Розробка автоматичної роторної лінії складання деталей гідрозамка однобічного (стр. 8 из 17)
Величину навантаження можна визначити тільки експериментальним шляхом, при проведенні численних досвідів. Аналітично й експериментально задачу дослідження напружених станів вирішити неможливо.
Рішення подібних задач і зокрема даної є дуже тривалим і трудомістким. Подібні незручності рішення задач нових досліджень можна уникнути, використовуючи чисельний аналіз. Так, рішення даних задач можна здійснити за допомогою програми "ANSYS" – стандартного розрахункового комплексу методу кінцевих елементів.При використанні чисельного рішення задачі вирішити задачу і вивести результати в якому завгодно дослідникові виді (у виді таблиць, графіків) можна, побудувавши твердотільну кінцево-елементну модель, задавши граничні умови і базу кінцевих елементів.Отже, об'єктами дослідження є: стопорне розрізане металеве кільце й елементи інструментального блоку роторної машини (цангові пелюстки штовхальника, конічна матриця).При влученні кільця в матрицю пуансон опускається, давить 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 розподілена. Знаючи переміщення, здійснюване кільцем у матриці, визначимо величину необхідного навантаження, що повинний прикласти пуансон.Визначимо дане навантаження, ґрунтуючись на теорію опору матеріалів [48,49].
На рис.3.3 представлені геометричні параметри кільця і матриці в процесі складання:
dпр=2 мм – діаметр перетину кільця;
d=25 мм – діаметр кільця в стиснутому стані;
dк – діаметр кільця, що змінюється в залежності від місця положення його в матриці;
h=40 мм – висота матриці;
y – положення кільця в матриці;
=5º – кут нахилу стінок матриці;D – більший діаметр конічної матриці,
D= d + h
D=25+40 
tg5º=29 мм;fтр – коефіцієнт тертя, fтр=0,15.
Рисунок 3.3 – Геометричні параметри кільця в процесі складання
Рисунок 3.4 – Схема навантаження кільця в процесі складання
Для того щоб кільце стиснулося, повинний ліквідуватися зазор між гранями торців кільця в 3 мм, що складає ≈13º. Таким чином, при стиску кільця кут
(y) (рис.3.4,а) змінюється від 60 ( 
) при y=22мм (кільце у вільному стані) до 47º при y= h (кільце в стиснутому стані).Діаметр кільця dк визначається виходячи з діаметра конуса матриці у відповідному перетині, тобто dк= dкон - dпр.
Діаметр конуса матриці визначається в залежності від величини y:
dкон(y)= d + (h-y)tg
.dк = d - dпр+(h-y)tg
. (1)Для ліквідації зазору на кільце повинна діяти розподілене горизонтальне навантаження q, що залежить від величини нормальної відсічі матриці qn при русі кільця під дією сили Р (рис.3.4,б). Тиск на кільце складе:
q = qn 
- qn 
. (2)
З умови
, одержуємо:(qnsin
+ qnfтрcos ) 
P = 0. (3)або
qn=
. (4)Згинальний момент від навантаження q (мал.3.4,в) у довільному радіальному перетині
[48,49]:Mp(
)= - 
, (5)де ds= rк 
, rк = dк(y)/2.
Виходить,
Рівняння одиничних моментів від дії одиничної сили Р= 1 Н (рис.3.4,в) буде мати вигляд:
.Переміщення по напрямку одиничної сили (дотичної) (рис.3.4,в) по формулі Мору [48,49]:
, (6)де Е – модуль пружності матеріалу кільця, Е=
1011Н/м2 = 105Н/мм2;J – момент інерції,
J=
.Для зручності рішення рівняння визначення величини зазору будемо йти від зворотного, тобто зусилля q прикладене як розтягує (від центра до кільця), тоді межі інтегрування від 0 до π.
З іншого боку, величина зазору δ по довжині окружності кільця дорівнює:
δ = π·Δd, де Δd=3 мм.
У нашому випадку для ліквідації зазору в
(коли y= h) навантаження q повинне мати значення: 
Величина зазору δ залежить від величини положення кільця в матриці y – δ(y), отже, навантаження також є функцією від y – q(y). Тобто чим нижче колечко в матриці, тим більше зусилля q. У самій нижній крапці, коли обраний весь необхідний зазор, зусилля буде складати:
q =
Н/м.Тоді згідно (2)
qn =
= 
=4157 Н/м.Виходячи з (4) зусилля Р, яких необхідно прикласти до кільця з боку штовхальника, дорівнює:
Р=
==
.Визначимо зусилля Р в початковий момент додатка навантаження, тобто коли y=22 мм:
А в момент повного стиску кільця, тобто в нижнім положенні штовхальника (y=h і 2π-α(y)=347˚=1,93π), зусилля дорівнює:
Р=
Н/м.Таким чином, при стиску кільця цанговий штовхальник повинний прикласти зусилля в 63,24 Н і збільшувати навантаження в міру його опускання до 68,54 Н.
Зіставимо результати розрахунків, отриманих аналітично по прийнятих формулах і нормам, і отриманих за допомогою чисельного аналізу в середовищі ANSYS.
Порядок рішення задачі в ANSYS наступний:
1) попередній етап (Preference);
2) створення твердотільної моделі (Preprocessor);
3) рішення задачі методом кінцевих елементів (Solution);
4) обробка результатів рішення (General Postprocessor, Time Hist Postprocessor).
Перш, ніж створювати твердотільну кінцево-елементну модель, необхідно вибрати тип аналізу, тип кінцевих елементів, визначити властивості матеріалів.
Вибір типу аналізу, попередня підготовка – Preference. У досліджуваній нами задачі будемо робити міцністний розрахунок Structural.
Перехід до загальних установок (Preference) здійснюється з екранного меню натисканням на кнопку Preference. Після чого з'являється панель Preferences for GUI Filtering, у якій вибираються команди: тип аналізу Structural (структурний) і h-Method (універсальний метод розрахунку). Далі натискається кнопка ОК, і вищеописані установки будуть застосовані до наступного розрахунку.
Далі варто перейти до створення кінцево-елементної моделі розглянутого датчика в препроцесорі методу кінцевих елементів ANSYS. Перехід у препроцесор здійснюється з екранного меню натисканням на кнопку Preprocessor.
Вибір типу кінцевих елементів для рішення задачі здійснимо з бібліотеки стандартних кінцевих елементів Element Type. Тому що об'єктами дослідження є твердотільні об'ємні елементи, то тип кінцевих елементів – Solid.
Визначення типу застосовуваного кінцевого елемента провадиться з екранного меню послідовністю команд Preprocessor → Element Type → Add/Edit/Delete... На екрані з'являється панель Element Types. З першою появою цієї панелі жоден з можливих типів елементів ще не заданий. У даному випадку варто натиснути кнопку Add. Після цього на екрані з'являється наступна командна панель Library of Element Types, що дозволяє вибрати тип застосовуваного кінцевого елемента безпосередньо з загального списку доступних.