Твердотельное моделирование и расчёт обоймы крюка грузоподъёмностью 8 тонн

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

«Санкт-Петербургский государственный технологический университет растительных полимеров»

Кафедра «Основы конструирования машин»

Курсовая работа

Твердотельное моделирование и расчёт обоймы крюка грузоподъёмностью 8 тонн

Санкт-Петербург 2014 г.



1. Задание на курсовую работу

2. Моделирование деталей обоймы крюка

1) Моделирование траверсы.

Создадим эскиз на плоскости YZ. На эскизе проведём две взаимно перпендикулярные пересекающиеся осевые линии. Из центра их пересечения нарисуем окружность диаметром 60 мм. Отмерим через центр окружности параллельно оси Y отрезок с центром, совпадающим с центром окружности, длиной 166 мм. Затем провести две окружности диаметром 224 мм и с помощью зависимостей привязать их центры к осевой линии, параллельной координате Y. Длину дуги этих окружностей привязать к точкам на концах отрезка длиной 166 мм при помощи зависимости совмещения. Параллельно оси Yна расстоянии от центра окружности в обе стороны 164 мм проведём отрезки произвольной длины, но пересекающие две дуги окружностей диаметром по 224 мм. Используя инструмент обрезка (клавиша X) отсечём лишние длины отрезков и двух окружностей, чтобы получилось, как показано на рисунке.

Рис. 1. Эскиз 1 тела траверсы.

Выделяем созданный эскиз. В раскрывшемся окне вводим в поле «Ограничение» значение «Расстояние» 70 мм.

Рис. 2. Тело модели траверсы.

На грани, параллельной плоскости YZ, создадим эскиз. С помощью команды «Проецирование геометрии» спроецируем внутреннюю окружность. Из центра этой окружности нарисуем другую окружность радиусом 120 мм.

Примем эскиз и выдавим наружу на 5 мм. На только что созданной плоскости создадим новый эскиз, спроецируем окружности диаметром 60 и 120 мм и начертим новую окружность из их центра диаметром 90 мм.

Рис. 3. Эскиз 2 траверсы. Рис. 4. Эскиз 3 траверсы.

Примем эскиз. Выдавим круглую полость диаметром 90 мм внутрь тела модели. На рис. 5 показано, как должна выглядеть модель на данном этапе проектирования.

Рис. 5. Тело модели траверсы после выдавливания паза под подшипник.

Создаём новый эскиз на плоскости XZ, затем проецируем верхнюю грань модели, из её центра проведём осевую линию и по размерам построим половину сечения, как на

рис. 6.

Рис. 6. Эскиз 4 траверсы.



Принимаем эскиз. С помощью инструмента «Вращение» создадим твёрдое тело.

Выделяем созданное вращением тело, на вкладке «Массив» выберем инструмент «Зеркальное отражение». В качестве плоскости симметрии выберем плоскость XY и нажмём ОК. Создадим все необходимые фаски и сопряжения, зададим материал сталь «Ст5сп» на вкладке «Материал и представление». Готовая модель на рис. 7.

Рис. 7. Модель детали «Траверса».

2) Создание объёмной модели детали «Блок».

На плоскости YZ создаём эскиз сечения блока с центральной осью вращения по размерам, как показано на рис. 8.

Рис. 8. Эскиз 1 блока.

Используем инструмент «Вращение» на 360° на вкладке «Создать» на этом эскизе. Теперь сделаем рёбра, для этого на плоскости YZ создаём новый эскиз и рисуем на нём геометрическую фигуру, повторяющую нужное нам ребро, рис. 9.



Рис. 9. Эскиз 2 рёбер блока.

Выдавливаем симметрично на 15 мм. Выбираем в браузере построенное ребро (Выдавливание1), выбираем на вкладке «Массив» инструмент «Круговой», выбираем ось вращения в центре модели, нажимаем: Создать образец твёрдого тела, размещение - 4 бр, 360 град. Результат на рисунке 10.

Рис. 10. Модель блока.



Теперь создадим по 6 резьбовых отверстий на двух гранях втулки блока. Для этого на одной из граней создадим эскиз и спроецируем геометрию внутренней окружности, чтобы определить точку центра блока из неё строим вспомогательную окружность диаметром 150 мм. На ней ставим точку для дальнейшего построения по ней резьбового отверстия. По окружности жмём правой кнопкой мыши и выбираем «Вспомогательные», чтобы она не участвовала в дальнейшем построении. Принимаем эскиз. На вкладке «Изменить» выбираем «Отверстие». Устанавливаем: обычное, резьбовое отверстие. Вся высота - 27 мм, высота резьбы - 20 мм. Тип резьбы: ISO метрическая, М12х1.25. Выбираем в браузере элемент «Отверстие1» и применяем на него инструмент «Круговой массив». Указываем центральную ось вращения, задаём число вхождений в массив - 6 элементов. Выбираем элемент в браузере «Круговой массив2» и применяем на нём инструмент «Зеркальное отражение», выбираем плоскость симметрии XY.

Рис. 11. Модель детали «Блок».

3) Моделирование крюка.

На плоскости YZ рисуем эскиз крюка без хвостовика по известным размерам, как показано на рис. 12.

Рис. 12. Эскиз 1.Профиль крюка.

Затем создаём две плоскости на концах двух криволинейных отрезков и создаём на них эскизы окружностей диаметрами 62 мм и 30 мм соответственно. Создаём эскиз на плоскости XZ и чертим сечение по размерам, как на рис. 13.



Рис. 13. Эскиз 2. Первое Сечение крюка.

Создадим ещё одно сечение крюка на эскизе плоскости XY по размерам, как на рис. 14.

Рис. 14. Эскиз 3. Второе Сечение крюка.



Затем выбираем инструмент «Выдавливание», в открывшемся окне выбираем «Направляющие». В окне «Сечения» жмём «Добавить» и выбираем созданные четыре сечения. Теперь жмём «Добавить» в окне «Направляющие» и дважды выбираем эскиз профиля крюка (Эскиз1).

Рис. 15. Крюк.

Теперь строим эскиз на кончике крюка, чертим окружность и инструментом «Вращение» с ограничением «До выбранного» придаём ему шарообразную форму. С помощью инструмента «Сопряжение» сглаживаем совмещение сферического тела с крюком.

Рис. 16. Кончик крюка после применения инструмента «Сопряжение».



Создадим эскиз на плоскости XY, спроецируем линию верхней части крюка и от её центра проведём ось симметрии. Построим эскиз, как показано на рис. 17.

Рис. 17. Эскиз 4. Профиль хвостовика крюка.

Применяем на полученном эскизе инструмент «Вращение».

Теперь создадим резьбу на верхней части хвостовика. На вкладке «Изменить» выбираем инструмент «Резьба». Нажимаем на нужную грань на модели левой кнопкой мыши. В открывшемся окне на вкладке «Параметры» ставим галочку «На всю длину». Переходим на вкладку «Параметры». Тип резьбы выбираем ISO метрическая, размер 52 мм, обозначение 52х3, класс 6g, резьба правая.

Выдавим паз под упорную планку в верхней части крюка. Для этого создаём эскиз на плоскости XZ, затем проецируем верхнюю грань крюка на эскиз и чертим от получившейся линии прямоугольник со сторонами 8 мм по вертикали и 20 мм по горизонтали. Примем эскиз и применим на него инструмент «Выдавливание» с ограничением: «Все» и «Симметричность». Выберем тип выдавливания «Вычитание».

Добавим необходимые фаски и сопряжения. Результат можно видеть на рис. 18.

Рис. 18. Модель детали «Крюк».

3. Алгоритм по созданию сборки

Сборка осуществляется посредством сборочных зависимостей в Autodesk Inventor 2013.

1) Совмещение детали «кольцо» с деталью «блок».

Нажимаем «Создать», выбираем «Обычный.iam». Создаётся файл сборки. Переименовываем его в «Обойма крюка». Затем на вкладке панели инструментов «Сборка», затем «Компонент», нажимаем «Вставить». Выбираем файл «Блок.ipt». Размещаем в любом месте на видовом экране. Снова нажимаем «Вставить», выбираем файл «Кольцо.ipt», размещаем так же в любом месте и нажимаем клавишу Escape.

На вкладке «Позиция» выберем инструмент «Зависимость», тип зависимости выберем «Вставка». Затем выберем ребро втулки блока и внутреннее ребро кольца. В поле «Смещение» введём значение 48, чтобы кольцо расположилось точно посередине блока.

Рис. 19. Совмещение стандартного изделия «подшипник» с деталью «блок».

2) Совмещение стандартного изделия «подшипник» с деталью «блок».

Нажимаем стрелочку над командой «Вставить», чтобы развернулся список возможных команд вставки. Выбираем команду «Вставить из Библиотеки компонентов» и раскрываем по порядку папки: «Детали вала» ->«Подшипники» ->«Подшипники шариковые» -> «Подшипники шариковые с глубоким желобом». В конечной папке находим «Подшипник ГОСТ 8338-75». Программа предложит его вставить в отверстие. Выбираем внутреннюю цилиндрическую поверхность блока, первая зависимость есть. Создаём вторую зависимость «Вставка» для внешнего ребра подшипника и внутреннего ребра блока с решением «Заподлицо».

Рис. 20. Совмещение стандартного изделия «подшипник» с деталью «блок».

Так же поступим и со вторым подшипником с другой стороны или воспользуемся инструментом «Зеркальные компоненты».

3) Совмещение детали «крышка» с деталью «блок».

Используя команду «Вставить» поместим в рабочее пространство крышку «Крышка.ipt». Используем зависимость «Вставка» и выберем внутреннее ребро блока и наружное ребро выступа крышки с решением «Совмещение». Затем совместим по отверстиям. Для этого применим зависимость «Совмещение» на отверстии в крышке и в блоке.



Рис. 21. Совмещение детали «крышка» с деталью «блок».

Так же поступим и со вторым подшипником с другой стороны или воспользуемся инструментом «Зеркальные компоненты».

4) Совмещение стандартного изделия «болт» с деталью «блок».

Выбираем в Библиотеке компонентов «Винт ГОСТ 1491-80». В видовом экране выбираем для него внутреннюю грань крышки и жмём «Применить». Затем нажимаем на инструмент «Массив компонентов» на вкладке «Компонент». Выбираем за компонент наш болт, переключаемся в окне инструмента на вкладку «Круговой», указываем число компонентов 6 и угол между ними 60°.

Рис. 22. Совмещение стандартного изделия «болт» с деталью «блок».

5) Совмещение детали «ось» со стандартным изделием «подшипник».

Для удобства сборки отключим видимость крышки и болтов. Откроем файл «Ось.ipt» и произвольно располагаем на видовом экране. Применяем зависимость «Вставка» между наружным ребром выреза оси и внутренним ребром подшипника. Для позиционирования оси по центру укажем расстояние смещения 97,5 мм. Для совмещения оси с центровой линией шестерён применим к ним совмещение по центровым осям.

Рис. 23. Совмещение детали «ось» со стандартным изделием «подшипник».

6) Совмещение детали «втулка» с деталью «ось».

Откроем файл «Втулка_2.ipt». Используем зависимость «Вставка» между втулками и крышкой , чтобы позиционировать их на одной оси с осью и прижатыми к крышке.

Рис. 24. Совмещение детали «втулка» с деталью «ось».

7) Совмещение детали «щека» с деталью «ось».

Откроем файл «Щека.ipt» и размещаем в любом месте видового экрана. Применяем зависимость «Вставка» на ребро отверстия щеки и на наружную грань втулки. Применяем зависимость «Совмещение» на отверстие щеки и на ось.



Рис. 25. Совмещение детали «щека» с деталью «ось».

8) Совмещение детали «лист» с деталью «ось».

Откроем файл «Лист.ipt» и размещаем в любом месте видового экрана. Применяем зависимости «Совмещение» на рёбро отверстия в листе и на ось и «Совмещение» на грани листа и щеки.

Рис. 26. Совмещение детали «лист» с деталью «ось».



9) Совмещение детали «траверса» с деталью «ось».

Добавим в сборку файл «Траверса.ipt». Применяем зависимость «Вставка» на ребро отверстия и на ребро траверсы.

Рис. 27. Совмещение детали «траверса» с деталью «ось».

10) Совмещение детали «оседержатель» с деталью «лист».

Добавим в сборку файл «Оседержатель.ipt». Применяем к нему зависимости «Совмещение» на оба отверстия и на резьбовые отверстия в детали лист. Применяем зависимость «Совмещение» на грани оседержателя и листа. Откроем Библиотеку компонентов, выбираем «Шайба ГОСТ 6402-70» и вставляем в сборку, указав отверстия в оседержателе.



Выбираем в Библиотеке компонентов «Болт ГОСТ 7798- 70». Вставим его в сборку, указав рёбра отверстий в шайбах.

Рис. 28. Совмещение детали «оседержатель» с деталью «лист».

11) Совмещение детали «крюк» с деталью «траверса».

Добавим в сборку файл «Крюк.ipt».Применим зависимость «Вставка» на ребро отверстия траверсы и на нижнее ребро хвостовика крюка.



Рис. 29. Совмещение детали «крюк» с деталью «траверса».

12) Совмещение детали «гайка» с деталью «траверса».

Выбираем в Библиотеке компонентов «Подшипник 28000 ГОСТ 7872-89». Для вставки выбираем полость в траверсе. Добавляем в сборку деталь «Гайка.ipt». Применяем зависимость «Вставка» на её внутреннюю грань и на верхнюю грань подшипника, как показано на рис. 30.



Рис. 30. Совмещение детали «гайка» с деталью «траверса».

13) Совмещение детали «планка» с деталью «гайка».

Добавим в сборку файл «Планка.ipt». Применим зависимости «Совмещение» на отверстия в прорезанной поверхности гайки и на отверстия планки для совмещения осей отверстий. Применим зависимость «Совмещение» на плоскость прорезанной грани крышки и на плоскость грани планки. Выбираем в Библиотеке компонентов «Шайба ГОСТ 6402-70» и автоматической привязкой «Вставка» расположим её на отверстии планки. В Библиотеке компонентов выбираем «Болт 7798-70». При помощи автоматической привязки расположим его на шайбе в резьбовом отверстии гайки. Повторим операцию со вторым резьбовым отверстием. Получившийся результат можно видеть на рис. 31.



Рис. 31. Совмещение детали «планка» с деталью «гайка».

Аналогичные действия проведём для трёх втулок, второй щеки, второго листа, оседержателей, болтов, шайб и гаек. Готовая сборка представлена на следующих рисунках.

Рис. 32. Обойма крюка (ракурс 1).



Рис. 33. Обойма крюка (ракурс 2).

Рис. 34. Обойма крюка (ракурс 3).

Рис. 35. Обойма крюка (ракурс 4).

крюк грузоподъемность моделирование обойма

4. Расчёт сборки «Обойма крюка грузоподъёмностью 8 тонн»

Выполним анализ напряжений для сборки «Обойма крюка». Для этого войдём в среду анализа напряжений. На вкладке «Среды» на ленте панели инструментов выполним команду «Анализ напряжений». Затем выполним команду «Создать моделирование». В диалоговом окне укажем имя «Анализ напряжений». Тип моделирования - статический анализ. В браузере появятся необходимые папки.

1) Исключение компонентов.

Для ускорения расчёта программой напряжений в конструкции исключим из неё элементы, не участвующие в вычислениях. Для этого в браузере выберем 2 крышки, 12 болтовых соединений, крепящих их к блоку, 5 втулок, планку, крепящуюся на гайке и 2 болтовых соединения. Нажмём правую кнопку мыши и в контекстном меню выберем «Исключить из моделирования».

2) Назначение материалов деталей сборки.

В программе Inventor предустановлена библиотека материалов со значениями температурных, механических и прочностных параметров, необходимых для расчёта. Для того, чтобы назначить материалы на детали сборки, на вкладке «Материал» выполним команду «Назначить материал». В открывшемся окне назначим:

Блок - серый чугун «Сч-20», ;

Кольцо - сталь «Ст6сп»;

Ось - сталь «Сталь 45», ;

Крюк - сталь «Сталь 20, ».

Для остальных деталей, где остался восклицательный знак, назначим материал - сталь «Ст3сп», . Детали, на которые назначен новый материал, изменили внешний вид на более естественный.

3) Определение условий контакта.

Для определения условий контактов между геометрией деталей произведём оценку контактов. Для этого на панели инструментов выполним команду «Автоматические контакты». Программа автоматически просчитает контактные зависимости на основе тех, которые были созданы при сборке, и поместит их в папку браузера «Контакты» -> «Связано». Ноэто не всегда приемлемо и нужно отредактировать контакты вручную. Установим следующие контакты.

Посадка с натягом:

- Блок, Кольцо;

- Блок, Подшипник ГОСТ 8338-75;

- Подшипник ГОСТ 8338-75, Ось.

Отсутствие контакта (разделение):

- Ось, Щека;

- Ось, Лист;

- Щека, Лист;

- Лист, Оседержатель;

- Траверса, Оседержатель.

Скольжение / Без разделения:

- Щека, Траверса;

- Траверса, Лист;

- Траверса, Оседержатель.

Выберем на вкладке «Контакты» инструмент «Контакт, созданный вручную»

Создадим контакт «Связано» между болтами DIN 7990 M16 x 35:7 и поверхностями отверстий оседержателей, затем между поверхностями отверстий листов.

4) Приложение нагрузки и указание закрепления модели

Зафиксируем блок, как если бы он висел на канате, по поверхности канавки при помощи инструмента на вкладке «Зависимости» - «Зависимость фиксации» . Выбираем нужную поверхность, нажимаем ОК.

Теперь приложим силу, как если бы груз давил на крюк силой тяжести. Данный крюк может выдержать вес 78480 Н. На вкладке «Нагрузки» находим инструмент «Сила». Указываем в качестве величины 78480 Н, указываем грань крюка, на которую будет действовать сила тяжести груза. Указываем в качестве направления перпендикулярную грань траверсы и изменим направление на противоположное, то есть, вниз.

5) Построение сетки модели.

На вкладке «Сетка» откроем инструмент «Настройка сетки». В окне настройки укажем значения:

Средний размер элементов: 0,8;

Минимальный размер элементов: 0,4;

Коэффициент разнородности: 1,5;

Максимальный угол поворота: 90 градусов.

Поставим галки под пунктами «Создать изогнутые элементы сети» и «Использовать для сетки сборки измерение на основе деталей». Нажимаем «Вид сетки» и после расчёта получаем результат, как на рис. 36, 37.

Рис. 36. Вид сетки (ракурс 1).



Рис. 37. Вид сетки (ракурс 2).

6) Расчёт и доработка сетки.

На вкладке «Расчёт» нажимаем «Моделировать», в открывшемся окне жмём «Выполнить». По завершению процесса моделирования получаем графики напряжений, смещений, деформаций и давлений. Для определения точки максимального значения на вкладке «Отображение» выполним команду «Максимальное значение». На поверхности крюка сетка не достаточно плотная, поэтому увеличим её плотность. На вкладке «Сетка» выберем команду «Элемент управления локальной сеткой», затем выберем 3 внутренних грани крюка и зададим размер элемента 15 мм.



Рис. 35. Вид обновлённой сетки на гранях крюка.

Затем обновим сетку, нажав правой кнопкой мыши в браузере на элемент «Сетка» и в контекстном меню на надпись «Обновить сетку». Повторим команду «Моделировать».

7) Результат моделирования.

В итоге получили графики напряжений, смещений, деформаций и давлений.

Рис. 36. 1-е основное напряжение. Рис. 36 а. максимальное значение 1-го основного напряжения.



Рис. 37. Коэффициент запаса Рис. 37 а. максимальное значение

прочности. коэффициента запаса прочности.

По результатам расчётов видим, что конструкция выдержит груз в 8 тонн, поднятый крюком, а сам крюк пригодным к дальнейшей эксплуатации.



Сила и момент реакции в зависимостях

Имя зависимости	Сила реакции	Реактивный момент
	Величина	Компонент (X,Y,Z)	Величина	Компонент (X,Y,Z)
Зависимость фиксации:1	78480 Н	2995,81 Н	95,5525 Н м	-74,5899 Н м
		1338,3 Н		-59,7212 Н м
		-78411,4 Н		0 Н м

Размещено на Allbest.ru

...