Разработка конструкции и технологии изготовления подвижного стола станка для торцовки пиломатериалов

При расчетах методом конечных элементов вначале определяются перемещения узлов данного конечного элемента (или конструкции в целом, если она состоит только из стержневых элементов). Величины внутренних усилий в элементе пропорциональны перемещениям в узлах элемента. Коэффициентом пропорциональности выступает матрица жесткости элемента, количество строк (и столбцов) которой равно произведению числа узлов элемента на число степеней свободы в узле. Все остальные параметры конечного элемента, такие как внутренние нагрузки в узлах и напряжения в самом конечном элементе, вычисляются на основе его узловых перемещений.

При выполнении инженерных расчетов на прочность неизбежен этап создания моделей прочностной надежности элементов конструкций. С помощью таких моделей возможно выбрать материал и необходимые размеры конструкций и оценить ее сопротивление внешним воздействиям.

Надежностью называют свойство изделия выполнять свои функции в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени. Прочностной надежностью называют отсутствие отказов, связанных с разрушением или с недопустимыми деформациями, или, вообще, с наступлением предельного состояния в определенном смысле. Основной мерой надежности является вероятность безотказной работы изделия.

Чтобы обеспечить сооружение от риска разрушения, мы должны допускать в его элементах напряжения, которые будут по своей величине составлять лишь часть предела прочности материала. Величину допускаемых напряжений обозначают той же буквой, что и напряжение, но заключенной в квадратные скобки; она связана с пределом прочности равенством:

,

где - так называемый коэффициент запаса прочности - число, показывающее, во сколько раз допущенные нами в конструкции напряжения меньше предела прочности материала. Величина этого коэффициента колеблется на практике в пределах от 1,7-1,8 до 8-10 и зависит от условий, в которых работает конструкция.

Можно выразить основное требование, которому должны удовлетворять материал и размеры этого элемента, неравенством:

.

Это - так называемое условие прочности: действительные напряжения должны быть не больше допускаемых.

4.3 Проектирование шпиндельного вала

4.3.1 Создание трехмерных моделей деталей в системах «КОМПАС»

Проектирование привода ведем с использованием программы трехмерного моделирования «Компас». Создание графических изображений деталей осуществляется способом графического редактирования. Этот способ, в сущности, является заменой инструментов ручного проектирования средствами электронного проектирования (вместо чертежной доски - экран дисплея, вместо линейки и других инструментов - клавиатура, мышь и соответствующее программное обеспечение). Поэтому этот способ еще называют иначе способом "электронного кульмана". Основу этого способа составляет графический редактор, обеспечивающий создание графических изображений методом синтеза из элементов и фрагментов.

В качестве элементов используются так называемые графические примитивы. Для построения двухмерных (плоских) изображений используются следующие примитивы: точка, отрезок, окружность, дуга, кольцо, эллипс, многоугольник, полоса, текстовые символы и т. п. Для построения трехмерных (объемных) изображений используются следующие примитивы: параллелепипед, конус, вогнутая полусфера, выпуклая полусфера, пирамида, шар, тор, клин, полилиния в трехмерном пространстве и др.

Принцип задания трехмерных моделей заключается в перемещении плоского изображения в пространстве, след от которого определяет конфигурацию и параметры создаваемого объекта. Используется 4 основных способа:

- сдвиг - на плоскости формируется эскиз и задается вектор перемещения;

- вращение - на плоскости формируется эскиз и указывается ось;

- перемещение вдоль кривой - кинематическая операция, с помощью которой можно создать модели пружин, резьбы, трубопроводы;

- по сечениям - все тело условно разбивается на ряд плоскостей.

Процесс создания модели в КОМПАС-3D начинается с построения основного элемента и последующим выполнением над ним перечисленных выше операций. Для построения тела первоначально строится эскиз конструктивного элемента на плоскости, впоследствии преобразуемый тем или иным способом в твердое тело. Программа предоставляет пользователю полный набор функций геометрических построений и операций редактирования.

При создании контура нет необходимости точно выдерживать требуемые размеры. Самое главное на этом этапе - задать положение его элементов, затем, благодаря тому, что создаваемый эскиз полностью параметризован, можно установить для каждого элемента требуемый размер. Кроме того, для элементов, входящих в контур, могут быть заданы ограничения на расположение и связи с другими элементами (например, совпадение, параллельность, перпендикулярность, касательность и т.д.).

КОМПАС-3D содержит высокоэффективные средства твердотельного моделирования, основывающиеся на постепенном добавлении или вычитании конструктивных элементов.

4.3.2 Проектирование конструкций в системе «КОМПАС»

Для того чтобы создать новый файл, содержащий трехмерную модель детали, необходимо вызвать из меню «Файл» команду «Создать деталь» или использовать кнопку «Новая деталь» на «Панели управления» (Рисунок 4.2).

Рисунок 4.2 - Панель управления

На экране откроется окно нового КОМПАС - документа (детали), изменится набор кнопок на «Панели управления», «Инструментальной панели», состав «Строки текущего состояния» и «Главного меню».

В окне новой детали находится «Дерево построений» (рисунок 4.3) - окно, в котором в виде структурного «дерева» отражается последовательность построения трехмерной модели.

Рисунок 4.3 - Дерево построения

После создания файла документа-детали можно приступать к созданию в нем трехмерной модели. Построение трехмерной модели детали начинается с создания основания - ее первого формообразующего элемента. В качестве основания можно использовать любой из четырех типов формообразующих элементов - элемент выдавливания, элемент вращения, кинематический элемент и элемент по сечениям. Чаще всего в качестве основания используют самый крупный из этих элементов. Иногда в качестве основания используют простой элемент (например, параллелепипед, цилиндр), описанный вокруг проектируемой детали (или ее части). Когда создание эскиза закончено, необходимо перейти в режим трехмерных построений.

Выходим из последней использовавшейся в режиме эскиза команды. Для этого используем клавишу <Esc> или из контекстного меню команду «Прервать команду» или кнопку «Прервать команду» на «Панели специального управления». Затем из контекстного меню команду «Закончить эскиз» или кнопку «Закончить эскиз» на «Панели управления». Система вернется в режим трехмерных построений. После этого необходимо указать, каким способом требуется перемещать эскиз в пространстве для получения основания нужного типа, т.е. выбрать вид формообразующей операции (рисунок 4.4).

Рисунок 4.4 - Операции

Это могут быть: операции выдавливания, вращения, кинематическая операция, вырезание выдавливанием.

4.3.3 Вращение контура вокруг оси

Команда “Вращение” в КОМПАС создает тело вращения путем поворота эскиза (рисунок 4.5) вокруг осевой линии. Возможны следующие варианты:

- повернутая на 360 градусов (рисунок 4.5);

Рисунок 4.5 - Вращение контура вокруг оси

4.3.4 Построение фасок

Команда «Фаска» создает скос на выбранных кромках и вершинах модели (рисунок 4.6). Выбирается кромка или вершина, а затем задается угол и размер фаски.

Рисунок 4.6 - Построение фасок

4.4.5 Имитационное исследование

Объектом исследования является ось узла каретки. Исследование проводим в системе автоматизированного расчета и проектирования КОМПАС-3DV15.

КОМПАС включает эффективные и надежные алгоритмы и программы расчета:

- энергетических и кинематических параметров;

- прочности, жесткости и устойчивости;

- выносливости;

- надежности и износостойкости;

- динамических характеристик.

С ее помощью можно выполнить расчеты и проектирование:

Соединений деталей машин и элементов конструкций, включая комплексный расчет всех типов резьбовых, сварных, заклепочных соединений и соединений деталей вращения.

Всех типов зубчатых передач, а также червячных, ременных и цепных передач, и выполнения чертежей элементов этих передач в автоматическом режиме.

Винтовых передач.

Подшипников качения всех известных типов и подшипников скольжения.

Валов и осей.

Произвольных балочных конструкций.

Плоских ферменных и пространственных конструкций.

Напряженно-деформированного состояния деталей методом конечных элементов

Трехмерных рамных конструкций.

Упругих элементов машин (пружин сжатия, растяжения и кручения, плоских пружины, а также тарельчатых пружин и торс ионов).

Кулачковых механизмов с автоматическим генератором чертежей.

Рычажных механизмов произвольной структуры.

Приводов вращательного движения произвольной структуры.

Планетарных передач произвольного типа.

Оболочечных, пластинчатых и стержневых конструкций произвольного вида (а также их произвольных комбинаций) методом конечных элементов.

Каждый модуль предоставляет пользователю интегрированную среду, которая включает:

- специализированный графический редактор;

- полный цикл вычислений;

- разнообразные средства представления результатов расчета;

- разветвленную систему подсказок.

В системе имеется инженерная база данных для хранения существующих стандартов, доступная всему комплексу расчетных программ.

Сначала создаем 3D-модель шпиндельного вала (рисунок 4.7), затем заходим в «Менеджер библиотек», выбираем команду «APMFEM: Прочностной анализ».

После этого необходимо задаться нагрузками и закреплениями валика.

Закрепление задается с помощью команды «Установить закрепление», и обозначаем места закрепления.

Нагрузки являются распределенными и задаются с помощью команды «Приложить удельную силу по площади». В окне обозначается место действия нагрузки и в меню задаются нагрузки с учетом направления действия.

Рисунок 4.7 - Модель шпиндельного вала

Основная нагрузка действующая на ось - это вес стола каретки а так же, вес заготовки.

После этого производится расчет конструкции.

Результаты расчета приводятся в окне результаты расчета, где приведены нагрузки, действующие на деталь, в окне карта результатов приведены результаты по нагрузкам, напряжениям, перемещениям, коэффициент запаса прочности и текучести, также можно просмотреть эти показатели на деформированной модели, эти показатели наглядно представлены на цветовой диаграмме (рисунок 4.8, рисунок 4.9, рисунок 4.10, рисунок 4.11, рисунок 4.12).

Рисунок 4.8 - Напряжения

Рисунок 4.9 - Перемещения

Рисунок 4.10 - Коэффициент запаса по текучести

Рисунок 4.11 - Коэффициент запаса по прочности

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В представленной ВКР рассмотрена разработка конструкции и технологии изготовления каретки торцовочного станка для обработки мерных изделий из древесины.

В процессе выполнения работы по разработке каретки станка был проведен следующий комплекс мероприятий:

проведен анализ процессов производства древесины и оборудования, применяемого для торцевания;

рассчитан и спроектирован привод торцовочного станка;

проведен инженерный анализ напряженно-деформированного состояния методом конечного материала элементов деталей «Ось».

В технологической части ВКР разработан технологический процесс для детали - «Шкив», т.е. дана краткая характеристика самой детали, рассчитаны припуски на механическую обработку, режимы резания, произведен выбор металлорежущего оборудования и режущего инструмента, разработана управляющая программа для токарного станка с ЧПУ.

Выполнен расчет напряженно-деформированного состояния детали «Ось» методами имитационного моделирования с помощью систем автоматизированного проектирования “COMPAS 3D”.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Бизнес Вологодской области [Электронный ресурс]: офиц. сайт. -режим доступа: http://www.vol-info.ru.

2. Тюкина, Ю.П. Технология лесопильно-деревообрабатывающего производства / Ю.П. Тюкина, Н.С. Макарова. - Москва: Высшая школа, 2010. - 271 с.

3. Энциклопедия по машиностроению [Электронный ресурс]: офиц. сайт. - Режим доступа: http://www.mash-xxl.info.ru.

4. Компания по оборудованию ООО «Техновуд» [Электронный ресурс]: офиц. сайт. - Режим доступа: http://www.technowood.ru.

5. Энергокинематический расчет привода на ЭВМ: методические указания к курсовому проекту /сост.: В.П. Полетаев, А.А. Усов. - Вологда: ВоПИ, 1987. - 25 с.

6. Расчет клиноременных передач на ЭВМ: методические указания к курсовому проекту / сост.: В.П. Полетаев, А.А. Усов. - Вологда: ВоПИ, 1990. - 23 с.

7. Расчет и конструирование валов: методические указания к курсовому проекту / сост.: В.П. Полетаев, А.А. Усов. - Вологда: ВоГТУ, 2001. - 24 с.

8. Конструирование подшипниковых узлов: методические указания к курсовому проекту / сост.: В.П. Полетаев, А.А. Усов. - Вологда: ВоПИ, 1997. - 15 с.

9. Расчет подшипников качения на долговечность: методические указания к курсовому проекту /сост.: В.П. Полетаев, А.А. Усов. - Вологда: ВоПИ, 1997. - 27 с.

10. Косилова, А.Г. Справочник технолога-машиностроителя / А.Г. Косилова, Р.К. Мещеряков. - Москва: Машиностроение, 2003. - 496 с.

11. Волкова, О.И. Экономика предприятия: учеб. пособие / О.И. Волкова. - Москва: ИНФРА-М, 2007. - 416 с.

12. Мягков, В.Д. Допуски и посадки: справочник: в 2 ч. Ч. 1 / В.Д. Мягков. - Москва: Машиностроение, 1982. - 544 с.

13. Ковшов, А.Н. Технология машиностроения: учебник для машиностроительных вузов / А.Н. Ковшов. - Санкт-Петербург: Лань, 2008. - 320 с.

14. Дальской, А.М. Справочник технолога-машиностроителя / А.М. Дальской, А.Г. Суслов. - Москва: Машиностроение, 2001. - 185 с.

15. Монахов, Г.А. Обработка металлов резанием: справочник технолога / Г. А. Монахов. - Москва: Машиностроение, 1974. - 600 с.

16. Аршинов, В.А. Резание металлов и режущий инструмент: учебник / В.А. Аршинов, Г.А. Алексеев. - Москва: Машиностроение, 2008. - 442 с.

17. Минько, В.М. Охрана труда в машиностроении: учебник для машиностроительных вузов / В.М. Минько. - М.: Академия, 2012. - 256 с.

18. Предупреждение производственного травматизма [Электронный ресурс]: офиц. сайт. - Режим доступа: http://www.ohrana-bgd.ru.

19. Электротехнический портал для студентов [Электронный ресурс]: офиц. сайт. - Режим доступа: http://www.электротехнический-портал.рф.

20. Требования пожарной безопасности [Электронный ресурс]: офиц. сайт. - Режим доступа: http://www.m.rg.ru.

21. Портал товаров и услуг [Электронный ресурс]: офиц. сайт. - Режим доступа: http://www.tiu.ru.

22. Интернет магазин [Электронный ресурс]: офиц. сайт. - Режим доступа: http://www.m.220-volt.ru.

23. Интернет-портал для потребителей электроэнергии [Электронный ресурс]: офиц. сайт. - Режим доступа: http://www.energo-konsultant.ru.

24. Догма, В. Особенности применения торцовочных станков / В. Догма // ЛесПромИнформ. - 2005. - № 4. - С. 74-77.

25. Петухов, С. В. Обоснование технологических параметров механизма перемещения узла резания торцовочного станка / С. В. Петухов // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. - 2007. - № 4. - С. 92-97.

26. Гречишников, В.А. Проектирование сборных регулируемых торцовых фрез с СТМ для высокоскоростной обработки мерных пазов / В.А. Гречишников, И. В. Чулин, А. И. Исаков // СТИН. - 2014. - № 10. - С. 17-19.

Размещено на Allbest.ru