является результатом многолетнего сотрудничества доц. С.Я. Гутина и инженера-программиста М.Ю. Власова.
Авторы выражают большую благодарность В.П. Котельникову [17] за участие в отладке геометрических расчетов программы и доценту В.Н. Рубцову за участие в редактировании учебного пособия.
Разд. 1, 2, 5 и приложения А, Б, В, Г, Д предназначены для применения без программы [9], разд. 3, 4 – для работы с программой.
Программу можно приобрести по адресу: Россия, 450015, г. Уфа, ул. Мустая Карима 47, кв. 86, С.Я. Гутин. Телефон: 7 (347) 250-06-82. Е-mail: gutin@anrb.ru. Демонстрационная версия программы находится: на сайте ГНИИ ИТТ "Информика" в разд. «Информационные технологии», подразд. «Инструментальные средства компьютеризации инженерных знаний» – http://www.informika.ru/text/inftech/ ingtools/; на сайте «Дистанционное образование», в разд. «Программные средства» – http://db.informika.ru/do/prog/.
Замечания и пожелания по содержанию учебного пособия направлять по адресу: 127994, Москва, ГСП-4, Неглинная ул., д. 29/14, издательство «Высшая школа».
Авторы
Содержание
Информационные технологии в эскизном проектировании и оптимизации параметров зубчатых цилиндрических редукторов 1
1. О РАБОТЕ 1
Работа соответствует современному направлению электронного обучения (E-learning). Она позволяет применять новые педагогические инструменты: интерактив, мультимедиа, моделинг, коммуникативность, производительность. Подробно о новых возможностях программы описано в статье «Электронное обучение (e-learning) в образовании и научных исследованиях» (см. другой раздел). 1
Рисунок 1 - Одноступенчатый редуктор 4
Рисунок 5 5