WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 |   ...   | 8 | 9 || 11 | 12 |

Пример выполнения работы Рассмотрим в качестве примера проектирование комплекта из 3-х роликов для накатывания метрической резьбы М27х2 (рис. 6.2). Наружный диаметр резьбонакатных роликов 80 мм, ширина 20 мм, диаметр посадочного отверстия роликов 40 мм. Диаметр заготовки под накатывание резьбы 25,7 мм. Заборная часть каждого ролика комплекта состоит из одного витка.

60° Рис. 6.2. Профиль метрической резьбы шагом 2 мм по ГОСТ 9150-2002.

Запустим T-FLEX CAD и создадим новую 3D модель, сохранив ее в каталог, указанный преподавателем, с именем вида 41ИС_Иванов6_1.grs, где 41ИС – название группы, Иванов – фамилия студента, 6 – номер работы, 1 – номер варианта, grs – расширение, автоматически присваиваемое файлам учебной версии T-FLEX CAD.

Для упрощения модели и сокращения машинного времени на ее пересчет при оптимизации, при геометрическом моделировании n-ое количество роликов можно представить как один ролик с заборной частью, длина которой в n раз больше длины заборной части каждого ролика комплекта.

Таким образом, для проектирования профиля заборной части комплекта резьбонакатных роликов необходимо создать параметрическую 3D модель, состоящую из 2-х тел вращения – заготовки с накатываемой резьбой и резьбонакатного ролика, имеющего 3 витка заборной части. Метрическую резьбу для упрощения построений можно приближенно представить как треугольную с углом при вершине 60°. Для упрощения процесса моделирования можно так же принять, что угол подъема резьбы равен 0°, т. е.

витки резьбы заготовки также кольцевые.

Методика расчета рационального профиля заборной части резьбонакатных роликов следующая: Вначале задается некоторое значение начального радиального обжатия h1 (глубины внедрения первого витка инструмента в заготовку). Затем производится расчет текущих радиальных обжатий, обеспечивающих равенство МПК, для второго и третьего витков. Если формируемый при этом всеми тремя витками профиль резьбы на заготовке выше или ниже установленных чертежами резьбы предельных значений, начальное радиальное обжатие корректируется в большую или меньшую сторону, в зависимости от того меньше или больше суммарное радиальное обжатие требуемой глубины внедрения, и расчет повторяется.

Для создания 3D модели заготовки начертим на рабочей плоскости «Вид слева» 2D профиль заготовки с накатываемой резьбой (рис. 6.3).

Профиль заготовки должен иметь проекции кольцевых канавок, последовательно формируемых витками заборной части, с учетом выпучивания металла при внедрении витков инструмента в заготовку.

0,0, y x Р Рис. 6.3. 2D профиль заготовки на рабочей плоскости «Вид слева».

заг r h h h h K h h K h K h K h h h Выпучивание учитывается с помощью коэффициента высоты выдавленного профиля Kh, равного отношению высоты выпучивания к глубине внедрения инструмента в заготовку (текущему радиальному обжатию).

При накатывании наружных резьб коэффициент высоты выдавленного профиля можно принять равным 0,7. Начальные значения текущих радиальных обжатий для первого, второго и третьего витков заборной части и первого витка калибрующей, который так же осуществляет деформацию металла, (h1, h2, h3 и h4) принимаем, например, равными 0,40; 0,20; 0,и 0,10 мм соответственно. Завершив построение профиля заготовки выйдем из рабочей плоскости «Вид слева» в 3D окно, выбрав на панели «Управление активной рабочей плоскостью» пиктограмму.

Затем с помощью команды «Создать вращение» создаем 3D модель заготовки (рис. 6.4). Для того, чтобы повернуть профиль вокруг своего ребра, указываем вначале первую точку данного ребра (пиктограмма в автоменю), а затем вторую (пиктограмма в автоменю). Подтверждение создания 3D операции с заданными параметрами производится выбором в автоменю пиктограммы.

Рис. 6.4. 3D модель заготовки.

Для построения 3D модели резьбонакатного ролика необходимо создать новую рабочую плоскость с помощью команды «3W: Построить рабочую плоскость»:

Клавиатура Текстовое меню Пиктограмма <3> “Построения|Рабочая плоскость” После вызова команды укажем, что создаваемая рабочая плоскость должна быть параллельна рабочей плоскости «Вид слева» (пиктограмма в автоменю). В служебном окне «Свойства» укажем, что создаваемая плоскость должна находится от рабочей плоскости «Вид слева» на расстоянии rзаг+ rин- h4, где h4=h1+h2+h3+h3 - накопленное радиальное обжатие для четвертого витка резьбы заготовки, и подтвердим ее создание выбором в автоменю пиктограммы.

На новой рабочей плоскости (по умолчанию – «Рабочая плоскость_3») строим 2D профиль, необходимый для создания 3D модели резьбонакатного ролика (рис. 6.5). Поскольку шаг резьбы сравнительно небольшой, а ширина роликов определяется исходя из посадочных размеров резьбонакатной головки, с целью экономии материала ролики целесообразно сделать двухсторонними.

Созданный профиль поворачиваем вокруг оси вращения ролика и получаем геометрическую 3D модель накатывания резьбы с осевой подачей (рис. 6.6).

Для того чтобы определить площадь пятна контакта инструмента и заготовки необходимо найти объемы металла, деформируемого каждым витком резьбонакатного инструмента, представляющие собой общую часть 3D моделей инструмента и заготовки. Это можно сделать с помощью булевой операции «Пересечение» (“Текстовое меню|Операции|Булева”), выбрав в автоменю пиктограмму (рис 6.7).

Для расчета рационального профиля заборной части необходимо измерить площади пятна контакта каждого витка заборной части с заготовкой и подобрать такие значения текущих радиальных обжатий для этих витков, которые обеспечат равенство площадей. Площадь поверхности в TFLEX CAD может быть измерена с помощью команды «РМ: Провести измерения»:



Клавиатура Текстовое меню Пиктограмма

“Параметры|Измерить ” y B x Р //Рис. 6.5. 2D профиль резьбонакатного ролика на рабочей плоскости «Рабочая плоскость_3».

ин r отв r h h h Рис. 6.6. 3D модель накатывания треугольной резьбы с осевой подачей.

SkSkSkSkРис. 6.7. Объемы деформируемого металла при резьбонакатывании.

После вызова команды выберем в автоменю пиктограмму «Измерить параметр одного элемента», а затем укажем с помощью ЛКМ боковую грань контакта первого витка заборной части с заготовкой, площадь которой необходимо измерить (рис. 6.8). С учетом симметрии полученных булевой операцией «Пересечение» объемов, площадь грани, выбранной так, как показано на рисунке 6.8, будет равна МПК первого витка инструмента и заготовки, поскольку при накатывании резьбы контакт инструмента и заготовки происходит только по передней поверхности инструмента (за инструментом остается уже сформированная резьбовая канавка).

Рис. 6.8. Измерение МПК первого витка.

После этого необходимо указать в служебном окне «Свойства» измеряемый параметр («свойство») элемента area (площадь поверхности) и создать переменную Sk1, равную МПК первого витка заборной части с заготовкой. Создание новой переменной подтвердим с помощью выбора пиктограммы в автоменю.

Аналогично создаются переменные Sk2, Sk3 и Sk4, равные площади пятна контакта второго и третьего витков инструмента с заготовкой. Затем создаем вспомогательные переменные Sk2 = Sk1 – Sk2, Sk3 = Sk1 – Sk3 и Sk4 = Sk1 – Sk4, характеризующие неравномерность нагружения соответствующих витков.

В результате список переменных должен принять вид, приведенный на рис. 6.9.

Рис. 6.9. Список переменных параметрической 3D модели накатывания резьбы с осевой подачей.

Все необходимые переменные определены. Приступаем к формированию заданий на оптимизацию. Оптимизация моделей осуществляется с помощью команды «PO: Оптимизировать модель»:

Клавиатура Текстовое меню Пиктограмма <Р><О> “Параметры| Оптимизация ” После вызова команды на экране появляется окно «Задания на оптимизацию». Для ввода нового задания на оптимизацию в данном окне нажмем графическую кнопку [Добавить]. При этом на экране появляется диалоговое окно «Параметры оптимизации» (рис. 6.10). В данном окне необходимо задать целевую функцию, для которой будет осуществляться оптимизация; переменную, значения которой будут изменяться при оптимизации, и алгоритм оптимизации. Первым заданием на оптимизацию в нашем случае будет расчет текущего радиального обжатия второго витка заборной части, обеспечивающего равенство МПК первого и второго витков заборной части резьбонакатного ролика.

Рис. 6.10. Формирование первого задания на оптимизацию.

Целевой функцией для первого задания является условие равенства МПК второго первого витка заборной части (то есть равенство нулю вспомогательной переменной Sk2).

Для указания переменной, значение которой будет оптимизироваться, необходимо нажать на графическую кнопку [Добавить], находящуюся в поле «Переменные» диалогового окна «Параметры оптимизации» (рис. 6.10). В открывшемся окне «Добавление переменной» выбираем из списка переменную h2 (текущее радиальное обжатие второго витка заборной части), задаем интервал его изменения от 0 до 0,5 мм и подтверждаем ввод нажатием графической кнопки [ОК] в окне «Добавление переменной».

Для выбора алгоритма оптимизации нажмем графическую кнопку [Алгоритм] в окне «Параметры оптимизации» (рис. 6.10). При этом на экране открывается окно «Параметры алгоритма оптимизации» (рис. 6.11).

Поскольку функция Sk2=f(h2) имеет простую структуру и в данном диапазоне изменения переменной h2 монотонно возрастает, для ускорения расчетов в качестве метода оптимизации выбираем «Быстрый поиск». Для повышения точности расчетов и избежания ошибок используем для выбора начального приближения при оптимизации предварительный анализ с вызовами функции. Остальные параметры алгоритма оставляем заданными по умолчанию. Выбор подтверждаем нажатием графической кнопки [ОК] в диалоговом окне «Параметры алгоритма оптимизации».

Рис. 6.11. Выбор алгоритма оптимизации.

Запуск оптимизации по первому заданию должен осуществляться пользователем.

Все параметры первого задания на оптимизацию определены. Нажимаем графическую кнопку [ОК] в диалоговом окне «Параметры оптимизации».

Аналогичным образом формируем задания на оптимизацию текущих радиальных обжатий третьего и четвертого витков. Приступаем к расчету рационального профиля заборной части. Для этого в окне «Задания на оптимизацию» выбираем первое задание (рис. 6.12) и нажимаем графическую кнопку [Выполнить]. Система T-FLEX начинает оптимизацию 3D модели в соответствии с заданием. При этом на экране открывается информационное окно (рис. 6.13), информирующее пользователя о ходе процесса оптимизации и найденном лучшем значении параметра оптимизации.

Рис. 6.12. Запуск оптимизации по первому заданию.

Рис. 6.13. Информационное окно при оптимизации модели.

После того, как лучшее решение будет найдено, информационное окно примет вид, изображенный на рис. 6.14. В данном окне приведено новое значение переменной h2, наилучшим образом удовлетворяющее целевой функции, т.е. обеспечивающее равенство МПК первого и второго витков заборной части. Новое значение переменной h2 автоматически присваивается соответствующему размеру в 3D модели.





Рис. 6.14. Вид информационного окна после завершения оптимизации по первому заданию.

Закрываем информационное окно нажатием графической кнопки [ОК] и приступаем к выполнению второго и третьего задания оптимизации.

Полученное в результате оптимизации радиальных обжатий суммарное радиальное обжатие для всех витков заборной части h=h1+h2+h3+h4= 0,40+0,175+0,108+0,087=0,77 мм, что достаточно для формирования полного профиля резьбы. Производить пересчет не требуется.

После завершения расчета профиля заборной части по 3D модели необходимо распределить рассчитанные значения текущего радиального обжатия по всем роликам комплекта. Текущее радиальное обжатие 1-го витка ролика 3D модели будет являться текущим радиальным обжатием 1-го витка 1-го ролика комплекта, 2-го витка – 1-го витка 2-го ролика комплекта, 3-го витка – 1-го витка 3-го ролика комплекта, 4-го витка – 2-го витка 1го ролика комплекта.

Все необходимые расчеты закончены. Переходим в окно 2D вида и строим параметрический чертеж комплекта резьбонакатных роликов (рис. 6.15).

Рис. 6.15. Чертеж комплекта резьбонакатных роликов.

Полученный параметрический чертеж позволяет при изменении геометрических размеров резьбы и посадочных размеров инструмента получать рабочий чертеж комплекта резьбонакатных роликов с рациональным профилем заборной части без применения специальных расчетных программ.

Проектирование комплекта резьбонакатных роликов к 3-х роликовой аксиальной резьбонакатной головке с рациональным профилем заборной части завершено.

Работа №Разработка рациональной конструкции элементов технологической оснастки с помощью моделирования их напряженно-деформированного состояния методом конечных элементов в T-FLEX CAD 3D.

В настоящее время в области конструирования и эксплуатации режущего инструмента и технологической оснастки накоплен большой опыт как в отечественной, так и в зарубежной машиностроительной промышленности. Созданы типовые конструкции высокопроизводительных приспособлений, обеспечивающие высокую точность и экономичность изготовления деталей. Однако при проектировании технологической оснастки, особенно нестандартной, конструктору часто приходится сталкиваться с серьезными трудностями. Это связано с тем, что детали приспособлений имеют сложную пространственную форму, что существенно затрудняет их расчеты на прочность, объемную и контактную жесткость и т.д. Проектируемая конструкция деталей технологической оснастки часто оказывается нерациональной: не обеспечивающей необходимых требований по прочности и жесткости либо излишне материалоемкой. Значительные затруднения вызывает иногда и расчет сложного сборного режущего инструмента.

Упростить подобные расчеты, повысить производительность труда и качество работы конструктора, избежать значительного количества ошибок можно, применив при проектировании технологической оснастки и режущего инструмента современные методы инженерного анализа, в частности метод конечных элементов (МКЭ).

Метод конечных элементов, разработанный на основе матричных методов расчета механических конструкций, является сегодня как одним из основных способов решения задач, описываемых уравнениями математической физики в частных производных (задачи теорий упругости и пластичности, теплопроводности, диффузии, распространения волн и т.д.).

Идея МКЭ состоит в том, что любую непрерывную величину можно аппроксимировать дискретной моделью, которая строится на множестве кусочно-непрерывных функций, определенных на конечном числе областей.

Кусочно-непрерывные функции определяются с помощью значений непрерывной величины в конечном числе точек рассматриваемой области. Аппроксимирующие функции могут быть как линейными (для конечных элементов первого порядка), так и нелинейными (для конечных элементов более высоких порядков).

При расчете с помощью МКЭ тело разбивается на простые по форме части, называемые конечными элементами и имеющие ограниченное число степеней свободы. Конечные элементы соединены между собой в отдель ных точках - узлах, куда прикладываются фиктивные силы, эквивалентные поверхностным напряжениям, распределенным по границам элементов.

Действующие на конструкцию внешние нагрузки приводятся к эквивалентным силам, прикладываемым в узлах конечных элементов. Ограничения на перемещение конструкции (закрепления) также переносятся на конечные элементы, которыми моделируется исходный объект. Поскольку каждый КЭ имеет заранее определенную форму и известны его геометрические характеристики и характеристики материала, для каждого КЭ, которыми моделируется конструкция, можно записать систему линейных алгебраических уравнений (СЛАУ), определяющих смещение узлов КЭ под действием приложенных в эти узлы сил.

Записывая систему уравнений для каждого конечного элемента, аппроксимирующего исходную физическую систему, рассматриваем их совместно и получаем систему уравнений для полной конструкции. Порядок этой системы уравнений равен произведению количества подвижных узлов конструкции на число введённых степеней свободы в одном узле (как правило десятки или сотни тысяч алгебраических уравнений).

Pages:     | 1 |   ...   | 8 | 9 || 11 | 12 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.