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

Autodesk Inventor – содержит полный набор гибких инструментов для машиностроительного 3D-проектирования, анализа изделий, создания инструментальной оснастки, проектирования на заказ и обмена проектными данными.

В САПР встроены следующие опции:

- динамический анализ;

- оптимизация конструкции;

- анализ методом конечных результатов.

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 статического 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.

Чтобы проверить, что станочное приспособление еще на этапе проектирования выдерживает требуемые нагрузки, выполним статический анализ с помощью программного комплекса Autodesk Inventor Professional. Выполняется моделирование фрезерного пневматического приспособления (рис. 2), применяемого для зажима заготовки детали «Ступица гидроцилиндра» (рис. 1).

Рис. 1. Модель детали «Ступица гидроцилиндра»

Рис. 2. Модель фрезерного приспособления для закрепления заготовки детали «Ступица гидротрансформатора»

С помощью модели фрезерного приспособления выполним статический расчет на прочность базовой  детали приспособления – корпус. Анализ осуществляется при зажатии заготовки. Корпус изготавливается из серого чугуна СЧ 20 ГОСТ 1412-85. Корпус воспринимает силы обработки и закрепления заготовки, поэтому он должен быть жестким и прочным при минимальной массе.

Определяются физические параметры чугуна СЧ20 (рис. 3).

Рис. 3. Физические параметры материала – СЧ 20

Вводятся общая цель и параметры моделирования (рис. 4).

Рис. 4. Цель и параметры моделирования

Осуществляется  настройка сети (рис. 5).

Рис. 5. Настройка сети

Физические и механические свойства СЧ 20 показаны  на рис. 6.

Рис. 6. Физические и механические свойства СЧ 20

Назначаются  рабочие условия для модели детали «Корпус».

Чтобы провести прочностный расчет, необходимо определить в каком направлении осей X, Y, Z находятся самые большие усталостные нагрузки (опасные сечения).

Для этого:

- проделывается моделирование детали в каждом направлении с приложением силы равной 10000Н;

- определяется максимальное/минимальное смещение поверхностей и коэффициент запаса прочности в каждом направлении.

Выделяются поверхности и грани (рис. 7) детали «Корпус» при установке и зажиме данной детали на рабочем столе фрезерного станка.

Рис. 7. Выделенные поверхности  и грани детали «Корпус» при установке и зажиме на рабочем столе фрезерного станка

Расчет на прочность 1 – Действие нагрузки 10000 Н по оси Z.

 Рабочие условия (рис. 8).

Рис. 8. Рабочие условия для модели детали «Корпус»

Выделяются поверхности  и грани детали «Корпус» при действии нагрузки 10000 Н по оси Z (рис. 9).

Рис. 9. Выделенные поверхности  и грани детали «Корпус» при действии нагрузки 10000 Н по оси Z

Определенные сила и момент реакции в зависимостях показаны на рис. 10.

Рис. 10. Сила и момент реакции в зависимостях

Деформации (смещения) и коэффициент запаса прочности детали «Корпус» при действии нагрузки 10000 Н по оси Z представлены на рис. 11 и 12.

Рис. 11. Деформации (смещения) детали «Корпус» при действии нагрузки 10000 Н по оси Z

Рис. 12. Коэффициент запаса прочности детали «Корпус» при действии нагрузки 10000 Н по оси Z

Результаты моделирования 1 представлены на рис. 13.

Рис. 13. Результаты моделирования 1

Результаты моделирования показывают, что при действии нагрузки 10000 Н по оси Z максимальное смещение составляет 0,00593809 мм, коэффициент запаса прочности равен 15. Масса детали 48 кг.

Отсюда вывод: конструкция детали «Корпус» соответствует требованиям прочности и жесткости.

Расчет на прочность 2 – Действие нагрузки 10000Н по оси X.

Рабочие условия (рис. 14).

Рис. 14. Рабочие условия для модели детали «Корпус»

Выделяются поверхности  и грани детали «Корпус» при действии нагрузки 10000 H по оси Х (рис. 15).

Рис. 15. Выделенные поверхности  и грани детали «Корпус» при действии нагрузки 10000 H по оси X

Определенные сила и момент реакции в зависимостях (рис. 16).

Рис. 16. Определенные сила и момент реакции в зависимостях

Деформации (смещения) и коэффициент запаса прочности детали «Корпус» при действии нагрузки 10000 Н по оси Х предствлены на рис. 17 и 18.

Рис. 17. Деформации (смещения) детали «Корпус

Рис. 18. Коэффициент запаса прочности детали «Корпус» при действии нагрузки 10000 Н по оси Х

Результаты моделирования 2 представлены на рис. 19.

Рис. 19. Результаты моделирования 2

Результаты моделирования показывают, что при действии нагрузки 10000 Н по оси Х максимальное смещение составляет 0,0192217 мм  коэффициент запаса прочности равен 15. Масса детали 48 кг.

Отсюда вывод: конструкция детали «Корпус» соответствует требованиям прочности и жесткости.

Расчет на прочность 3 – Действие нагрузки 10000Н по оси Y.

Рабочие условия (рис. 20).

Рис. 20. Рабочие условия для модели детали «Корпус»

Выделяются поверхности  и грани детали «Корпус» при действии нагрузки 10000 Н по оси Y (рис. 21).

Рис. 21. Выделенные поверхности  и грани детали «Корпус» при действии нагрузки 10000 H по оси Y

Определенные сила и момент реакции в зависимостях (рис. 22).

Рис. 22. Определенные сила и момент реакции в зависимостях

Деформации (смещения) и коэффициент запаса прочности детали «Корпус» при действии нагрузки 10000 Н по оси Y представлены на рис. 23 и 24.

Рис. 23. Деформации (смещения) детали «Корпус» при действии нагрузки 10000 Н по оси Y

Рис. 24. Коэффициент запаса прочности детали «Корпус» при действии нагрузки 10000Н по оси Y

Результаты моделирования 3 представлены на рис. 25.

Рис. 25. Результаты моделирования 3

Результаты моделирования показывают, что при действии нагрузки 10000 Н по оси Y максимальное смещение составляет 0,0106675 мм  коэффициент запаса прочности равен 15. Масса детали 48 кг.

Результаты моделирования 1, 2, 3 показывают, что конструкция детали «Корпус» соответствует требованиям прочности и жесткости. При этом максимальные перемещения (деформации) появляются в направлении действия усилия по оси X.

Следовательно, с помощью программного комплекса  Autodesk Inventor Professional отмечены  прочностные  характеристики фрезерного пневматического приспособления, отвечающие требованиям прочности, гарантирующие точность изготовления детали «Ступица гидротрансформатора».

Список литературы:

1. 3D-САПР для проектирования изделий [Электронный ресурс]. URL: https://www.autodesk.com/products/inventor/free-trial (Дата обращения 13.10.2019).