Моделирование и статический анализ станочного приспособления с помощью программного комплекса Autodesk Inventor Professional

Сокращение расходов на проектирование и изготовление продукции невозможно без принципиального преобразования всех этапов создания нового изделия.

В настоящее время промышленные предприятия наряду с 3-D САПР системами широко используют расчетные системы для инженерного анализа при проектировании.

Программные комплексы высокого уровня, каким например, является Autodesk Inventor Professional, предусматривают интеграцию конструкторских, технологических и аналитических программных подсистем в единую систему.

Основные преимущества Autodesk Inventor Professional:

• -    повышение производительности проектирования за счет гибких функций трехмерного детального конструирования;

• -    создание 3D-моделей любой детали или сборки;

• -    специальный набор инструментов для создания инструментальной оснастки;

• -    анализ изделий;

• -    помогает инженерам проводить проектирование, анализ и основные расчеты в ходе конструкторского замысла еще до того, как будет изготовлен опытный образец;

В САПР встроены следующие опции:

• -    динамический анализ;

• -    оптимизация конструкции;

• -    анализ методом конечных результатов.

Динамический анализ дает возможность конструкторам и инженерам оценить прочностные характеристики изделия еще на цифровой модели, изучить расположение, скорости и ускорения движущихся деталей, прежде чем приступить к дорогостоящему этапу проектирования прототипов.

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 статичного 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.

Проводится моделирование и статический анализ на примере проектирования станочного приспособления - кондуктора с винтовым зажимом для обработки детали «Основание корпуса» (рисунок 1) при сверлении 4-х отверстий 0 19 мм (рисунок 2).

Рисунок 1 - Модель детали «Основание корпуса»

Рисунок 2- Модель кондуктора для зажима заготовки детали «Основание корпуса»

На основании модели кондуктора произведем статический расчет на прочность детали приспособления – прихват. Данный анализ проводится при зажатии заготовки.

Физические параметры прихвата

Моделирование:1

Общая цель и параметры:

Цель проектирования Тип моделирования

ОдноточечныйСтатический анализ

Настройки сети:

Материал

Имя	Сталь 45
Общие	Массовая плотность	7,85 г/смЛ3
	Предел текучести	207 МПа
	Окончательный предел прочности растяжения	345 МПа
Напряжение	Модуль Юнга	210 ГПа
	Коэффициент Пуассона	0,3 бр
	Модуль упругости при сдвиге	80,7692 ГПа
Имена деталей	Прижим

Рабочие условия

Сила:1

Тип нагрузки	Сила
Величина	8500,000 Н
Вектор X	0,000 Н
Вектор Y	0,000 Н
Вектор Z	-8500,000 Н

Выбираются поверхности (рисунок 3) и грани (рисунок 4) прихвата при зажатии и фиксации заготовки в приспособлении.

Рисунок 3- Выбранные поверхности прихвата при зажатии заготовки в приспособлении

Рисунок 3- Выбранные грани прихвата при фиксации заготовки в приспособлении

Результаты

Сила и момент реакции в зависимостях деформация

Имя зависимости	Сила реакции		Реактивный момент
	Величина	Компонент (X,Y,Z)	Величина	Компонент (X,Y,Z)
Зависимость фиксации: 1	8500 Н	0 н	150,732 Н м	0 Н м
		0 н		-150,732 Н м
		8500 Н		0 Н м

Результат

Имя	Минимальная	Максимальная
Объем	139390 мм^З
Масса	1,09421 кг
Напряжение по Мизесу	0,088123 МПа	148,58 МПа
1-ое основное напряжение	-35,1454 МПа	119,09 МПа
3-е основное напряжение	-158,317 МПа	8,71028 МПа
Смещение	0 мм	0,0196216 мм
Коэфф, запаса прочности	1,39003 бр	15 бр
Напряжение XX	-61,4959 МПа	27,4706 МПа
Напряжение XY	-20,9347 МПа	31,8899 МПа
Напряжение XZ	-51,5033 МПа	14,6208 МПа
Напряжение YY	-51,6404 МПа	24,5747 МПа
Напряжение YZ	-31,7396 МПа	61,159 МПа
Напряжение ZZ	-93,3216 МПа	108,242 МПа
Смещение по оси X	-0,00249091 мм	0,00502772 мм
Смещение по оси Y	-0,00121023 мм	0,00119288 мм
Смещение по оси Z	-0,0193943 мм	0,00000637753 мм
Эквивалентная деформация	0,000000402634 бр	0,000634739 бр
1-ая основная деформация	0,000000228158 бр	0,000511409 бр
3-я основная деформация	-0,000719139 бр	-0,000000192611 бр
Деформация XX	-0,000215438 бр	0,000103942 бр
Деформация XY	-0,000129596 бр	0,000197414 бр
Деформация XZ	-0,00031883 бр	0,00009051 бр
Деформация YY	-0,0000933456 бр	0,000131138 бр
Деформация YZ	-0,000196483 бр	0,000378603 бр
Деформация ZZ	-0,00038381 бр	0,000444256 бр

Деформации (смещения) и запас прочности прихвата при действии усилия зажима показаны на рисунках 4 и 5 соответственно.

Рисунок 4 – Деформации (смещения) при действии усилия зажима прихвата

Рисунок 5 – Запас прочности прихвата при действии усилия зажима

Из таблицы результата и рисунков 4 и 5 видно, что максимальное смещение составляет всего 0,01962 мм, коэффициент запаса прочности равен 15.

Можно сделать вывод, что конструкция прихвата достаточно прочная и жесткая.

Аналогично производится расчет на прочность других элементов приспособления, на основании которых делается вывод о прочности приспособления в целом.

Таким образом, применение программного комплекса Autodesk Inventor Professional дает возможность конструкторам и инженерам оценить прочностные         характеристики    приспособления,    проверить работоспособность еще на цифровой модели, прежде чем переходить к этапу его изготовления. Определив недостатки конструкции на раннем этапе проектирования можно существенно улучшить качество конструкции приспособления.