CC BY
27
УДК 621.833.382
DOI 10.24411/2409-3203-2020-12304
АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИИ ДЕТАЛИ «ЧЕРВЯК»
Ефанов Сергей Александрович
к.т.н. доцент кафедры «Конструкторско-технологической информатики» ФГБОУ ВО "Национальный исследовательский Мордовский государственный
университет им. Н. П. Огарёва" Республика Мордовия, г. Саранск Кеняйкин Дмитрий Сергеевич студент
ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Мордовский государственный
университет им. Н. П. Огарёва» Республика Мордовия, г. Саранск
Аннотация: В статье приводится статический анализ конструкции детали. В качестве метода анализа используется метод конечных элементов, а в качестве среды моделирования SOLIDWORKS Simulation.
3D модель червяка реализована в виде детали адаптированной к конечно элементному анализу.
Разработаны граничные условия по перемещениям обеспечивающие вычислительную эффективность, а также адекватность получаемых решений.
Результаты анализа напряженно-деформированного состояния представлены в наглядной форме, пригодной для оценки.
Ключевые слова: конечно-элементный анализ, напряженно-деформированное состояние, SOLIDWORKS Simulation.
ANALYSIS OF THE CONSTRUCTION OF THE DETAILS "SCREW"
Efanov Sergey A.
Ph.D., Associate Professor of the Department of Design and Technological Informatics National Research Mordovian State University named after N. P. Ogaryov Republic of Mordovia, Saransk Kenyaykin Dmitry S. student
National Research Mordovian State University named after N. P. Ogaryov Republic of Mordovia, Saransk
Abstract: The article provides a static analysis of the design of the part. The analysis method uses the finite element method, and the SOLIDWORKS Simulation modeling environment.
The 3D model of the screw is implemented as a part adapted to finite element analysis.
Boundary conditions for displacements have been developed to ensure computational efficiency, as well as the adequacy of the solutions obtained.
The results of the analysis of the stress-strain state are presented in a visual form suitable for assessment.
Keywords: the finite element analysis, the stress deformed state, SOLIDWORKS Simulation.
Быстрое развитие вычислительной техники существенно влияет на процесс инженерной работы. Появились программные комплексы CAD и CAE систем обеспечивающие современный подход, позволяющие значительно ускорять процессы проектирования конструкций и их исследования.
Произведем анализ конструкции детали «Червяк» в среде SolidWorks [1,2].
Деталь «Червяк» относиться к классу валов, длина которых значительно больше диаметра с элементами зубчатых зацеплений.
Червяки применяются в червячных передачах в качестве ведущего звена. Червячная передача предназначена для значительного увеличения крутящего момента и уменьшения угловой скорости.
Для изготовления детали "Червяк" использовалась сталь 45 ГОСТ 1050-2013. Данная сталь применяется при изготовлении высоконагруженных, быстроходных червячных передач.
Деталь, служит для передачи крутящего момента другим деталям. Червяк в процессе работы подвергается нагреву и испытывает напряжения, вызванные крутящим и изгибающим моментами, в местах контакта возникают контактные напряжения
3D модель детали была построена в программном комплексе SolidWorks и представлена на рисунке 1.
ч^ Чемж (По уыслчгмм< <Пс lUOMt > История
Рисунок 1. 3 D модель детали
Червячные передачи проверяют на выносливость по контактным напряжениям [он]=167 МПа, во избежание усталостного выкрашивания рабочих поверхностей и на выносливость зубьев по напряжениям изгиба [оБ]=98МПа, для предотвращения усталостного разрушения зубьев.
Привод осуществляется от электродвигателя мощностью Pдв=Рl=4 кВт, частота вращения Пдв=1500 об/мин, скольжением S=3%, и КПД п=0,8.
В червячной передаче в зацеплении действует сила, которую принято раскладывать на три составляющие силы. На окружную силу на червяке Бп, Н, на радиальную силу на червяке Бг1, Н и на осевую силу Ба1, Н.
Произведя расчеты, получим Бп=1050,8, Бг1=1529,8 и Ба1=4203,2 Н. Данные силы будем использовать в качестве внешних нагрузок, действующих на деталь.
На модель детали были приложены следующие ограничения:
- ограничение на перемещение в радиальном и осевом направлениях прикладываются на поверхность 035к6, место посадки радиально упорного подшипника;
- ограничение на перемещение в радиальном направлении прикладывается на поверхности 030кб, место посадки радиального подшипника;
- на боковую поверхность шпоночных пазов прикладываем ограничение на перемещение в направлении перпендикулярном к этой грани.
Данная задача решалась методом конечных элементов [3 - 8].
Командой «Создание сетки» активируем формирование конечно-элементной сетки. Трехмерная модель с приложенными граничными условиями и наложенной конечно-элементной сеткой представлена на рисунке 2.
Рисунок 2. Модель с граничными условиями и наложенной конечно-элементной сеткой
Следующим шагом запускалась программа на расчет. Для этого выбиралась команда «Запуск».
Исследуемая деталь будет признаваться годной, если напряжение на зубе не превысит 98МПа, так как оно является наименьшим из двух определенных, напряжение на шлицевом соединении меньше 70МПа и, если напряжения не превысят предел текучести 360МПа, что будет свидетельствовать о пластических деформациях детали.
Результаты проведенных расчетов представлены на рисунке 3.
а) Диаграмма напряжений по Мизесу б) Диаграмма суммарных перемещений
Рисунок 3. Результаты расчета детали «Червяк» В результате расчетов не одно из условий не было нарушено, значит, деталь признается годной.
Результаты анализа конструкции детали «Червяк» позволяют сделать выводы по надежности данной детали.
Список литературы:
1. Алямовский А.А. COSMOSWorks. Основы расчета конструкций на прочность в среде Solid Works. -М.: ДМК Пресс, 2010, -784 с., ил. (Серия «Проектирование»).
2. Алямовский А.А. Инженерные расчеты в Solid Works Simulation. -М.: ДМК Пресс, 2010, -464 с., ил. (Серия «Проектирование»).
3. Бегеев В.И. Анализ статической прочности и жесткости поворотного кулака электромобиля BRAVOEGO / Бегеев В., Ефанов С. // САПР и графика. 2019. № 12 (278). С. 70-72.
4. Ефанов С.А. Сингулярность при решении задач методом конечных элементов / Ефанов С.А. // Тенденции развития науки и образования. 2019. № 55-1. С. 3135.
5. Бояров Г.В. Анализ конструкции детали "Втулка разгрузочная" / Бояров Г.В., Ефанов С.А., Чугунов М.В., Мартышкин А.П. // В сборнике: МАШИНОСТРОЕНИЕ: НАУКА, ТЕХНИКА, ОБРАЗОВАНИЕ материалы XI Всероссийской научно-практической конференции. Рузаевский институт машиностроения. 2017. С. 12-16.
6. Котин А.В. Моделирование радиального нагружения восстановленного подшипникового соединения шпиндельного узла / Котин А.В., Ефанов С.А. // В сборнике: ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫЕ И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ И СИСТЕМЫ. МЕЖВУЗОВСКИЙ СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ. Саранск, 2017. С. 461-465.
7. Котин А.В. Надежный способ восстановления неподвижного соединения вал-подшипник / Котин А.В., Водяков В.Н., Кузнецов В.В., Конаков А.В., Ефанов С.А. // Сельский механизатор. 2015. № 8. С. 34-35.
8. Ефанов С.А. Обеспечение параметрической надежности ремонтно-технологического оборудования восстановлением шпиндельных узлов полимерными композиционными материалами: дис. ... канд. техн. Наук: 05.20.03 / Ефанов Сергей Александрович. - Саранск., 2015. - 131 с.
♦
