Розробка автоматичної роторної лінії складання деталей гідрозамка однобічного (стр. 7 из 17)

- розглянута послідовність складання виробу за допомогою теорії графів, досліджено методику побудови інформаційної моделі на конкретному прикладі аналізу виробу – гідрозамка однобічного типу КГУ. Структура складання даного виробу описана графом, у якому вершинам відповідають деталі або складальні одиниці, а ребрам – зв'язки між ними. Згідно сформованому інформаційному графові складання гідрозамка розчленували на дев'ять етапів, де кожному етапові відповідає складання корпуса з наступною деталлю або складальною одиницею. Виведені компоненти описані в вигляді окремих вихідних графів, що характеризуються множинами елементів і зв'язків. Побудований об'єднаний граф відображає узагальнену інформаційну модель, у якій легко простежуються всі зв'язки і вплив кожної компоненти на загальну характеристику моделі.

3. Дослідницька частина

У даній роботі як приклад автоматизації складальних процесів розглядається автоматизація складання гідрозамка КГУ3.020ПР-01 на автоматичній роторній лінії. У ході досліджень необхідно розробити лінію в цілому і роторну машину для складання стопорного кільця і корпусу гідрозамка зокрема. Тобто задачею даного розділу є розробка нового способу складання зазначених деталей з можливістю його здійснення на машинах безперервної дії. При цьому необхідно врахувати особливості напруженого стану елементів пристосування і деталей, що збираються, у процесі складання. Дану задачу найбільш доцільно вирішувати за допомогою чисельного аналізу, ніж аналітично й експериментально.

3.1 Загальні положення

Надзвичайно широкий діапазон застосування методу кінцевих елементів: будівельна справа і машинобудування, гідро - і аеродинаміка, гірська справа і нова техніка, задачі стійкості і розповсюдження, моделювання і математична фізика.

Метод кінцевих елементів є варіаційним. Це означає, що основні рівняння, що дозволяють, можуть бути отримані безпосередньо з варіаційного принципу Лагранжа, який можна сформулювати так: з множини кінематично припустимих систем переміщень, що відповідають заданим граничним умовам, ті, котрі задовольняють умовам рівноваги, додають потенційної енергії системи стаціонарне значення. У стані стійкої рівноваги повна потенційна енергія П мінімальна:

П = U – W,

де U – потенційна енергія;

W – повна робота зусиль взаємодії між елементами тіла, що виявляються зовнішніми стосовно кожного елементу.

Класичний підхід до задачі про напружено-деформований стан якоїсь області припускає аналіз нескінченно малого елемента цієї області. Метод кінцевих елементів передбачає інший підхід: розглядається елемент кінцевих розмірів, що означає перехід від системи з нескінченним числом параметрів напружено-деформованого стану до системи з кінцевим числом параметрів. Таким чином, область являє собою сукупність кінцевого числа елементів кінцевих розмірів.

Розрахунок відповідно до методу кінцевих елементів починається з дискретизації розрахункової схеми. Об'єкти розчленовуються на кінцеві елементи відповідної статичної природи. Для двовимірних областей найбільш часто застосовують трикутні або прямокутні кінцеві елементи, а для тривимірних тіл – елементи у формі тетраедра або паралелепіпеда. Кожен кінцевий елемент зберігає усі фізичні і геометричні властивості вихідного середовища. На границі області (тіла) задаються граничні умови, тобто компоненти сил або переміщень. Далі для всіх кінцевих елементів будуються матриці коефіцієнтів твердості, визначення яких зводяться до плоскої або тривимірної задачі теорії пружності [46]. Рішення в цьому випадку можуть бути лише наближеними, тому і задачі в цілому вирішуються приблизно.

У загальному випадку можна виділити такі основні етапи рішення задач по методу кінцевих елементів:

1. Побудова функціонала повної потенційної енергії.

Щоб побудувати функціонал, необхідно знати диференціальні оператори, що зв'язують переміщення з напругами і деформаціями. Найбільш загальне вираження мають оператори тривимірного напруженого стану.

2. Розчленовування системи на кінцеві елементи і вибір координатних функцій.

Необхідно намагатися, щоб форма кінцевого елемента була по можливості простою. Крім того, потрібно задовольнити двом суперечливим вимогам: точності розрахунку, що вимагає великої кількості розрахункових вузлів (більшої густоти розрахункової сітки), і практичного рішення задачі, що накладає обмеження на кількість розрахункових вузлів. Координатні функції ж повинні забезпечувати існування всіх похідних, що входять у функціонала як по області кінцевого елемента, так і по його границях. Як правило, це тригонометричне, експонентне або поліноміальні (одержали найбільше поширення) функції.

3. Побудова матриць твердості і приведення місцевого навантаження до вузлового [46].

4. Побудова канонічних рівнянь [46].

5. Рішення канонічних рівнянь (визначення ступенів волі системи).

Виконується відомими методами рішення лінійних алгебраїчних рівнянь високих порядків (кількість ступенів волі може досягати декількох десятків тисяч). Звичайно використовують методи Гауса, квадратного кореня (Халецького), Зейделя й інші прямі або ітераційні методи.

7.Визначення компонентів напружено-деформованого стану (переміщень, напруги) по області кінцевих елементів, тобто в довільних заздалегідь заданих місцях.

Програмний пакет "ANSYS" широко відомий і користується популярністю серед інженерів-дослідників, що займаються питаннями динаміки і міцності. Засоби методу кінцевих елементів "ANSYS" дозволяють здійснювати розрахунки статичного і динамічного напружено-деформованого стану конструкцій (у тому числі геометрично і фізично нелінійних задач механіки деформованого твердого тіла), форм і частот коливань, аналізу стійкості конструкцій, нелінійних перехідних процесів і ін.

3.2 Розробка способу установки стопорного кільця в корпус

Одним з етапів технологічного процесу складання гідрозамка є складання корпуса з металевим стопорним кільцем (рис. 3.1).

Рисунок 3.1 – Досліджуваний складальний вузол

Стопорне кільце є металевим, виконаним із дроту ø2 мм за ДСТ 9389-75. Зовнішній діаметр кільця у вільному

стані ø28 0,5 мм, а зазор між двома кінцями кільця також у вільному стані – 13 мм, що складає сектор у 60° (рис.3.2). Кільце піддається при виготовленні хімічному оксидуванню.

Рисунок 3.2 – Кільце стопорне, дріт II – 2,0 ДСТ 9389-75, m=0,002 кг

На рис.3.3 представлена геометрія канавки корпусу, куди необхідно вставити кільце.

Рисунок 3.3 – Геометричні параметри канавки корпусу гідрозамка

Відповідно до геометричних параметрів кільця і корпусу для здійснення процесу складання стопорне кільце повинне прийняти розмір ø 25 мм, тобто зменшитися в діаметрі на 3 мм і стиснутися на 13˚.

Зважаючи на те, що даний процес складання необхідно автоматизувати за допомогою систем безперервної дії, стиск кільця і його установка в корпус повинні відбуватися послідовно і безупинно. Стиск кільця будемо робити за допомогою конічної матриці і штовхальника (рис. 3.4), тобто прикладаючи до кільця зусилля, викликаємо його переміщення, а, отже, і стиск (рис. 3.5).

Елементи пристосування – інструментального блоку роторної машини (цанговий пуансон і конічна матриця) приймаємо виготовленими зі сталі 45. Більший діаметр конічної матриці приймаємо ø 32 мм, що більше діаметра кільця у вільному стані. Це необхідно для більш надійної фіксації кільця в матриці при його подачі на робочу позицію. Менший діаметр конічної матриці має розмір ø 25 мм, тобто розмір кільця в стиснутому стані, якимсь він може потрапити в корпус гідрозамка. Цангові пелюстки пуансона виконані конічними і мають такий же конус, що і матриця для більш плавної роботи механізму, для виключення можливих заклинювань, заїдань і збоїв.

Рисунок 3.4 – Конструкція пристосування для стиску стопорного кільця

1 – цанговий пуансон (штовхальник);

2 – конічна матриця;

3 – корпус інструментального блоку.

Рисунок 3.5 – Процес складання розрізаного металевого кільця і корпусу гідрозамка

Кут нахилу стінок матриці приймаємо ~5º. Таке значення кута обумовлює плавний стиск колечка для запобігання заклинювань, сплесків напруги, поломок.

При влученні кільця в матрицю пуансон опускається, тисне на кільце і переміщає його вниз, при цьому стискаючи кільце до необхідного розміру і проштовхуючи його в корпус, що знаходиться знизу під матрицею. Навантаження на кільце прикладаються рівномірно розподілене.

Таким чином, розроблений новий спосіб складання стопорного кільця і корпусу гідрозамка, що дозволяє використовувати нові можливості цангового механізму (робочими є торцеві поверхні цангових пелюстків).

3.3 Дослідження напруженого стану металевого стопорного кільця

У п.1.3 була поставлена мета дослідження і передбачувані задачі для досягнення даної мети. Тобто при автоматичному складанні корпусу гідрозамка і стопорного металевого кільця з використанням роторної машини необхідно визначити параметри технологічного процесу складання даних елементів виробу. А саме, необхідно визначити величину навантаження (зусилля тиску) з боку цангового штовхальника на розрізане кільце, щоб його проштовхнути з використанням конічної матриці в корпус. А також необхідно досліджувати напружений стан взаємодіючих елементів пристосування і складальних елементів безпосередньо в процесі складання; досліджувати можливість заклинювання стопорного кільця в матриці.