Содержание. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Введение. 

    Инструментально-экспертная система APM WinMachine представляет собой комплексное программное обеспечение для автоматизированного расчета и проектирования в машиностроении и строительстве. APM WinMachine - своего рода энциклопедия по машиностроению, включающая инструменты и программы для автоматизированного расчета и проектирования деталей машин, механизмов, элементов конструкций и узлов. Система имеет современные графические средства, встроенные базы данных, необходимую информационную базу знаний, разветвленную систему подсказок и фундаментальный электронный учебник по основам проектирования машин.

    APM WinMachine - российская разработка, адресованная инженерам и конструкторам, занятым разработкой нового и модернизацией существующего механического оборудования и строительных конструкций и техническим университетам, занятым подготовкой специалистов в этих областях.

    При создании содержательной части системы  APM WinMachine был использован уникальный опыт конструирования машин, который нарабатывался долгие годы в многочисленных лабораториях отраслевых институтов и других научных организациях и на предприятиях бывшего СССР. В системе APM WinMachine такой опыт обобщен, осмыслен, дополнен собственными оригинальными разработками и реализован в виде комплекса компьютерных программ, которые составляют инструментальную основу проектирования и по большинству параметров не имеют мировых аналогов.

    APM WinMachine включает в себя современные, эффективные и надежные алгоритмы и программы для расчета:

• энергетических и кинематических параметров;
• прочности, жесткости и устойчивости;
• выносливости при постоянной и переменной внешних нагрузках;
• вероятности, надежности и износостойкости;
• динамических характеристик.

    Кроме того, в APM WinMachine имеется набор инструментальных средств расчета и анализа. Эти средства, а также проектируемые детали, в зависимости от назначения разделены на подсистемы (модули), которые могут функционировать как в составе системы, так и самостоятельно.

    Все это образует единый комплекс APM WinMachine, который состоит из следующих подсистем:

    APM Drive - модуль комплексного расчета и проектирования приводов произвольной структуры и всевозможных планетарных передач.

    APM Bear - подсистема расчета неидеальных подшипников качения. Она выполняет комплексный анализ опор качения всех известных типов.

    APM Shaft - модуль расчета, анализа и проектирования валов и осей.

    APM Trans - подсистема проектирования передач вращения. Эта подсистема предназначена для расчета всех типов зубчатых передач, а также червячных, ременных и цепных передач, и выполнения чертежей элементов этих передач в автоматическом режиме.

    APM Cam - модуль расчета и проектирования кулачковых и мальтийских механизмов с автоматическим генератором чертежей.

    APM Structure3D - подсистема совместного расчета напряженно-деформированного состояния, устойчивости, динамики собственных и вынужденных колебаний и проектирования трехмерных рамных, пластинчатых и оболочечных конструкций.

    APM Beam - модуль расчета и проектирования балочных элементов конструкций.

    APM Graph - подсистема оформления чертежно-графической информации.

    APM Studio - модуль твердотельного и поверхностного моделирования.

    APM Joint - подсистема расчета и проектирования соединений деталей машин и элементов конструкций, которая позволяет выполнить комплексный расчет всех типов резьбовых, сварных, заклепочных соединений и соединений деталей вращения.

    APM Plain - модуль расчета и анализа радиальных и упорных подшипников, работающих в условиях жидкостного и полужидкостного трения.

    APM Spring - подсистема расчета и проектирования пружин и других упругих элементов машин. С ее помощью можно рассчитать и вычертить пружины сжатия, растяжения и кручения, плоские пружины, а также тарельчатые пружины и торсионы.

    APM Slider - модуль расчета и проектирования рычажных механизмов произвольной структуры.

    APM Screw - подсистема для расчета неидеальных передач поступательного движения. Она способна рассчитать винтовые передачи скольжения, шарико-винтовые и планетарные винтовые передачи. 
 

    APM FEM2D - модуль расчета напряженно-деформированного состояния плоских деталей методом конечных элементов.

    APM Truss - подсистема расчета и проектирования плоских ферменных конструкций методом конечных элементов.

    APM Data - модуль хранения и редактирования стандартных и информационных данных, необходимых для функционирования каждой из перечисленных выше подсистем.

    APM Data - система технического документооборота.

    MDM - электронный учебник "Основы проектирования машин", в котором изложены основные методы расчета, использованные при разработке системы. 

    Каждый модуль предоставляет пользователю интегрированную среду, которая в общем случае включает в себя:

• специализированный графический редактор;
• полный цикл вычислений;
• разнообразные средства представления результатов расчета;
• встроенные базы данных.

    APM WinMachine предназначена для персональных компьютеров и работает в среде Microsoft Windows 95/98/NT/2000. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Теоретическая часть

    1.1 Возможности APM Graph

    Система APM Graph представляет собой инструмент для автоматизации графических работ. Он создан под операционную систему MS Windows 95 и выше, и по замыслу коллектива разработчиков ориентирован на выполнение чертежных и графических работ, возникающих при проектировании объектов в машиностроении, строительстве, электротехнике, электронике и других областях. APM Graph позволяет также редактировать и дополнять графические объекты, выполненные другими графическими средствами.

     APM Graph представляет собой инструмент, который можно эффективно применять для создания геометрических объектов и моделей с целью их дальнейшего использования в подсистемах APM WinMachine. Кроме этого, графическая система может работать самостоятельно и в этой связи ее можно рассматривать как программный продукт, который можно эффективно использовать индивидуально.

    С помощью этого инструмента можно выполнить графическую часть любого без исключения проекта, например машины, здания, земельного участка, размещения трубопроводов и т. п. Он может быть применен, например, для создания геометрических объектов с целью их конечно-элементного анализа и для многих других целей.

    Кроме общих графических процедур в систему включены некоторые библиотеки ряда специальных символов, позволяющие облегчить работу при проектировании. Для эффективной работы в графической среде имеется целый набор процедур, ставший уже традиционным для большинства подобных систем, а именно:

• работа со слоями;
• работа с блоками;
• экспорт, импорт графических объектов и т.п..

    APM Graph работает со стандартными периферийными устройствами, которые поддерживает операционная среда (мышь, принтер, плоттер...).

    Описание геометрического объекта, созданного в системе APM Graph, хранится в файле специального формата. Для обмена графической информацией с другими геометрическими редакторами используется Drawing Interchange Format (dxf-формат), который понимается большинством из существующих в настоящее время плоских графических систем. 

    1.2. Возможности APM Graph для вставки блока и объекта

             базы данных.

    Блок / Вставить блок - этой командой Вы можете вставить блок в чертеж. При выборе команды или при щелчке левой кнопкой мыши в поле чертежа, если команда уже выбрана, появится диалоговое окно Вставка блока.

Окно Вставка блока

    Список блоков - в этом окне отображается список блоков, хранящихся в чертеже или во внешней библиотеке. Блоки могут быть созданы либо заранее (командой Модификация / Создание блока), либо загружены из внешнего библиотечного файла или параметрической модели. Сохранить блоки во внешний файл можно командой Файл / Сохранить блоки.

    Для загрузки блока из внешней библиотеки блоков необходимо отметить соответствующий переключатель, кнопкой «Загрузить» вызвать стандартное диалоговое окно открытия файла, задать тип файлов «Библиотека блоков APM Graph» и выбрать файл для загрузки. При вставке блока из библиотеки блок копируется в список блоков чертежа. При наличии блока с таким именем новый блок переименовывается.

    Для загрузки параметрического блока отметьте переключатель Вставлять блоки из внешней библиотеки, кнопкой «Загрузить» вызовите стандартное диалоговое окно открытия файла, задайте тип файлов «Параметрическая модель APM Graph» и выберите файл для загрузки. После загрузки файла Вам будет предложено задать исходные данные.

                                             Окно Переменные

    В этом диалоговом окне Вы можете изменить, если нужно, значения переменных. Для вызова окна редактирования выделенной переменной нужно выполнить двойной щелчок левой кнопкой мыши на выделенной строке, нажать кнопки Пробел, Enter, Return на клавиатуре или кнопку «Изменить». Если диалог был вызван двойным щелчком левой кнопки мыши, то будет подсвечено то поле ввода (Выражение или Значение), в котором был произведен щелчок мыши.

                                          Окно Переменная

    В поле Значение Вы можете задать значение переменной. В поле Выражение - ввести аналитическое или строковое выражение. Выражение должно являться функцией объявленных к этому моменту переменных.

    После задания всех исходных данных закройте окно переменных кнопкой OK или с помощью клавиатурного сочетания Ctrl-Enter. Если в модели существуют какие-либо ошибки, или было введено неправильное аналитическое выражение, Вам будет выдано сообщение об ошибке и модель не будет загружена. Если же все данные были корректными и модель при таких данных может быть построена, Вам будет предложено задать имя параметрического блока. Имя блока должно быть уникальным. После успешного завершения всех этапов, блок будет добавлен в список блоков чертежа, откуда его можно вставить непосредственно в чертеж как любой другой блок. 

    Кнопкой Удалить блок удаляется текущий выделенный блок. Блок не может быть удален, если он используется в чертеже, содержится в другом блоке, находится в списке команд «Отменить-Повторить». Окончательное удаление блоков происходит при выходе из диалога по кнопке OK.

    После выбора блока и нажатия кнопки OK, Вы выбираете точку вставки блока. После фиксирования точки вставки левой кнопкой мыши, Вы задаете масштабный коэффициент (при перемещении мыши вверх масштаб будет увеличиваться, при перемещении вниз - уменьшаться) и угол поворота блока. Поставив соответствующие флажки в группе «Не задавать параметры», Вы можете не задавать масштабный коэффициент или угол поворота при вставке блока. Если флажки не были установлены, то нажатием клавиши Enter во время операции Вы задаете коэффициент = 1 и угол поворота = 0. Все параметры также можно задать в окне ручного ввода. Для рисования в орто-режиме держите нажатой клавишу Shift. Правой кнопкой мыши Вы можете отменить текущий этап вставки блока и вернуться к предыдущему. Нажатием клавиши Esc Вы можете отменить сразу весь режим рисования. 

    Блок / Вставить объект из базы данных - этой командой Вы можете вставить параметрический объект в чертеж из базы данных. При выборе команды или при щелчке левой кнопкой мыши в поле чертежа, если команда уже выбрана, появится диалоговое окно Параметризованная модель. В случае возникновения ошибки открытия базы данных будет выдано соответствующее предупреждение.

Окно Параметризованная модель

    В левой части окна располагается дерево объектов базы данных, доступных для вставки в чертеж как параметрических блоков. В правой верхней части находится список значений переменных для выбранной модели. Под ним помещен схематичный вид объекта. В выпадающем списке можно выбрать вариант отображения модели.

    Выбрав модель и вариант отображения либо щелкните два раза левой кнопкой мыши на строку с необходимыми значениями переменных, либо выделите строку и нажмите клавишу OK. В появившемся окне измените, если требуется, значения переменных. (Подробная работа с диалоговым окном переменных описана в команде Рисовать / Блок / Вставить блок, загрузка параметрического блока.) По умолчанию, переменные принимают значения, которые Вы выбираете при вставке модели. 

    После задания всех исходных данных и безошибочного построения модели происходит непосредственная вставка параметрического блока в чертеж. Вы выбираете точку вставки блока. После фиксирования точки вставки левой кнопкой мыши, Вы задаете масштабный коэффициент (при перемещении мыши вверх масштаб будет увеличиваться, при перемещении вниз - уменьшаться) и угол поворота блока. Нажатием клавиши Enter во время операции Вы задаете коэффициент = 1 и угол поворота = 0. Все параметры также можно задать в окне ручного ввода. Для рисования в орто-режиме держите нажатой клавишу Shift. Правой кнопкой мыши Вы можете отменить текущий этап вставки блока и вернуться к предыдущему. Нажатием клавиши Esc Вы можете отменить сразу весь режим рисования. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2.Практическая  часть.

2.1.Конструирование  модели вала средствами  APM Shaft WinMachine.

Создание  геометрической модели вала

        Переходим в режим создания  цилиндрической секции нажатием  кнопки «Цилиндр» (меню /Задать/Цилиндр). Курсор приобретает характерный  вид цилиндра, причем точное позиционирование  производится указателем курсора (в виде крестика). Фиксируем указателем курсора произвольную точку поля редактора, затем нажимаем левую кнопку мыши, и, не отпуская ее, создаем прямоугольник, моделирующий цилиндрическую секцию вала. Текущие размеры прямоугольника (диаметр и длина цилиндрической секции) динамически отображаются на панели статуса. Аналогичным образом создаем остальные цилиндрические секции вала (в соответствии с размерами), которые автоматически будут соответственно пристыковываться к существующей секции

      Для создания модели вали в соответствии с вариантом задания были выбраны следующие размеры секций: (таб.1.)

Таблица 1 – Размеры секций

Рис. 1. Геометрическая модель вала

2.2.Задание  конструктивных элементов  вала

• Создание  на секциях вала фасок

        Для создания фаски следует  нажать кнопку «Фаска»  (меню Задать/Фаска), а затем щелкнуть указателем курсора (крестиком) вблизи границы сегмента. После этого откроется диалоговое окно «Фаска», в поля которого записываются параметры создаваемой фаски:

• Создание скруглений (галтелей) на заплечиках вала

        Для создания скругления следует  нажать кнопку «Галтель» (меню/Задать /Галтель), а затем щелкнуть указателем  курсора (крестиком) вблизи границы  сегмента. После этого откроется  диалоговое окно «Галтель», в  поля которого записываются параметры  создаваемой галтели: угол – 45, ширина 2 мм.

• Создание канавки для выхода шлифовального круга

       Для создания канавки нужно  нажать кнопку «Канавка»(меню  Задать /Канавка), а затем щелкнуть  крестиком курсора вблизи границы  сегмента. После этого откроется окно «Выбор типа канавки» со схематическим изображением трех типов канавок, которые можно создать на валу. Для выбора типа создаваемой канавки щелкаем левой кнопкой мыши на изображении выбранного типа канавки и нажимаем кнопку «ОK».

После выбора типа создаваемой канавки откроется диалоговое окно «Канавка». В правой части этого окна показывается таблица с соотношениями параметров канавки для различных диаметров валов, а в полях ввода его нижней части показываются (красным цветом) те параметры канавки, которые подходят для этой секции вала. При желании эти значения могут быть изменены. Нажатием кнопки «ОK» заканчиваем создание канавки для выхода шлифовального круга.

      Создание  осевого и перпендикулярного  отверстия

        Редактор APM Shaft позволяет задавать  осевые отверстия используя команду  Задать/Отверстие. Пользователь может задать два отверстия, которые начинаются, соответственно, на левой и правой торцевых поверхностях вала. Отверстия могут иметь ступенчатую форму. Отверстия рисуются и редактируются так же как цилиндрические участки вала. APM Shaft позволяет также задать перпендикулярные отверстия используя команду Задать/ Перпендикулярное отверстие. Укажите мышью место расположения перпендикулярного отверстия на валу и нажмите левую клавишу мыши. В появившемся диалоговом окне можно записываем параметры отверстия: расстояние от левой границы секции –30 мм,радиус –4. 
 
 
 
 
 

• Создание  резьбы

          При вводе резьбы нужно выбрать  команду Задать/Резьба. Участки с резьбой вводятся также как и шлицы – указывается одна граница, затем другая, окончательно параметры уточняются в диалоговом окне .

Для редактирования или удаления резьбы войдите в  режим ее рисования, выберете резьбу для редактирования, подведя к  ней курсор и нажав правую кнопку мыши. Появившееся диалоговое окно содержит поля ввода с текущими значениями параметров редактируемого элемента и клавишу для удаления. В нашем случае расстояние от левой границы секции составляет 0 мм. Длина – 29мм. Диаметр резьбы автоматически составляет – 24 мм. Шаг резьбы - 24 мм. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2.3.Выполнение  общего расчета  вала в APM Shaft

2.3.1.Задание  опор и нагрузок, действующих на  вал

       Для выполнения расчета должны  быть заданы хотя бы две  опоры. Иначе при попытке расчета система выдаст соответствующее предупреждение. Количество опор не должно превышать пятидесяти. Для задания опор вала переходим в соответствующий режим нажатием кнопки «Опора» (меню Задать/Опоры). Если щелкнуть левой кнопкой мыши вблизи того места, где следует установить опору, то откроется диалоговое окно «Опора», с помощью которого задаем параметры этой опоры. Вначале из выпадающего списка выбираем тип опоры (жесткая или упругая), затем уточняем ее расположение (от левого торца вала – 12 мм), и, наконец, задаем жесткость создаваемой опоры (в том случае, если опора упругая).В нашем случае опора жесткая шарнирно-подвижная. Аналогичным образом создаем вторую жёсткую неподвижную опору (от левого торца вала 73 мм).

  Задание нагрузок

• Задание поперечных сил

       Нажатием кнопки «Поперечная сила» (меню Задать/Поперечная сила) переходим в режим задания радиальной силы и в поля ввода открывшегося диалогового окна «Поперечная сила» записываем параметры и обозначение силы. Прежде всего, в поле ввода «Расстояние от левого конца вала, мм» заносим значение 44. Затем нужно задать либо модуль и направление равнодействующей радиальных сил (выбрать Тип данных — Модуль и угол), либо величины проекций этих сил (Тип данных — Проекции). В нашем случае модуль (вертикальная) – 23 Н, горизонтальная – 45 Н . В поля ввода «Название» и «Индекс» записываем Т1. 
 
 

• Задание осевых сил 

       После активации команды Задать/Осевая  сила нужно щелкнуть левой  кнопкой мыши в точке приложения  силы. На экране появляется диалоговое  окно, в котором необходимо ввести величину силы. Пользователь может задать идентификатор силы, который состоит из названия и индекса, которые вводятся в соответствующих полях.

Осевые  силы для выполнения расчета должны быть скомпенсированы. Иначе при  попытке расчета система выдаст соответствующее предупреждение. В нашем случае их нет.

• Задание распределённой силы

       Распределенная сила характеризуется  участком, на котором она действует,  а также значениями удельной  силы на левой и правой границах. После активации команды Задать | Распределенная сила помесите курсор на одну из границ зоны действия силы (безразлично, левую или правую), нажать левую кнопку мыши и удерживая ее переместить курсор в точку, соответствующую другой границе зоны. После того, как Вы отпустите кнопку, на экране появится диалоговое окно, в котором Вы можете уточнить границы зоны действия распределенной силы и ввести значения удельной силы, действующие на левой и правой границах. В нашем случае их нет.

• Задание момент изгиба

        Момент изгиба задается также как поперечная сила. После активации команды Задать | Момент изгиба укажите точку приложения момента левой кноп-кой мыши, на экране появляется диалоговое окно , которое позволяет задать момент изгиба либо совокупностью проекций на координатные оси, либо через модуль и угол с вертикалью. Пользователь может задать идентификатор момента, который состоит из названия и индекса (M₁), которые вводятся в соответствующих полях.