КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПРИ РАЗРАБОТКЕ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОЙ ОСНАСТКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

DESIGN AND TECHNOLOGICAL SOLUTIONS IN THE DEVELOPMENT OF SPECIALIZED RIGGING USING SIMULATION

Filipp Kazantsev

Master student, Department of Mechanical Engineering Technology, Arzamas Polytechnic Institute (branch) of the Nizhny Novgorod State Technical University named after R.E. Alekseeva,

Russia, Arzamas

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассмотрена возможность использования программных средств имитационного моделирования в части реализации конструкторско-технологических решений при разработке специализированной оснастки. Исследования над виртуальной математической моделью изделия производились в программном обеспечении SolidSimulation.

ABSTRACT

This article discusses the possibility of using simulation software in terms of the implementation of design and technological solutions in the development of specialized equipment. Research on a virtual mathematical model of the product was carried out in the SolidSimulation software.

Ключевые слова: SolidSimulation, тензометрический датчик, специализированная оснастка, имитационное моделирование, трехмерная модель, расчет на прочность.

Keywords: SolidSimulation, strain gauge, specialized tooling, simulation, 3D model, strength calculation.

В современном производстве радиотехнических изделий требуется использование нестандартной оснастки, в которой довольно часто применяются тензометрические датчики, различные средства обратной связи и т.д.

В данной статье рассматривается процесс реализации обратной связи на основе тензометрических датчиков веса в установке по проверке электрических характеристик подстроечных резисторов.

При разработке пятиместной установки для проверки резисторов на производстве (см. рисунок 1) инженером-разработчиком широко использовались средства программного анализа конструкции, а так же имитационного моделирования процессов, происходящих при работе изделия.

Рисунок 1. Установка проверки электропараметров резисторов

При определении момента страгивания резистора в данной установке используется тензометрический датчик (в составе конструкции датчика-сенсора), позволяющий реализовать обратную связь между контролируемым изделием и системой управления установкой.

Конструкция датчика сенсора в проектируемой установке состоит из следующих втулка бронзовая, двигатель шаговый, кронштейн двигателя, тензометрический датчик веса, кронштейн датчика (см. рисунок 2)

Рисунок 2. Конструкция датчика сенсора в проектируемой установке

Особенностью спроектированной установки является автоматический узел измерения момента страгивания контролируемого подстроечного резистора на основе тензометрических датчиков веса (см. рисунок 3).

Рисунок 3.  Использование тензометрических датчиков в конструкции измерителя страгивания контролируемого подстроечного резистора

Принцип работы измерителя страгивания контролируемого подстроечного резистора следующий (см. рисунок 4).

Рисунок 4. Конструкция измерителя момента страгивания контролируемого подстроечного резистора

Шаговый двигатель, имеющий два выходных вала с двух противоположных сторон закреплен шарнирно с двух сторон: с одной стороны он установлен в радиальный шарикоподшипник, с другой стороны в бронзовую втулку. Сам двигатель закреплен на кронштейн двигателя, который, с одной стороны, жестко связан с одним из концов тензометрического датчика веса. С другой стороны, тензометрический датчик веса жестко закреплен к неподвижному кронштейну датчика. Таким образом, если оказывать осевое крутящее усилие на двигатель, то на тензометрическом датчике будет формироваться сигнал, по величине которого можно говорить о величине крутящего момента. К выходному вала двигателя закреплена отвертка с регулируемым моментом, которая при опускании блока двигателей попадает в паз контролируемого изделия и при вращении шагового двигателя через нее передается крутящий момент на двигатель и, как следствие, с использованием тензометрического датчика можно определить его величину.

При исследовании возможности использования тензометрического датчика в конструкции сенсора требовалось выполнить расчет в программном обеспечении SolidWorksSimulation.

Первоначально необходимо создать расчетную модель (см. рисунок 5)

Рисунок 5. Расчетная модель для исследования

Далее необходимо в программном обеспечении SolidWorksSimulation сгенерировать статическое исследование и задать материалы деталей, входящих в конструкцию (см. рисунок 6).

Рисунок 6. Материалы деталей, входящих в конструкцию

Далее необходимо задать условия по фиксации модели в пространстве. В нашем случае модель жестко зафиксирована по нижней грани кронштейна датчика (см. рисунок 7).

Рисунок 7. Жесткая фиксация поверхности кронштейна датчика

Кронштейн двигателя имеет возможность перемещения по плоскости перпендикулярно оси двигателя, но не может перемещаться вдоль оси двигателя, таким образом, данное ограничение может бать задано с помощью крепления «Ролик-ползун» (см. рисунок 8).

Рисунок 8. Крепление кронштейна двигателя

Шаговый двигатель опирается на кронштейн двигателя, имеет возможность вращаться относительно оси, но не может перемещаться вдоль оси. В данном случае целесообразно использовать крепление «Зафиксированный шарнир» (см. рисунок 9).

Рисунок 9. Крепление шагового двигателя

Тензометрический датчик закреплен на кронштейне датчика с помощью двух винтов М3. Их зададим виртуально (см. рисунок 10).

Рисунок 10. Винты крепления тензометрического датчика

Единственная внешняя сила, которая действует на исследуемую конструкцию – это крутящий момент, который система воспринимает от контролируемого изделия. Его значение – 0,05 Нм. Приложен он к валу шагового двигателя (см. рисунок 11).

Рисунок 11. Приложение крутящего момента от контролируемого изделия

В качестве глобального контакта деталей используется «Связанные», что говорит о совместной сетке данных деталей, исключением является контакт между кронштейном датчика и тензометрическим датчиком. Там реализован контакт – Нет проникновения (см. рисунок 12).

Рисунок 12. Контакт «Нет проникновения»

Для расчета необходимо сгенерировать сетку конечных элементов (см. рисунок 13).

Рисунок 13. Сетка конечных элементов

В результате вычислений были получены следующие данные. Эпюра напряжений представлена на рисунке 14.

Рисунок 14.  Эпюра напряжений исследуемой модели

По данной эпюре видно, что максимальное напряжение равно 39,861 МПа и возникает в месте крепления тензометрического датчика (от момента затяжки винтов М3).

Рассмотрим напряжения, которые возникают в самом тензометрическом датчике (см. рисунок 15).

Рисунок 15.  Напряжения в датчике

Определим напряжения по кромке датчика с помощью зондирования (см. рисунок 16).

Рисунок 16. Зондирование напряжений датчика

По данной эпюре видно, что по центру датчика возникает напряжение 0,4 МПа. Рассмотрим эпюру перемещений исследуемой конструкции (см. рисунок 17).

Рисунок 17. Перемещение точек тензометрического датчика

По данной эпюре видно, что перемещение точек датчика равно 5 мкм.  Дискретность тензометрического датчика должна быть не более рассчитанной величины. То есть он должен воспринимать изгиб менее 5 мкм, чтобы его можно было использовать в нашей конструкции.

Вывод: в результате проведенного исследования была рассчитана дискретность тензометрического датчика и выполнен прочностной расчет узла измерения момента страгивания контролируемого изделия.

Список литературы:

1. Ковшов А.Н. Технология машиностроения: учебник. М.: Лань, 2016. — 320 с.
2. SOLIDWORKS SimulationHelp: официальный сайт. – URL: http://help.solidworks.com/2018/english/solidworks/cworks/idc_help_helptopics.htm (дата обращения: 13.09.2021)