Если модель представляет собой сборочную модель какого-либо механизма, то для нее может быть выполнен кинематический анализ с определением координат, скоростей, ускорений и сил взаимодействия отдельных ее звеньев. На основе заданных параметров некоторые системы позволяют создавать анимационные ролики, которые можно просмотреть с помощью стандартных средств Windows.
Трехмерная модель является гораздо более наглядным преставлением изделия, нежели ее плоский чертеж. Кроме создания любой аксонометрической проекции, 3D-системы позволяют легко строить разнесенные виды изделия, с помощью которых можно демонстрировать порядок сборки, разборки или технического обслуживания изделия. Такая возможность может быть очень полезной при подготовке технической документации и рекламных материалов.
Разнесенные виды и анимационные ролики могут быть использованы как наглядные пособия при подготовке производства, при обучении персонала, занимающегося техническим обслуживанием выпускаемой продукции, а также в отделе маркетинга для демонстрации заказчику возможностей и характеристик предлагаемой продукции ещё до выпуска первых опытных образцов.
Специальные подсистемы создания фотореалистичных изображений позволяют нанести на поверхность смоделированных деталей и узлов различные текстуры.
Такие системы позволяют выбрать для модели фоновое изображение. Данные о текстурах и фоновых изображениях выбираются из готовых библиотек, в которых присутствуют описания различных материалов. На основе информации о расставленных источниках света генерируются тени и полутени, придающие необычайную дстоверность компьютерному изображению еще не существующей реально конструкции.
В ходе выполнения ВКР были разработаны модели деталей, которые изменились при модернизации, а также детали которые, ранее не применялись.
На рисунках 13 - 17 показанных ниже представлены модели некоторых деталей шпиндельного узла. Модель шпиндельного узла представлена на плакате (смотри ВКР 150301.10.23.011.03.02.00.00).
Рисунок 13 3D модель ведомого вала
Рисунок 14 3D модель ведущего вала
Рисунок 15 3D модель муфты
Рисунок 16 3D модель корпуса
Рисунок 17 3D модель регулировочной гайки
3.2 Разработка решений по модернизации
3.2.1 Требования, предъявляемые к конструкции специального сверлильного станка
Специальный сверлильный станок должен обеспечивать точное, качественное сверление отверстий в протекторе шины.
Сверлильный станок должен быть достаточно простым по своей конструкции, надежным в работе, лёгким и удобным в обслуживании и управлении.
Конструкция привода рабочей подачи должна обеспечивать лёгкое и плавное перемещение ведомого вала с трубчатым сверлом в ходе технологического процесса по сверлению в резине. Привод главного движения должен обеспечивать равномерное и непрерывное вращение шпинделя. Конструкция шпинделя должна обеспечить надёжный выброс столбика резины из полости трубчатого сверла после каждого сверления.
Специальный сверлильный станок должен быть экономичным как в своей работе, так и в изготовлении. Устройство должно быть безопасным для обслуживающего персонала.
3.2.2 Анализ технологичности станка базовой конструкции
В процессе изготовления и эксплуатации специального сверлильного станка базовой конструкции выявлены следующие недостатки.
Трубчатое сверло изнашивается достаточно быстро. Период его стойкости составляет 300-400 отверстий, после чего требуется переточка. Полный износ сверла происходит после обработки 2000-3000 отверстий. После полного износа сверло не может больше использоваться. Сверло точное по конструкции и имеет высокую себестоимость.
Одним из путей повышения технологичности является разработка сборной конструкции, у которой хвостовая часть будет работать многократно, а режущая (трубчатая) часть будет заменяться по мере износа.
Привод подачи, обеспечивающий возвратно-поступательное движение ведомого вала шпинделя, отличается повышенной трудоёмкостью в изготовлении (в конструкции использовано более 40 деталей). Сложность конструкции связана с применением стального троса, который обладает пониженным ресурсом - обрыв отдельных нитей троса начинается после 200-250 тысяч циклов.
Повышением технологичности привода является применение жесткого звена вместо стального троса или же отказ от ножной подачи и применение ручной. Применение ножного привода освобождает руки рабочего для установки и перемещения шины по опорному устройству станка.
Применение клиноременной передачи в приводе главного движения увеличивает габариты консоли, требует применения натяжного устройства, увеличивает шумность. В процессе работы повышенный шум приводит к утомлению обслуживающего персонала, снижению работоспособности, ошибкам и травмам.
Для устранения этих недостатков достаточно установить двигатель на одной оси со шпинделем станка. При этом изменится конструкция шпиндельного узла.
Конструкция опорного устройства, применяемая в конструкции станка базовой модели, отличается повышенной материалоёмкостью, требует постоянной настройки, имеет повышенный горизонтальный габарит, не обеспечивает устойчивое положение шины.
В связи с недостатками конструкции опорного устройства, время на установку и снятие колеса составляет 20-30% от общего операционного времени.
3.2.3 Разработка технических решений по повышению технологичности сверлильного станка
Трубчатое сверло сборной конструкции состоит из двух деталей: корпуса и режущей трубки. Корпус изготавливается из стали 45, в нём предусмотрено посадочное место под установки трубки. Закрепление трубки производится при помощи пайки мягким припоем. Для обеспечения требуемой соосности трубки и корпуса сопряжение выполняется по посадке Н8/f8. Трубка изготавливается из износостойкой стали Х12М. Подвергается термообработке до твёрдости HRC 58-62. По мере износа режущей части трубки имеется возможность увеличить вылет трубки из корпуса. При полном износе, трубка заменяется на другую.
Установка двигателя на одной оси со шпинделем станка позволяет отказаться от применения клиноременной передачи. Для передачи вращения вводится муфта. Передача вращения шпинделю происходит через муфту, вставленную в регулировочную гайку, для этого в гайке сделано отверстие квадратного сечения. Данная гайка прикручивается к концу ведущего вала.
Применение данной конструкции создает необходимость изменения конструкции некоторых деталей, таких как толкатель, ведущий и ведомый вал, регулировочная гайка. Их конструкция становится более простой. Кроме того данная конструкция шпинделя позволяет отказаться от применения шкива клиноременной передачи и шпонки. Также эта конструкция позволяет уменьшить длину станка.
Разработанный механизм привода, в результате замены троса жёстким звеном, существенно упрощается. Количество деталей привода снизилось до 23. Детали в основном простые по конструкции. В качестве основного звена привода используется труба диаметром 1/2. Изменена конструкция верхнего рычага с вилкой, которая состоит из одной пластины сечением 2Ч25 мм, в этом случае вилка выполняется сварной. Изменяется конструкция опоры верхнего рычага.
3.3 Конструкторские расчёты
3.3.1 Расчет пружин
Для того чтобы выбрать оптимальный вариант шпиндельного узла, определим размеры пружин и осуществим проверочные расчёты жёсткости и напряжений.
Проведём расчёт пружины сжатия, расположенной в центральном отверстии вала и служащей для возврата толкателя в крайнее верхнее положение. Обозначим её «пружина №1».
Учитывая, что вес толкателя всего 100 гр, берётся сила пружины при предварительной деформации Р1 = 1,0 Н; сила пружины при рабочей деформации (соответствует наибольшему принудительному перемещению подвижного звена в системе) Р2 = 9,0 Н; рабочий ход h = 23 мм; наружный диаметр D = 10 мм; наибольшая скорость перемещения подвижного конца пружины при нагружении или разгрузке VО = 3 м/с; выносливость - число циклов до разрушения N = 1·107.
Пользуясь таблицей 1, применяется 1 класс выносливости пружин.
Интервал значений инерционного зазора пружины сжатия -
д = 0,05 ч 0,25. Находим граничные значения силы пружины при максимальной деформации Р3:
где Р2 - сила пружины при рабочей деформации,
Из полученного интервала принимаем силу Р3 = 11,8 Н. Исходя из заданного диаметра и стремления обеспечить наибольшую критическую скорость, выбираем пружину со следующими данными: номер пружины 184 по ГОСТ 13767-68; диаметр проволоки d = 0,80 мм, наружный диаметр пружины D = 10 мм, жёсткость одного витка z1 = 5,26 Н/мм, наибольший прогиб одного витка f3 = 2,243 мм.
Для пружин 1 класса норма напряжений ф3 рассчитывается по формуле:
(2)
где дВ - временное сопротивление, Н/мм2.
Для диаметра проволоки 0,8 мм 1 класс - дВ = 2600 Н/мм2.
Принадлежность к 1 классу проверяется путём определения отношения VО / VКР, для чего предварительно находим критическую скорость при д = 0,237 по формуле:
Полученная величина свидетельствует об отсутствии соударения витков, и, следовательно, выбранная пружина удовлетворяет заданным условиям.
Остальные размеры пружины определяются по следующим формулам:
- жёсткость пружины z:
- число рабочих витков пружины n:
- уточненная жёсткость z:
- при одном нерабочем витке, полное число витков:
где n2 - число опорных витков.
- средний диаметр пружины DО:
- индекс пружины с:
- предварительная деформация F1:
- рабочая деформация F2:
- максимальная деформация (при соприкосновении витков сжатия) F3:
- высота пружины при максимальной деформации H3:
где n3 - число зашлифованных витков.
- высота пружины в свободном состоянии Н0:
- высота пружины при предварительной деформации Н1 (определяет габариты узла пружины сжатия):
- высота пружины при рабочей деформации Н2:
- шаг пружины t:
- длина развёрнутой пружины L:
- масса пружины Q:
- объём W, занимаемый пружиной:
Расчёт пружины сжатия (пружина №2), которая поджимает трубчатое сверло, проводится аналогично, поэтому все результаты сводим в таблицу 1.
Таблица 1
Расчёт пружин сжатия
|
Обозначение |
Величина |
||
|
Пружина №1 |
Пружина №2 |
||
|
1 |
2 |
3 |
|
|
P1, Н |
1 |
9,5 |
|
|
P2, Н |
9 |
15 |
|
|
h1, мм |
23 |
23 |
|
|
V0, м/с |
3 |
3 |
|
|
N |
1·107 |
1·107 |
|
|
D, мм |
10 |
12 |
|
|
д |
0,237 |
0,17 |
|
|
P3, Н |
11,8 |
18 |
|
|
d, мм |
0,8 |
1 |
|
|
z, Н/мм |
5,26 |
7,51 |
|
|
f3, мм |
2,243 |
2,397 |
|
|
у3, Н/мм2 |
780 |
780 |
|
|
VKP, м/с |
5,16 |
3,46 |
|
|
Zрасч, Н/мм |
0,3478 |
0,687 |
|
|
n |
15 |
10,9 |
|
|
n1 |
16 |
12 |
|
|
D0, мм |
9,2 |
11 |
|
|
с |
11,5 |
11 |
|
|
F1, мм |
2,87 |
13,82 |
|
|
Обозначение |
Величина |
||
|
Пружина №1 |
Пружина №2 |
||
|
F2, мм |
25,8 |
21,83 |
|
|
F3, мм |
33,9 |
26,2 |
|
|
H3, мм |
12,4 |
11,5 |
|
|
H0, мм |
46,3 |
37,7 |
|
|
H1, мм |
43,43 |
23,88 |
|
|
H2, мм |
20,5 |
15,87 |
|
|
t, мм |
3,043 |
3,397 |
|
|
L, мм |
471 |
422,4 |
|
|
Q1, кг |
1813,5·10-6 |
2541·10-6 |
|
|
W, мм3 |
3291,9 |
2606,5 |
3.3.2 Расчет толкателя
Проведем конструкторский расчет толкателя в программе SolidWorks. Результаты расчета приведены на рисунке 18.
Расчет был проведен при осевой нагрузке, которая соответствует условиям эксплуатации и равна 20 Н. При анализе полученных результатов, видно, что наиболее опасным сечением, является сечение с наименьшим диаметром. Но при эксплуатационных нагрузках даже в этом сечении толкатель сохраняет свою работоспособность.
Рисунок 18 Эпюра напряжений
4. Технологическая часть
4.1 Разработка технологии сверления отверстий в резине
Автомобильная шина устанавливается на опорное устройство, расположенное под шпинделем станка. Нажатием кнопки включается привод станка. Поступательное движение в направлении шины шпиндель приобретает с помощью педального привода. Ниже описана последовательность действий при сверлении отверстий в резине смотри ВКР 150301.10.23.011.04.01.00.00.
Исходное положение. Верхняя часть толкателя 23 находится в контакте с полумуфтой 18, нижняя часть занимает всю полость режущей трубки сверла 1. Пружина 41 сжата.
При нажатии на педаль, движение через рычажную систему, подвижный подшипник 39 передает валу 3, который перемещается вертикально вниз. При величине хода вала 3 равного 16 мм конический штопор 10 ограничивает ход толкателя 23, который перемещался вверх под действием пружины 41, освобождая при этом полость режущей трубки. При дальнейшем нажатии на педаль, толкатель и вал перемещаются вниз одновременно, трубчатое сверло 1 приближается к протектору.
Режущая трубка сверла 1 врезается в тело протектора до упора торца направляющей втулки 6 в поверхность протектора. Образуется столбик резины внутри сверла 1.
При дальнейшем движении системы вниз, направляющая втулка 6, упираясь торцом в поверхность протектора, заставляет перемещаться трубчатое сверло 1 вместе с регулировочными шайбами 25 вверх относительно вала 3, сжимая пружину 42. Под действием конического штопора 10 толкатель 23 продолжает опускаться. Это продолжается до того момента, когда торец регулировочной гайки 7 приблизится к протектору на расстояние равное 1,0-1,5, мм. В это время толкатель давит на столбик резины, последний увеличивается в диаметре, заклинивает внутри трубчатого сверла, принимает от него вращение и отрывается у основания.
При обратном ходе сверло 1 выводится из протектора шины, под действием пружины 42 она вместе с регулировочными шайбами 25 и направляющей втулкой 6 принимает исходное положение. Толкатель 23 входит в контакт с полумуфтой 18, сжимая пружину 41, перемещается внутри режущей трубки сверла 1 и выталкивает из неё столбик резины.