CC BY
44
Л. Шляковл E.B. Антикоррозионная поверхностная обработка металлов : монография / И.В. Мозговой. A.A. Соловьев. Е.В.Шлякова - Омск: Иэл-во ОмГТУ, 2006 - 188с.
ШЛЯКОВА Елена Валериевна, старший преподаватель кафедры физики и химии Омского танкового инженерного института.
МОЗГОВОЙ Иван Васильевич, доктор технических
наук, профессор, заведующий кафедрой «Химическая технология органических веществ» Омского государственного технического университета. СОЛОВЬЕВ Анатолий Алексеевич, кандидатфизико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой информатики Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии.
Статья поступила в редакцию 27.08.08 г. © 0. В. Шлякова, И. В. Мозговой, А. А. Соловьев
УДК 621.01.001.2
В. Б. МЛСЯГИН
Омский государственный технический университет
АВТОМАТИЗАЦИЯ РАЗМЕРНОГО АНАЛИЗА ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Представлены методика и программа, обеспечивающие автоматическое выявление размерных цепей осесимметричных конструкций при размерном анализе. Исходная информация формируется на основе геометрических моделей узла и деталей, данных о контактах между деталями, получаемых построением графа-дерева, и требованиях к замыкающим звеньям. Обеспечивается визуальный контроль правильности исходных данных и принимаемых решений по назначению размерных и точностных параметров.
Размерный анализ является важным этапом размерной отработки конструкций, так как позволяет выявить взаимосвязи деталей и сборочных единиц, составляющих машину, определить методы достижения требуемой точности машины, проанализировать правильность простановки размеров и допусков на чертежах, повысить технологичность конструкции, установить последовательность сборки машины и ее сборочных единиц 111.
Основной проблемой размерного анализа конструкций является его значительная трудоемкость. Решение этой проблемы возможно на основе автоматизации размерного анализа [2,3).
Для решения данной проблемы разработаны программное обеспечение [4) и методика, обеспечивающие автоматическое выявление размерных цепей осесимметричных конструкций и их автоматизированный расчете применением ПЭВМ. Алгоритм программы основан на использовании аналогии в подходах к расчету технологических размеров с применением матрицы смежности графа [51 и в подходах к размерному анализу конструкций. Аналогия заключается в том, что операционные технологические размеры и допуски составляют граф и матрицу смежности технологических размеров и допусков, а конструкторские размеры и допуски деталей сборочной единицы объединяются в общую размерную структуру - графи матрицу смежности конструкторских размеров и допусков сборочной единицы. Для обеспечении простоты кодирования информация о сборочной единице и деталях представляется в виде геометрических моделей, имеющих только плоские и цилиндрические поверхности, с табличным описанием. Для визуализации сборочной единицы в программе
применяется метод построения изображений на основе данных, содержащихся в геометрических моделях деталей и сборочной единицы.
Методика автоматизированного размерного анализа конструкций с применением разработанного программного обеспечения включает следующие этапы: 1) представление информации о сборочной единице в виде, пригодном для ввода в ЭВМ; 2) подготовка исходных данных для ввода в ЭВМ в виде текстового файла, проверка правильности файла исходных данных с помощью программы для ЭВМ и уточнение геометрических моделей деталей и узла по результатам проверки; 3) выявление с помощью программы для ЭВМ струк туры размерных цепей и анализ с уточнением простановки размеров деталей; 4) назначение допусков на замыкающие и составляющие звенья размерных цепей и фиксацию их в файле исходных данных; 5) проверка и обеспечение допусков на замыкающие звенья размерных цепей с помощью программы для ЭВМ; 6) проверка и обеспечение значений отклонений замыкающих звеньев размерных цепей с помощью программы для ЭВМ; 7) анализ результатов размерного анализа.
Программа для ЭВМ «UNION» |4) предназначена для решения частного типа задач — прямой и обратной задач расчета размерных цепей осесимметричных конструкций с использованием метода максимума-минимума при обеспечении точности замыкающих звеньев методом полной взаимозаменяемости.
Основные особенности разрабо танной методики размерного анализа с применением программы «UNION» связаны с подготовкой исходных данных.
На рис. 1 представлен эскиз сборочной единицы, состоящей из деталей осесимметричной формы, —
Рис. 1. Эскиз сборочной единицы: I - крышка; 2 - винт (2 шт.); 3 - кольцо стопорное; 4 - болт (4 шт.); 5 - фланец; 6 - прокладка; 7- кольцо компенсационное; 8 - шкив; 9,13 - подшипники; 10 - кольцо уплотнительное; 11 - ступица; 12 - втулка
узел «Ступица» |6|, с указанием позиций и наимено-наиий деталей. При наличии нескольких деталей одного наименования, расположенных в различных частях сборочной единицы, необходимо каждой подобной детали присвоить свой номер.
Для проведения размерного анализа осуществляется переход к геометрической модели узла, в которой все де тали имеют только плоские и цилиндрические поверхности. Форма деталей преобразуется путем замены конических, сферических, резьбовых, фасонных поверхностей сочетаниями плоскими и цилиндрическими поверхностей (рис. 2).
После построения геометрической модели узла выполняется построение геометрических моделей отдельных деталей. Геометрическая модель детали представляет собой эскиз, на котором показаны контуры верхней половины детали в разрезе с указанием только торцов и цилиндрических поверхностей, имеющих общую ось, с простановкой номеров поверхностей и всех конструкторских размеров с соответствующим буквенным обозначением с индексом, обозначающим номер размера. Поверхности детали на эскизе обозначаются номерами в возрастающем порядке при обходе всего кон тура детали по часовой стрелке, начиная с левою торца. Контур детали должен быть замкнутым или начинаться от оси детали и замыкаться на ось.
Эскиз геометрической модели детали дополняется таблицей, содержащей следующую информацию о детали: номер детали, наименование детали, число поверхностей детали, число и последовательность участков контура, число диаметральных, радиальных и линейных размеров и их описание — номер размера, номинальное значение, верхнее и нижнее отклонения, номер поверхности —диаметра (для диаметральных размеров) или номера поверхностей — границ радиального или линейного размера (меньшего и большего диаметров для радиальных размеров и левой и правой границдлялинейных размеров).
Требования взаимного расположения поверхностей, составляющих модель детали, не учитываются и не фиксируются в геометрической модели детали, что является ограничением при проведении размерного анализа конструкций с применением программы «UNION».
Конструкцией узла ступицы предусмотрено наличие связей между деталями в осевом и радиальном направлениях. В осевом направлении — это контакты и гарантированные зазоры между торцовыми поверхностями отдельных деталей. В радиальном направлении неявно подразумевается совпадение осей всех деталей узла. Данные контакты, зазоры и требование совпадения осей о тражают взаимосвязи деталей узла, благодаря которым детали объединяются в узел и составляют одно целое.
Для проведения размерного анализа с применением компьютера необходимо предварительно выявить взаимосвязи между всеми деталями узла.
Взаимосвязи в радиальном направлении — расстояния между осями де талей — задаются равными нулю автоматически самой программой.
В осевом направлении требуется выявить взаимосвязи — контакты и гарантированные зазоры — путем анализа конструкции узла человеком.
Число связей в осевом направлении должно быть на единицу меньше, чем число деталей, так как две детали образуют одну связь. Поскольку в рассма триваемый узел входит 13 деталей, то таких связей должно быть 12, т.е. на единицу меньше, чем число деталей.
Анализ конструкции узла «Ступица» показывает, что в узле нет гарантированных зазоров, и связь между деталями осуществляется только путем контакта. По геометрической модели узла (рис. 2), определяются места контакта, т.е. места соприкосновения деталей, и отмечаются точками с выносным и линиями и числовыми обозначениями (рис. 3).
В некоторых случаях возникает неоднозначность в определении мест контакта. Например, прокладка 6 соприкасается одной стороной с фланцем 5, другой — со шкивом 8. Можно было бы обозначить оба места соприкосновения как контакты между деталями. И тогда фланец 5 будет связан со шкивом 8 через прокладку 6. Но фланец 5 через ряд других деталей (подшипники 9 и 13 и втулку 12) также связан со шкивом 8. Получается противоречие, поскольку получается, что положение одной детали определяется двумя разными способами относительно другой детали. Хотя при конструировании неявно подразумевается, что положение каждой детали в узле должно определяться относительно других деталей однозначно. Другой пример неоднозначности связи — это взаимосвязь шкива 8 и уплотнительного кольца 10. Можно обозначить в качестве контакта две стороны уплотнительного кольца, поскольку они обе соприкасаются с прокладкой, т.е. определить положение одной детали относительно другой двумя разными способами. Еще одна неоднозначность — это возможность обозначения в качестве контактов мест соприкосновения левого торца стопорного кольца 3 с правым торцом дистанционного кольца 7 и правого торца стопорного кольца 3 с поверхностью канавки в ступице 11.
Для того чтобы исключить подобную неоднозначность в определении мест контактов и зазоров, возможно применить модель конструкции узла в виде графа (рис. 4). Детали представляются в виде вершин графа — кружков с помещенными внутрь номерами позиций деталей, а контакты и зазоры — в виде пронумерованных ребер графа, т.е. отрезков, соединяющих вершины графа. Положение вершин графа
должно приблизительно соответствовать положению деталей в узле. Номера ребер графа принимаются соответствующими обозначениям контактов на рис. 3.
На рис. 4 показаны штриховыми линиями ребра графа, соответствующие возможным местам контактов между деталями. Необходимо принять такой вариант связей между деталями, чтобы граф связей представлял собой граф-дерево, т.е. не имел замкнутых контуров. В этом случае существует только один способ связи двух любых вершин графа, т.е. положение деталей в узле определяется однозначно. Например, вариант связей, который на графе (рис. 4) представлен сплошными ребрами в соответствии с принятыми контактами (рис. 3), является графом-деревом.
С точки зрения теории размерных цепей контакт — это промежуточное составляющее звено между размерами различных деталей, которое обычно не показывается на схемах размерных цепей, за исключением размерных цепей со звеньями-зазорами. Необходимо принять допущение, что номинальные значения и верхние и нижние отклонения размеров, соответствующих контактам, равны нулю. В общем случае эти параме тры могут иметь значения, не равные нулю, если условия контакта допускают неопределенность взаимного положения контактирующих поверхностей, или при описании гарантированных зазоров.
Описание параметров контакта узла «Ступица» представляются в виде таблицы, в которой указываются номинальные значения и отклонения размеров, соответствующих контактам, и обозначения левой и правой поверхностей контакта, относящихся к контак тирующим деталям.
Обозначения поверхностей контакта, как и обозначения всех других поверхностей деталей, объединенных в узел, формируются по определенным правилам и должны иметь вид двух чисел, разделенных точкой. Первое число, расположенное перед точкой, означает номер поверхности детали; второе число, расположенное после точки, означает номер детали, к которой относится обозначаемая поверхность.
Конструкцией ступицы также предусмотрены требования к замыкающим звеньям. Число замыкающих звеньев определяется требованиями к служебному назначению узла «Ступица» и требованиями технологии сборки (рис. 5).
Замыкающие звенья задаются при проектировании и выявляются на эскизе геометрической модели узла путем анализа конструкции узла человеком.
В качестве замыкающих звеньев могут быть приняты зазоры и натяги между цилиндрическими или торцовыми поверхностями деталей узла в местах, где на эскизе геометрической модели они соприкасаются или где имеется зазор между поверхностями деталей, втом числе между поверхностями подвижных и неподвижных деталей. То есть в общем случае в качестве замыкающих звеньев могут быть приняты не только звенья, которые задаются при проектировании, но и любые другие звенья, обеспечение которых жела тельно проконтролировать.
Описание замыкающих звеньев представляются в виде таблицы, вид которой аналогичен видутаблицы описания контактов и зазоров. В данной таблице указываются номинальные значения замыкающих звеньев, верхние и нижние отклонения и обозначения поверхностей — границ, между которыми заданы замыкающие звенья. Номера поверхностей — границ замыкающего звена — обозначаются аналогично
8 13 14 20 17
Рис. 3. Эскиз узла ступицы с обозначением контактов между деталями ступицы в осевом направлении
Рис. 4. Граф геометрической модели узла «Ступица»
Рис. 5. Замыкающие звенья конструкции ступицы
обозначениям поверхности контакта между деталями.
При помощи стандартного текстового редактора создается файл исходных данных. В файле исходных данных последовательно указывается число деталей в узле, затем число контактов, затем размещаются данные таблицы контактов и зазоров, затем количество замыкающих звеньев и данные таблицы замыкающих звеньев. Далее размещаются данные из таблиц с информацией о геометрических моделях деталей.
После создания файла исходных данных запускается программа «UNION», интерфейс которой показан на рис. 6.
Если после запуска вычислений кнопкой «Расчет» интерфейс программы автоматически закрылся, то это признактого, ч то в исходных данных есть фатальные ошибки, наличие которых не позволяет сформировать структуру размерных связей узла. В то же время в исходных данных могут находиться не фатальные ошибки, связанные, например, с неверно введенными значениями размеров деталей, отклонений, номеров границ и т.п., позволяющие сформировать структуру размерных цепей. Если в файле исходных данных нет фатальных ошибок, программа «UNION» не закроется автоматически и в графическом окне интерфейса программы появится изображение контуров деталей узла (рис. 6).
Изображение с троится программой автоматически по средним конструкторским размерам деталей и
Размерный анализ оссснмистркчвмх конструкций "UNION"
Мпсхп-нОЬ
Имя файла исходных данных: |ступица .Ixt
Вспомогательный файл:
Со j na ! 6 (пгро ; wo.)
•Не псрпкллсыитп
Расчет
7 ИФ I АО»«!
Рис. 6. Интерфейс программы «UNION»
узда в целом, т.е. точно отражает геометрическую форму деталей узла и их взаимное положение согласно введе 11 н ы м исходи ым данным.
После запуска программа выполняет вычисления и автоматически создает информационный файл, в котором содержится полный отчет о работе программы, а именно, выведены исходные данные в том виде как они были считаны из файла исходных данных. а также сообщения об ошибках в исходных данных и результа ты вычислений—таблица ожидаемых погрешностей замыкающих звеньев и сообщения о необеснечении допусков замыкающих звеньев и таблица расчетных значений замыкающих звеньев и сообщения о необеспечении отклонений замыкающих звеньев.
Эти данные вместе с графической информацией являются достаточными для проведения размерног о анализа конструкции узла.
Автоматизированная методика размерного анализа конструкций по своей форме сводится к диалогу конструктора с ЭВМ. при котором компьютер выступает в качестве эксперта, выявляющего допущенные ошибки и помогающего их исключить и оценивающего каждое принимаемое решение на соответствие основным положениям теории размерных цепей и размерного анализа.
При проведении размерного анализа с применением программы ««UNION» на этапе конструирования оперативно устраняются фак тически все размерные и точностные ошибки и несоответствия, которые могут возникнуть при разработке конструкции, то есть достигается высокое качество конструкции на начальном этапе ее создания и исключаются затраты на устранение ошибок на последующих этапах технологической подготовки производства и самого производства, когда затраты на устранение последствий ошибок увеличиваются на порядок или даже несколько порядков.
Программа отличается возможностью визуального контроля правильности принимаемых решений по назначению размерных и точностных параметров отдельных деталей и узла в целом.
Публикуемая работа связана с выполнением «Аналитической ведомственной целевой программы развития научного потенциала высшей школы (2006 — 2008 тт.)».
Библиографический список
1. Размерный анализ конструкций: Справочник / С.Г. Бон-даренко. О.Н. Череднико». В.П. Губий, Т.М. Игнатцев: иол общ. род канд. техн. наук С.Г. Бондаренко. - К.: Тэхника, 1989. -150 с.
2. Аввакумов В.Д. Расчет сборочных размерных цепей на ЭВМ //Сборка в машиностроении, приборостроении. - 2006. -N« 10. - С.9-13.
3. Скворцов A.B. Автоматизированная система комплексного размерного анализа в среде CALS/ИПИ-технологий // Вестник машиностроения. - 2007. —N»5. - С. 36 —42.
4. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2008610111. Размерный анализ осесимметричных конструкций «UNION» / В.Б. Масигнн.
5. Масягнн В.Б. Метод расчета линейных технологических размеров на основе матричного представления графа // Технология машиностроения. -2004. - №2. - С. 35-40.
6. Сборник задач и упражнений потехнологии машиностроения : учеб. пособие / В.И. Авсрченков, O.A. Горленко, В.Б. Иль-нцкий и др.; под общ. ред. O.A. Горленко. - М.: Машиностроение, 1988. - 192с.
МАСЯГИН Василий Борисович, кандидат технических наук, доцент кафедры технологии машиностроения.
Статья поступила в редакцию 12.09.08 г. © В. Б. Масягнн
