Материал: САПР технологического оборудования. курс лекций. Новокщенов С.Л., Бойко А.Ю

Рис. 30. Меню Toolbox

Кроме того, в SolidWorks Toolbox имеется несколько следующих конструкционных инструментов:

1. Расчет балки - для определения напряжения и деформации балки

2. Расчет подшипника - для определения нагрузки и срока службы подшипника

3. Канавки - для добавления канавок в цилиндрическую деталь

4. Поперечные сечения деталей из конструкционной стали - для добавления эскиза в деталь

По этим программам можно рассчитывать нагрузки, напряжения, выполнить расчеты работоспособности и основного срока службы подшипника, перенести эскиз поперечного сечения балки из конструкционной стали в деталь и т.д. Решение задач автоматизированного проектирования существенно упрощается за счет использования структурно-параметрических моделей. Одной из основных трудностей при решении задач структурного синтеза и анализа является отсутствие четких критериев структурного качества. Для структурно-параметрических моделей можно использовать параметрические критерии качества. Методы структурного синтеза разработаны в значительно меньшей степени, чем методы параметрического синтеза. Создание структурно-параметрических моделей конструкции определенного типа начинается с разработки ее структурной формулы. Структурные формулы описывают не только вариантные конструкции, но и конструкции с из0меняющейся структурой во время рабочего процесса. Структурная формула представляет собой набор цифр фиксированной длины:

()

Длина структурной формулы определяется количеством вариационных признаков конструкции. Каждая позиция структурной формулы соответствует тому или иному вариационному признаку. Проектирование по универсальным моделям ведется в определенной последовательности, которую рассмотрим на примере расчета балок переменного сечения. Балки можно рассчитать, выбрав пункт из меню «Toolbox» пункт «Расчет балки, по выполнению чего появиться следующее диалоговое окно (рис. 31).

Рассматриваемая программа может быть использована для расчета балок следующих типов:

- балка закрепляется с одной стороны, нагрузка прикладывается с другой;

- балка закрепляется с одной стороны, нагрузка прикладывается равномерно;

- балка с опорой по обоим краям, нагрузка прикладывается посередине;

- балка с опорой по обоим краям, нагрузка прикладывается равномерно;

- балка с опорой по обоим краям, несимметричная нагрузка;

- балка с опорой по обоим краям, две симметричных нагрузки.

Рис. 31. Диалоговое окно «Расчет балки»

Вначале по указанным геометрическим параметрам выполняется проверочный расчет (рис. 32).

Рис. 32. Выполнение проверочного расчета

При этом можно выполнить два вида расчетов:

- отклонение;

- напряжение.

Выполняя первый тип расчета можно решить две задачи – прямую и обратную. При решении обратной задачи необходимо ввести модуль упругости материала, момент, длину и нагрузку, результатом будет является расчет отклонения, мм (рис. 33).

Рис. 33. Расчет величины отклонения

Результат расчета можно получить, щелкнув по кнопке «Решить» (рис. 35).

Рис. 34. Результаты расчета величины отклонения

При решении прямой задачи необходимо ввести отклонение, модуль упругости материала, момент и длину, результатом будет является расчет нагрузки (рис. 35).

Рис. 35. Расчет нагрузки в проектируемом сечении балки

Вопросы для самоподготовки:

1. Охарактеризуйте математический аппарат инженерных расчетов?

2. На чем основана автоматизация инженерных методик расчета деталей и узлов кузнечно-штамповочного оборудования?

3. Опишите особенности автоматизированного расчета по универсальным математическим моделям деталей и узлов кузнечно-штамповочного оборудования?

ЧАСТЬ 3

АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАЗОВЫХ ДЕТАЛЕЙ МЕХАНИЗМОВ И МАШИН КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Лекция №11

Машинные испытания в процессе проектирования и исследования кузнечно-штамповочных машин

Теоретические вопросы:

11.1. Структурная схема процесса получения и коррекции проектных параметров

11.2. Автоматизированные испытания деталей и узлов кузнечно-штамповочных машин

11.3. Имитационное моделирование в процессе проектирования кузнечно-штамповочных машин

11.1. Структурная схема процесса получения и коррекции проектных параметров

Процесс получения проектных параметров x можно представить в виде структурной схемы, представленной на рис. 37, в которой параметры x_n, полученные в результате испытаний и процессов изготовления и эксплуатации.

Однако коррекция погрешностей, полученная в результате испытаний и процессов изготовления и эксплуатации, не обеспечивает получения оптимальных проектных параметров, так как сами проектные параметры вычисляются с ошибками, вызванными действием различных дестабилизирующих факторов.

Величина _x, равная разности между идеальными x₀ и фактическими значениями проектных параметров, может быть названа или вычисляется в виде следующих параметров: поле допуска, если отклонения (+₁, -₂) от номинального значения x_H проектного параметра разных знаков; если отклонение ₃ одного знака, то его называют запасом.

Рис. 36. Структурная схема процесса коррекции проектных параметров

Для случайных параметров x_H принимается за математическое ожидание, а отклонение оценивается по s (среднеквадратичным отклонением). При применении размытых (нечетких) множеств относительно x_Н строится область возможных значений x. Степень неопределенности проектных параметров, складывающаяся на этапах проектирования, зависит от следующих дестабилизирующих факторов: неопределенности исходных процесса проектирования, неопределенности объекта и процесса проектирования, неопределенности математической модели объекта проектирования, которая служит основой для выбора значений проектных параметров.

Исходные данные могут быть заданы не в полном объеме. Кроме того, могут быть заданы несовместимые требования к объекту проектирования, что можно отнести к погрешностям задания исходных данных. Особенно это касается требований, уровень значения которых выбирается в результате компромиссных решений. Такими требованиями могут быть точность и производительность обработки, надежность и стоимость оборудования, устойчивость и быстродействие механизмов и т.д. Со стороны объекта проектирования как сложной системы, находящейся под воздействием процесса проектирования, дестабилизирующим фактором является необходимость учета большого числа связей между элементами. Степень неопределенности увеличивается также с учетом многовариантности объекта проектирования и наличия допусков на стандартные элементы и на характеристики материалов. В процессе проектирования конструктор вносит дополнительную неопределенность в результате неточных, неэффективных, а иногда и ошибочных решений. Математические модели расчетных методик, программ моделирования, которые используются для расчета и выбора проектных параметров, получены на основе многократных упрощений и аппроксимаций как при составлении математических зависимостей, так и при их реализации на ЭВМ. Кроме того, значительную неопределенность вносит многокритериальность расчетных моделей, когда проектные параметры одновременно должны обеспечивать высокую точность и производительность, высокую надежность и низкую стоимость и т.д. Влияние перечисленных факторов можно выявить на этапе проведения машинных испытаний предлагаемого варианта решения конструкторско-технологических задач. Целью машинных испытаний является оценка пригодности проектных параметров с учетом дестабилизирующих факторов в процессе проектирования, при испытаниях и эксплуатации нового оборудования.

В отличие от машинного моделирования для обеспечения достоверности принимаемых решений процесс машинных испытаний повторяется многократно. Поэтому машинное моделирование может быть названо одновариантным анализом, а машинные испытания – многовариантным анализом. Машинное моделированное определяет решение в виде номинального значения проектного параметра, а в результате машинных испытаний в общем случае получается область значений проектного параметра относительно его номинального значения.

11.2. Автоматизированные испытания деталей и узлов кузнечно-штамповочных машин

Так как машинные испытания проводятся над математическими моделями с учетом дестабилизирующих факторов, теоретическими основами машинных испытаний служит теория испытаний физических систем. Основными составляющими теории испытаний являются теория чувствительности, теория вероятности и математическая статистика, теория идентификации. С точки зрения сложности алгоритмов испытаний можно выделить три основных уровня испытаний: параметрическая идентификация, структурная идентификация и имитационное моделирование узлов или физических процессов.

В процессе испытаний кузнечно-штамповочной машины ЭВМ рассчитывает программу управления, осуществляет задание режимов работы привода и устройств системы включения, включая имитацию внешних условий работы проектируемого оборудования, обрабатывает результаты испытаний, вычисляет параметры качества и прогнозирует показатели технологической надежности. Компьютерные технологии моделирования широко используются для оценки динамических свойств сложных механических систем. В частности, задача повышения качества выпускаемой продукции и увеличения долговечности рабочих элементов машины связана с исследованием динамики кузнечно-штамповочных машин. Одним из путей решения задачи является использование метода конечных элементов (МКЭ). Наиболее широкие возможности моделирования различных физических процессов предоставляет САПР SolidWorks, применение которой может решить следующие задачи:

•  интеграция SolidWorks с различными Windows-приложениями (CAD/CAM/CAE/PDM/ERP, MS Office, Windows API и др.), подразумевающая создание интерфейсов передачи данных, вызова сервисных утилит, преобразования данных и т.п.;

•  разработка прикладных модулей, добавляющих к базовым возможностям САПР SolidWorks дополнительный функционал в какой-либо специальной предметной области, например решение задач оптики, акустики и т.п.

Благодаря такому подходу специально для SolidWorks было создано большое число модулей, работающих непосредственно в его среде, некоторые из которых приводим далее.

1. Модуль для разводки электрических кабелей Embassy.

 разводка кабелей и формирование жгутов

 генерация схемы разводки и оформление чертежа, получение текстовых отчетов

 раскладка жгутов на монтажном столе

2. Модуль проектирования трубопроводов и библиотека стандартных изделий SolidWorks Piping.

 трехмерная прокладка трасс трубопроводов в сборках SolidWorks

 библиотека стандартных изделий, содержащая более 1700 уникальных деталей

 возможность создавать свои библиотеки деталей или добавлять их в стандартную

3. Модуль создания трехмерных моделей печатных плат CircuitWorks.

 автоматическое создание 3D-моделей печатных плат на основе данных, полученных из электротехнических CAD-систем

 пользовательские библиотеки моделей радиодеталей

 возможность преобразования моделей SolidWorks в IDF-формат

4. Модуль параметризации импортированных моделей в SolidWorks FeatureWorks.

 распознавание конструктивных элементов в импортированных моделях и преобразование их в параметрическую модель SolidWorks

 получение редактируемых, ассоциативных и параметрических моделей

 возможность как автоматического, так и интерактивного распознавания

5. Модуль SolidWorks Animator.

 быстрая и простая генерация AVI-файлов на основе моделей SolidWorks

 создание интерактивной документации и рекламных видеороликов

6. Модуль для создания фотореалистичных изображений PhotoWorks.

 генерация изображений с фотографическим качеством на базе моделей SolidWorks

 экспорт в TIFF, JPEG, PostScript, Targa, BMP, LWI форматы

 задание источников света, окружающей обстановки, характеристик среды

7. Средство просмотра моделей и чертежей SolidWorks - модуль eDrawingPro.

 уникальное средство просмотра чертежей и моделей SolidWorks с одновременным их многократным сжатием

 функция "красного карандаша", дополнительные виды и разрезы, вывод на печать

 упрощенный вариант бесплатно входит в базовый комплект поставки!

8. Модуль в области e-commerce 3D PartStream.NET.

 поиск потенциальных заказчиков вашей продукции через Internet

 позволяет покупателям просматривать, транслировать и загружать 3D модели

Модуль обмена данных через Web-страницы 3d Instant Website.

 создание пользовательских Web-страниц на своем сервере и защищенных паролем страниц на сервере SolidWorks Corporation возможность представлять в Internet 3D-модели с фотографическим качеством

9. Модуль автоматической генерации спецификаций SWR-Спецификация.

 полностью автоматическое заполнение спецификации по ЕСКД

 двусторонняя ассоциативная связь с чертежами и моделями SolidWorks

 встроенные библиотеки материалов и крепежа

 поддержка множества бланков, функции экспорта данных

 генерация других конструкторских и технологических документов

 любые бланки заказчика - бесплатно

10. Библиотека стандартных изделий Toolbox.

 быстрое добавление в сборку комплектов крепежа (болт, гайка, шайба)

 библиотеки подшипников и прокатного сортамента

 проектировочные расчеты балок

 проектирование кулачков

11. Библиотека стандартных изделий StandardWorks и WR-библиотеки.

 пополняемые библиотеки любых параметризованных моделей

 возможность разделение доступа пользователя и администратора

 возможность добавления прямо в сборку с наложением сопряжений

 тесная интеграция с модулем автоматической генерации спецификаций

 возможность настройки на СтП при поставке заказчику

12. Модуль расчета размерных цепей SigmundWorks.

 анализ собираемости сборки из условий заданных допусков

 автоматическое формирование размерной цепи

 прямой и обратный виды расчетов

 расчеты на максимум-минимум, статистический анализ

 учет статистики предприятия при задании функций распределения погрешностей

13. Модуль механообработки CAMWorks.

 3-х координатная фрезерная и 2/4-х координатная токарная обработка

 генератор постпроцессоров в составе базового модуля CAMWorks

 поддержка ассоциативности с геометрией модели

 визуализация процесса обработки, анализ недорезов и зарезов

 обширная база данных станков, инструмента, режимов резания

14. Модули управления проектом - PDM-системы.

 организация электронного документооборота и ведение архивов

 поддержка параллельной работы над проектом

15. Модуль механической и электроэрозионной обработки Mastercam.

 прямой интерфейс обмена с SolidWorks

 фрезерная обработка до пяти осей

 возможность обработки детали боковой поверхностью фрезы

 токарная и электроэрозионная обработка

 функции высокоскоростной обработки

16. Модуль проектирования пресс-форм MoldBase.

 быстрое комплектование пресс-формы на основе нескольких стандартов

 добавление по выбору из библиотеки толкателей, каналов охлаждения...

 возможность создавать свои библиотеки комплектов плит, колонок, толкателей...

17. Модуль проектирования пресс-форм MoldWorks.

 четырнадцать используемых в мире стандартов пресс-форм

 возможность модификации предлагаемых стандартом плит

 обширная библиотека толкателей, колонок, втулок, литниковых колец...

 возможность автоматического пересчета пресс-формы под иной типоразмер

 анализ коллизий между элементами геометрии отдельных плит пресс-формы

18. Модуль анализа проливаемости пресс-форм Plastics Advisers.

 расчет течения пластмассы в форме любой сложности

 определение мест образования пузырьков воздуха, линий холодного спая...

 оптимизация точек впрыска полимера

 определение оптимальных параметров термопласт-автоматов

19. Модуль кинематического анализа Dynamic Designer (ADAMS).

 кинематический анализ сложных механизмов

 определение скоростей, ускорений и взаимных воздействий элементов системы

 передача нагрузок в систему расчета на прочность CosmosWorks

20. Модуль расчета на прочность CosmosWorks.

 разные виды расчета - статический, тепловой, частотный, потери устойчивости

 автоматическая оптимизация размеров конструкции

 работа с деталями и сборками

 возможность учета нелинейных свойств материала

 вывод эпюр напряжений, деформаций, запасов прочности...

21. Модуль расчета на прочность MSC visualNastran.

 расчет движения систем со случайными взаимодействиями элементов

 определение нагрузок, скоростей и ускорений в любой момент времени

 расчет ударных нагрузок

 расчет отдельных деталей на прочность в любой момент движения механизма

22. Модуль аэрогидродинамических расчетов FlowVision.

 счет и визуализация течений жидкостей и газов

 расчеты движения на поверхности раздела двух сред