Материал: Проектування рульового управління автомобіля КрАЗ-256Б1

Тривимірне моделювання істотно перевершує за перевагами лінійне проектування. Програма SolidWorks дозволяє побачити майбутній виріб в об’ємі з різних сторін і надати йому реалістичності відображення відповідно до обраного матеріалу для пробної оцінки дизайну.

Рис. 1.4. Проектування складаної одиниці в SolidWorks

Розробники програмного пакета велику увагу приділили роботі з комплексними збірками, в яких кількість компонентів може становити сотні тисяч одиниць. Зрозуміло, робота з такими моделями повинна супроводжуватися використанням спеціальних методик управління окремими вузлами і деталями збірки, раціональним витратою ресурсів оперативної пам'яті і процесора. Для цих цілей в SolidWorks є спеціальний режим, який дозволяє розподілити оптимально апаратні і програмні ресурси, тим самим, заощаджуючи час на перебудування і завантаження збірки.- універсальна програмна система кінцево-елементного (КЕ) аналізу є досить популярною у фахівців в області комп'ютерного інжинірингу (CAE) і КЕ рішення лінійних і нелінійних, стаціонарних і нестаціонарних просторових задач механіки деформованого твердого тіла і механіки конструкцій, завдань механіки рідини і газу, теплопередачі і теплообміну, електродинаміки, акустики, а також механіки зв'язаних полів. Моделювання та аналіз в деяких областях промисловості дозволяє уникнути дорогих і тривалих циклів розробки типу «проектування - виготовлення - випробування». Система працює на основі геометричного ядра Parasolid. Програмна система КЕ аналізу ANSYS розробляється американською компанією ANSYS Inc.

Також Ansys займається перспективним бізнесом, створюючи інструменти візуалізації для динамічного сегмента 3D-друку. Рішення Ansys дозволяють проектувати вироби для тривимірного друку з різних матеріалів, включаючи лазерний друк SLM з дрібнодисперсних металевих порошків. В даний час рішення Ansys охоплюють практично всі сегменти інженерної галузі: від важкого машинобудування, оборонної промисловості та аерокосмічної техніки до мікроелектроніки, медицини і симуляторів для тестування ПО.

Пропоновані фірмою ANSYS Inc. засоби чисельного моделювання та аналізу сумісні з деякими іншими пакетами, що працюють на різних ОС. Програмна система ANSYS сполучається з відомими CAD-системами Unigraphics, CATIA, Pro/ENGINEER, SolidEdge, SolidWorks, Autodesk Inventor та деякими іншими.є лідером в області технологій для комерційних інженерних розрахунків завдяки величезному числу користувачів з комерційних і наукових організацій, а також широкій лінійці продуктів для моделювання рідин і газів.

Рис. 1.5. Моделювання електричної машини із вбудованими постійними магнітами в ANSYS Maxwell

За допомогою ANSYS вирішується досить широке коло інженерних задач, що виникають при проектуванні нових виробів у загальному машинобудуванні:

моделювання вільної поверхні;

зовнішня аеродинаміка і акустика;

розрахунок параметрів течії в робочих зонах обладнання;

природна конвекція;

аеродинаміка, оцінка маневрених властивостей літака, стійкості і керованості;

моделювання випробувань на флатер;

проектування систем активної і пасивної безпеки;

моделювання наслідків позаштатних ситуацій;

і багато іншого.

Це один з найбільших програмних пакетів, що застосовується в таких галузях, як: авіація і космос, біомедичні пристрої, вентиляція і кондиціювання, нафтохімічна і газова галузь, загальне машинобудування, охорона навколишнього середовища, будівництво, суднобудування і гідротехнічні споруди, транспорт, енергетика./Engineer, це розробка американської корпорації Parametric Technology Corporation (PTC), засновником якої є Семен Гейзберг. Даний продукт є системою автоматизованого 2D/3D - проектування важкого класу, якщо відштовхуватися від загальноприйнятої ієрархії рівнів всіх САПР-програм.

Завдяки наявності різних модулів в програмі її настройка дуже гнучка і легко знаходить підхід до специфіки підприємства, дозволяючи організувати паралельно проектування вироби та підготовку виробництва до ізготовленію.Pro/Engineer зайняв місце одного з базових модулів пакета Creo Elements/Pro.

Варто зазначити, що програма має повну асоціативність. Іншими словами, будь-яка зміна, внесена на будь-якому етапі проектування в електронну документацію створюваного проекту, автоматично відстежується в усіх можливих його областях, які можуть бути будь-яким чином пов'язаними з цією зміною./Engineer є одним з першопрохідців в області тривимірного параметричного моделювання і в своїй роботі заснований на ієрархічній параметризації, що має на увазі під собою наявність "дерева побудови", а геометрія створюваного об'єкта при цьому складається з Фічер - найпростіших геометричних елементів, що співвідносяться один з одним, і операцій, що здійснюються над ними.

За своїм принципом функціонування при побудові тривимірних моделей Pro/Engineer апріорі схожий з більшістю сучасних САПР-додатків, однак відрізняється більш глибокою обробкою функціоналу і широким діапазоном можливих параметрів настройки при побудові кожного елемента геометрії.

Особливу роль це відіграє при роботі зі складними поверхнями профільованих деталей в сукупності з потужним аналітичним модулем, що дозволяє проводити будь-які виміри і аналізи при побудовах геометрії.

«Глобальної» негативною особливістю Pro/E можна назвати візуально складний і далеко не завжди зрозумілий користувачеві інтерфейс, який у багатьох асоціюється чомусь з касетним плеєром або плівковою відеокамерою. Це стосується не тільки зовнішнього вигляду, але і безлічі різних панелей, що виникають в процесі діалогу користувача з програмою./Engineer дозволяє створювати повністю взаємопов'язані з моделями плоскі креслення, при цьому, практично всі дані переносяться в креслення з моделі. При будь-якій правці моделі ці зміни автоматично вносяться і в креслення. Варто відзначити, що специфіка оформлення креслень заточена під західну систему стандартів. В результаті цього часто доводиться використовувати різні «хитрощі» і неочевидні методи для виконання креслень згідно вітчизняній ЄСКД.

Також, Pro/E володіє гнучкою системою спрощених уявлень, що дозволяє працювати з гігантськими збірками без втрат продуктивності.

Компас 3D - сімейство систем автоматизованого проектування з можливостями оформлення проектної та конструкторської документації відповідно до стандартів серії ЄСКД і СПДС.

Програми даного сімейства автоматично генерують асоціативні види тривимірних моделей (в тому числі розрізи, перерізи, місцеві розрізи, місцеві види, види по стрілці, види з розривом). Всі вони асоційовані з моделлю: зміни в моделі призводять до зміни зображення на кресленні. Стандартні види автоматично будуються в проекційному зв'язку. Дані в основному написі креслення (позначення, найменування, маса) синхронізуються з даними з тривимірною моделлю. Є можливість зв'язку тривимірних моделей і креслень зі специфікаціями, тобто при «належному» проектуванні специфікація може бути отримана автоматично; крім того, зміни в кресленні або моделі будуть передаватися в специфікацію, і навпаки.

Основне завдання, яке вирішується системою КОМПАС-3D - моделювання виробів з метою істотного скорочення періоду проектування і якнайшвидшого їх запуску у виробництво. Ці цілі досягаються завдяки можливостям:

швидкого отримання конструкторської та технологічної документації, необхідної для випуску виробів (складальних креслень, специфікацій, деталювання і т.д.);

передачі геометрії виробів в розрахункові пакети;

передачі геометрії в пакети розробки керуючих програм для обладнання з ЧПУ;

створення додаткових зображень виробів (наприклад, для складання каталогів, створення ілюстрацій до технічної документації і т.д.).

Всі розглянуті пакети підходять для створення твердотільної моделі, але кожен має як переваги так і недоліки.

Після проведеного детального аналізу САПР, вибір зупинився на програмному комплексі КОМПАС-3D, тому що він має всі необхідні функції та можливості проектування 3-вимірних меделей як окремих деталей складанної одиниці, так і збірки в цілому. А наявність вкладених бібліотек стандартних виробів ще й набагато скорочує час на виконання 3-вимірної моделі складанної одиниці. Він також дозволяє проводити аналіз руху з можливістю розрахунку поведінки збірки при різних взаємодіях і зв'язках. Наприклад, пакет T-FLEX не має можливості розрахунку взаємодії елементів системи при русі зібраної моделі, тому що він здатний тільки створити анімацію. Якщо порівнювати КОМПАС-3D з програмними пакетами, такими як CATIA, то з'являється необхідність в значних ресурсах комп'ютера, пов'язаних з великою точністю розрахунку і великих бібліотеках. В зв'язку з тим, що КОМПАС-3D є однією з найпоширеніших програм САПР, видано велику кількість допоміжної літератури для самостійного вивчення програми, що дозволяє правильно і швидко зібрати необхідну модель, більш ергономічну, що прискорює роботу зі створення і дослідження твердотільних моделей, їй і було віддано перевагу.

2. Конструкторський розділ

В якості системи автоматичного проектування для виконання технічної документації складальної одиниці «Рульове управління автомобіля КрАЗ-256Б1» використовуємо Систему автоматичного проектування КОМПАС 3D.

2.1 Конструкція рульового управління автомобіля КрАЗ-256Б1

Рульовий механізм складається з гвинта і кулькової гайки-рейки, що знаходиться в постійному зачепленні з зубчастим сектором. Ці деталі розміщені в загальному картері, який закривається кришками. У верхній частині картера є отвір для заливки і контролю рівня масла, а в нижній частині - зливний; обидва отвори закриті конічними пробками (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Рульове управління автомобіля КрАЗ-256Б1: 1 - масляний бачок; 2 - рульовий вал; 3 - кард рульового управління; 4 - рульовий механізм; 5 - сошка; 6 - шланг зливної магістралі; 7 - шланг нагнітальної магістралі; 8 - поздовжня рульова тяга; 9 - гідропідсилювач; 10 - кронштейн гідропідсилювача; 11 - насос.

Гвинт рульового механізму обертається в двох радіально-наполегливих сферичних підшипниках, один з яких (верхній) запресований в розточення картера, а інший - в кришку. При правильному регулюванні ці підшипники повинні бути затягнуті з попереднім натягом.

Гвинт і гайка-рейка підібрані з деталей однієї розмірної групи. Напівкруглі різьбові канавки на гвинті і гайки-рейки утворюють спіральний канал, що заповнюється при складанні кульками високої точності. Кульки, що входять в комплект гвинта в зборі, відрізняються між собою по діаметру не більше ніж на 2 мікрона. Порушувати комплектність цих деталей не дозволяється. Висока точність виготовлення деталей і підбір їх при складанні забезпечують легке і плавне обертання гвинта в гайці-рейці.

Для отримання двох безперервних потоків кочення кульок при обертанні гвинта і для запобігання випадання кульок в отвори гайки-рейки вставлені напрямні, що складаються з двох штампованих половинок, які утворюють замкнену систему для кочення кульок. Напрямні закріплені на гайці-рейці притиском і гвинтами.

Зубчастий сектор виконаний разом з валом і встановлений в трьох голчастих підшипниках. Сектор має п'ять зубів. Середній зуб сектора входить в середню западину гайки-рейки. На торці шліцьового кінця вала сектора мають позначку для правильної установки сошки. Мітки на сошці і кінці вала сектора при складанні повинні бути суміщені. Осьове положення вала сектора визначається регулювальним гвинтом, сферична головка якого розміщена в спеціальній расточці сектора.

При відзєднаній сошці не слід повертати рульове колесо до упору в крайні положення, так як це може призвести до пошкодження напрямних в гайці-рейці. Повний кут повороту сошки відповідає п'яти обертам рульового колеса. автомобіль інженерний проектування деталь

Рульовий механізм (рис. 2.2) складається з гвинта і кулькової гайки-рейки, що знаходиться в постійному зачепленні з зубчастим сектором. Зубчастий сектор рульового механізму обертається на трьох голчастих підшипниках, два з яких встановлені в литому чавунному картері, а третій - в отворі бічної кришки. Вихід вала сектора ущільнений двухкромочной резіноарміро-ванним сальником 2, запресованим в отвір картера.

Рис. 2.2. Рульовий механізм: 1 - сектор; 2 - сальник валу сектора; 3 - голчасті підшипники вала сектора; 4 - бічна кришка картера; 5 - контргайка регулювального гвинта; 6 - регулювальний гвинт; 7 - пробка зливного отвору; 8 - регулювальна гайка; 9 - стопорна пластина; 10 - болт кріплення стопорної пластини; 11 - штифт регулювальної гайки; 12 - кришка картера нижня; 13 - кільце ущільнювача шайби; 14 - шайба нижньої кришки; 15 - підшипники гвинта; 16 - картер рульового механізму; 17 - гвинт; 18 - пробка заливного отвору; 19 - сальник гвинта; 20 - гайка-рейка.

Між сальником і підшипником встановлена сталева опорна шайба. Для кріплення сошки на кінці вала передбачені шліци і різьблення МЗЗх1,5. На торці різьбової частини валу мають позначку, яка при складанні повинна бути поєднана з міткою на сошці. Зуби сектора змінної по довжині товщини дозволяють проводити регулювання зачеплення сектора з гайкою-рейкою шляхом переміщення сектора вздовж осі. Положення сектора визначає регулювальний гвинт 9, ввернутий в отвір бокової кришки. Сферична головка гвинта впирається в сталеву опорну шайбу, покладену в гніздо на торці короткої шийки вала сектора. Головка регулювального гвинта в гнізді утримується за допомогою гайки, привареної в одній точці до валу сектора. Опорна шайба, гвинт і гайка ціановані і термооброблені до твердості HRC 56. Положення регулювального гвинта фіксується контргайкою, під яку укладено гумове кільце ущільнювача. Між бічною кришкою і картером встановлена картонна прокладка товщиною 0,8 мм.

Гвинт рульового механізму обертається в двох радіально-упорних підшипниках; верхній з них запресований в отвір картера, а нижній - в кришку. Вихід гвинта ущільнений двохкромочним гумоармованим сальником. Між фланцем кришки і картером встановлено прокладку ущільнювача товщиною 0,8 мм. У кришці розташований пристрій для регулювання перед-натягу підшипників гвинта. Сталева ущільнювальна шайба цього пристрою, в канавці якої встановлено гумове кільце ущільнювача, притиснута до торця зовнішньої обойми нижнього підшипника регулювальної гайкою. Для обертання гайки на її зовнішньому торці передбачені два діаметрально розташованих отвори діаметром 6 мм. В той же торець запресований штифт, що входить в один з отворів сталевої стопорної пластини. Пластина закріплена на кришці двома болтами.

На поверхні черв'ячного гвинта 23 проточена спіральна напівкругла канавка, яка разом з такою ж канавкою гайки-рейки утворює спіральний канал з кроком 12 мм. Цей канал заповнюють при складанні кульками діаметром 7,938 мм. Профіль канавок забезпечує контакт кожної кульки з їх поверхнею в кожній деталі в двох точках. Гайки-рейки і гвинти при виготовленні розсортовуються на чотири групи і при складанні підбираються з урахуванням отримання мінімальних зазорів в сполученні. Кульки розсортовують в межах допуску на вісім груп через 0,002 мм за найбільшим розміром.

В отвори гайки-рейки вставлені напрямні з двох штампованих сталевих половинок, які утворюють замкнену систему для кочення кульок. Гайка-рейка виготовлена з легованої сталі 18ХГТ, цементованої на глибину 1,0-1,7 мм, її поверхня загартована до твердості HRC 58. При правильній установці сектора щодо гайки-рейки, тобто коли середній зуб сектора входить в середню западину гайки-рейки, кут повороту вала сектора (сошки) від середнього положення становить 40° в кожну сторону, що відповідає обороту гвинта 23.