Создание модели кривошипно-шатунного механизма

Актуальность

Кривошипно-шатунный механизм (далее - КШМ) – механизм двигателя. Основным назначением является преобразование возвратно-поступательных движений поршня цилиндрической формы во вращательные движения коленчатого вала и наоборот. КШМ в робототехнике может использоваться при создании шагающего робота.

Тяжелый и металлический механизм является не самым удобным наглядным пособием. Однако, благодаря современным технологиям можно создать более удобный пример. Использование 3D-моделирования и 3D-печати позволяют создать модель из пластика. Такая модель проста в обращении. Её можно использовать как на уроках робототехники в школе, так и при обучении в колледже автомобильного транспорта.

Цель

Создать реальную 3D-модель кривошипно-шатунного механизма из пластика с возможностью присоединения к моторам набора LEGO EV3.

Задачи

1. Изучить принципы строения и работы механизма.
2. Изучить способы создания 3D-модели.
3. Создать компьютерную 3D-модель.
4. Изучить принципы работы 3D-принтера.
5. Создать реальный объект при помощи 3D-принтера.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

• Персональный компьютер
• Программное обеспечение Компас-3D
• 3D-принтер FlyingBearGhost 5
• Программа PolygonXpicaso

Описание

Автор изучил строение механизма по книге «Расчет автомобильных и тракторных двигателей», а также рассмотрел возможные варианты постановки поршней.

Задача присоединения механизма к среднему мотору LEGO EV3 для демонстрации работы имеет несколько решений. В первую очередь необходимо было создать ручку, которая позволит вращать ось механизма. Далее в ручке выдавливалось отверстие под ось. Именно этот вариант позволил достичь идеального совпадения параметров.

3D-модель создавалась в программном комплексе САПР "Компас-3D", имеющем понятный интерфейс и множество функций. Для удобства демонстрации и устойчивости для модели был разработан корпус с цилиндрами.

Среди всех вариантов филамента были выделены ABS, PETG, PLA пластики. Был проведен анализ характеристик. По многим показателям подходил PETG, но выбор сделан был в пользу PLA. Этот вид пластика является более экологичным. И, в отличие от PETG, имеет более низкую температуру плавления, что облегчает работу с принтером.

Результаты работы/выводы

Конечным продуктом проекта является напечатанная модель восьмицилиндрового V-образного кривошипно-шатунного механизма с возможностью присоединения к LEGO EV3.

Перспективы использования результатов работы

В качестве одного из вариантов развития проекта возможно создание базы для шагающего робота. Подобных роботов можно использовать на уроках и в кружках робототехники. Также возможен выбор более прочного филамента (PETG) для продления срока службы модели.