МОДЕЛИРОВАНИЕ И СТАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СТАНОЧНОГО ПРИСПОСОБЛЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА AUTODESK INVENTOR PROFESSIONAL

Программные комплексы высокого уровня, каким например, является Autodesk Inventor Professional, предусматривают интеграцию конструкторских, технологических и аналитических программных подсистем в единую систему.

Основные преимущества Autodesk Inventor Professional:

- повышение производительности проектирования за счет гибких функций трехмерного детального конструирования;

- создание 3D-моделей любой детали или сборки;

- специальный набор инструментов для создания инструментальной оснастки;

- анализ изделий;

- помогает инженерам проводить проектирование, анализ и основные расчеты в ходе конструкторского замысла еще до того, как будет изготовлен опытный образец.

В САПР встроены следующие опции:

- динамический анализ;

- оптимизация конструкции;

- анализ методом конечных результатов.

Динамический анализ дает возможность конструкторам и инженерам оценить прочностные  характеристики изделия еще на цифровой модели, изучить расположение, скорости и ускорения движущихся деталей, прежде чем приступить к дорогостоящему этапу проектирования прототипов.

Основные возможности программного комплекса при динамическом анализе:

- задание нагрузки;

- отслеживание траектории;

- построение графиков;

- анимированная визуализация;

- выполнение отчетов.

Оптимизация конструкции позволяет проверить и оптимизировать работу изделия до изготовления опытного образца. Средства динамического анализа и расчета напряжений дают возможность изучить поведение изделий в реальных условиях, при этом нет необходимости заниматься проработкой всех вариантов, так как при выполнении оптимизационного расчета видно как оказывает влияние на изделие варианты параметров. Расчетная система помогает задавать нагрузки, выполнять расчеты и интегрировать результаты расчетов. Расчеты выполняются методом конечных элементов после выполнения динамического и статичного анализов.

Опции программного комплекса при анализе методом конечных элементов:

- настройка среды расчетов;

- статический расчет;

- модальный анализ;

- анализ рам;

- вывод результатов расчетов;

- адаптивные алгоритмы расчета;

- редактируемые отчеты.

 Проводится моделирование и статический анализ пневматического  приспособления для закрепления заготовки детали «Колесо зубчатое» на зубофрезерной операции, выполняемой на зубофрезерном станке модели 5К32 с помощью программного комплекса Autodesk Inventor Professional.

Для этого создается 3-D модель приспособления в программе Autodesk Inventor Professional (рисунок 1).

Рисунок 1. Модель приспособления с пневматическим зажимом для зажима заготовки детали «Колесо зубчатое»

На основании модели приспособления произведем статический расчет на прочность наиболее нагруженной детали приспособления – «Опора». Данный анализ проводится при  зажатии заготовки.

Назначаются физические параметры детали «Опора» (рисунок 2). Материал – сталь 45 ГОСТ 1050-2013.

Рисунок 2. Физические параметры детали «Опора»

Определяются общая цель и параметры моделирования (рисунок 3).

Рисунок 3. Цель и параметры моделирования

  Производится  настройки сети (рисунок 4).

Рисунок 4. Настройка сети

Назначается материал для детали «Опора» - сталь 45 ГОСТ 1050-2013.

Физические и механические свойства стали 45 представлены на рисунке 5.

Рисунок 5. Физические и механические свойства стали 45

Задаются рабочие условия для модели детали «Опора», начиная с нагружений (сила Р = 5850Н – требуемая сила зажима заготовки) (рисунок 6).

Рисунок 6. Рабочие условия для модели детали «Опора»

Выбираются поверхности (рисунок 7) и грани (рисунок 8) опоры при зажатии заготовки в приспособлении.

Рисунок 7. Выбранные поверхности опоры при зажатии заготовки в приспособлении

Рисунок 8. Выбранные грани опоры при фиксации заготовки в приспособлении

Определяется сила и момент реакции в зависимостях (рисунок 9).

Рисунок 9. Сила и момент реакции в зависимостях

Деформации (смещения) и запас прочности опоры при действии усилия зажима показаны на рисунках 10 и 11 соответственно.

Рисунок 10. Деформации (смещения) при действии усилия зажима опоры

Рисунок 11. Коэффициент запаса прочности детали «Опора»

В результате проведенного статического анализа получены результаты расчета (рисунок 12).

Рисунок 12. Результаты расчетов статистического анализа

Из таблицы результата и рисунков 10 и 11 видно, что максимальное смещение составляет всего 0,0006 мм, коэффициент запаса прочности равен 15, масса детали 3,23 кг.

Можно сделать вывод, что конструкция опоры отвечает требованиям прочности и жесткости.

Изменим конструкцию опоры с целью уменьшения массы и также с помощью программного комплекса  Autodesk Inventor Professional  определим прочностные характеристики данной детали.

Расчет на прочность детали приспособления – Опора. Мероприятия по снижению массы: поверхность, которой опора устанавливается на шлицевую оправку выполнили в виде ребер шириной 16 мм.

Выбираются поверхности и грани (рисунок 13, 14) опоры при зажатии и фиксации заготовки в приспособлении.

Рисунок 13. Выбранные поверхности  опоры при зажатии заготовки в приспособлении

Рисунок 14. Выбранные грани опоры при зажатии заготовки в приспособлении

Определяется сила и момент реакции в зависимостях (рисунок 15).

Рисунок 15 - Сила и момент реакции в зависимостях

В результате проведенного статистического анализа получены результаты расчета (рисунок 16).

Рисунок 16. Результаты расчетов статистического анализа

Деформации (смещения) и запас прочности кондукторной плиты при действии усилия зажима показаны на рисунках 17 и 18 соответственно.

Рисунок 17. Деформации (смещения) при действии усилия зажима модернизированной опоры

Рисунок 18. Запас прочности прижима при действии усилия зажима

Из таблицы результата и рисунков 17 и 18 видно, что максимальное смещение составляет всего 0,012 мм, коэффициент запаса прочности равен 4,06. Масса детали 1,4 кг.

Можно сделать вывод, что конструкция модернизированной опоры отвечает требованиям прочности и жесткости. Таким образом, удалось снизить массу детали «Опора» на 1,8 кг при сохранении ее эксплуатационных требований.

Аналогично производится расчет на прочность других элементов приспособления, на основании которых делается вывод о прочности приспособления в целом.

Таким образом, автоматизация проектирования станочных приспособлений дает возможность конструкторам и инженерам оценить прочностные  характеристики приспособления, проверить работоспособность еще на цифровой модели, прежде чем переходить к этапу его изготовления.

Список литературы:

1.3-САПР для проектирования изделий [Электронный ресурс]. : https://www.autodesk.com/products/inventor/free-trial (Дата обращения 15.11.2018).