CC BY
20
УДК 629.7:004.925.8
С.Г. В1РЧЕНКО
Нацюнальний техшчний ушверситет Украши "Кшвський полiтехнiчний iнституг iMeHi ¡горя Сжорського"
СЛ. ШАМБ1НА
Росшський унiверситет дружби народiв
ДИНАМ1ЧНЕ СТРУКТУРНО-ПАРАМЕТРИЧНЕ ГЕОМЕТРИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ЛОНЖЕРОНА КРИЛА Л1ТАКА
Розглянуто деяш аспекти побудови комп'ютерних dmaMi4mx геометричних моделей складанних одиниць машинобудування на прикладi лонжерона крила лiтака з використанням методологи структурно-параметричного формоутворення. Запропоновано комплексний ттегрований пiдхiд вiдображення технологiчного процесу, що включае як суто складалът операцп (установлення деталей), так i супутне ix мехатчне обробляння, зокрема, р1занням (свердлтня та зенкування отворiв) i тиском (клепання). Подана методика сприяе пiдвищенню якостi продукци машинобудування за рахунок бшъш досконалого ii автоматизованого проектування.
Ключовi слова: динамiчне формоутворення, лонжерон крила лтака, структурно-параметричне геометричне моделювання.
С.Г. ВИРЧЕНКО
Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт имени Игоря Сикорского"
С.Л. ШАМБИНА
Российский университет дружбы народов
ДИНАМИЧЕСКОЕ СТРУКТУРНО-ПАРАМЕТРИЧЕСКОЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЛОНЖЕРОНА КРЫЛА САМОЛЕТА
Рассмотрены некоторые аспекты построения компьютерных динамических геометрических моделей сборочных единиц машиностроения на примере лонжерона крыла самолета с исполъзованием методологии структурно-параметрического формообразования. Предложен комплексный интегрированный подход отображения технологического процесса, включающий как чисто сборочные операции (установки деталей), так и сопутствующую им механическую обработку, в частности, резанием (сверление, зенковка отверстий) и давлением (клепка). Изложенная методика способствует повышению качества продукции машиностроения за счет более совершенного ее автоматизированного проектирования.
Ключевые слова: динамическое формообразование, лонжерон крыла самолета, структурно-параметрическое геометрическое моделирование.
S.G. VIRCHENKO
National Technical University of Ukraine"
"Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute»
S.L. SHAMBINA
Peoples' Friendship University of Russia
DYNAMIC STRUCTURAL-PARAMETRIC GEOMETRICAL MODELING OF AN AIRPLANE WING SPAR
Some aspects constructing of computer dynamic geometric models of mechanical units are considered on the example of an airplane wing spar using the methodology of structural-parametric shaping. The complex integrated approach is proposed for the technological process, including assembly operations (installation ofparts) and the accompanying mechanical processing, in particular, cutting (drilling, countersinking of holes) and pressing (riveting). The presented technique promotes the improvement of the quality of mechanical engineering products due to its more advanced computer-aided design.
Keywords: dynamic shaping, airplane wing spar, structural-parametric geometric modeling.
Постановка проблеми
Щдвищення якосп продукци машинобудування завжди залишаеться актуальною науковою проблемою. У наш час перспективними засобами для И устшного виршення вважаються шформацшш технологи, що дозволяють автоматизовано здшснювати складш розрахунки, розробляти необхвдну документацш, створювати р1зноманггш комп'ютерш модел опрацьовуваних об'екттв i процеав тощо. У
багатьох наведених випадках геометричш даш слугують основою для узгодження параметрiв 1 характеристик проектованих виробiв пiд час 1'х багатокритерiальноl ошгашзаци. Тому подальше вдосконалення методiв, способiв, прийомiв та алгоритмш автоматизованого формоутворення е важливою науково-прикладною задачею як у теоретичному, так i в практичному плат.
Анат останшх досл1джень i публiкацiй
Комп'ютерному моделюванню продукци машинобудування завжди придшялась особлива увага науковою школою прикладное' геометрп КП1 iм. 1горя Сшорського. Один iз таких напрямк1в становить структурно-параметричне формоутворення, основш положення якого викладено в публшацп [1]. Про ефективне використання ще1 методологи в авiацiйнiй галузi сввдчать статтi [2, 3], присвячеш iнтегрованому оптимальному проектуванню та виготовленню конструкцп лiтака. Новим е пвдхвд, який базуеться на запропонованому методi полшараметризаци [4], зручному для вiдтворення динамiчних процесiв виробництва продукци машинобудування. Належний випадок для токарних операцш подано у пращ [5]. У публшащях [6, 7] способи та прийоми методу полшараметризаци поширено вiдповiдно на свердлiння й зенкування отворiв та обробляння тиском шляхом осаджування прямих кругових цилiндричних заготованок. У виданнi [8] наведено загальш теоретичнi основи побудови комп'ютерних динамiчних геометричних моделей рiзноманiтних техшчних об'ектiв, якi проiлюстровано на приклащ варiантного проектування поверхнi крила лижа.
Мета дослiдження
Завдання дано1 статп полягае в подальшому розвитку комп'ютерного структурно-параметричного геометричного моделювання технiчних об'екпв шляхом доповнення його способами та прийомами динамiчного формоутворення на засадах методу полшараметризаци.
Викладення основного матерiалу дослiдження
Перспективний напрямок удосконалення структурно-параметричних геометричних моделей, зокрема, варiантного конструювання лонжерона крила лiтака [2] полягае в 1'х штеграцп iз засобами динамiчних побудов.
Вiзьмемо за основу зазначену модель, яку адаптуемо для динамiчного формування лонжерона центрально1 частини крила лггака, що з'еднуе лiву та праву його консолi.
Склад проектованого лонжерона ЛН подамо множиною
ЛН = (ЛН 1 )4, (1)
де ЛН1={СТ} - стшка; ЛН2={ПС ь ПС2} - пояс верхнш i нижнiй; ЛН 3 = (Ст- )^ЛНз - стояки; ЛН 4 = (Зк;- Х^™4 -заклепки.
Нехай виготовлення вузла (1) визначае кортеж технолопчних операцш
Т = (Т,- )5, (2)
де Т 1={Установити СТ, ПС1, ПС2}; Т 2={Свердлити, зенкувати, клепати ПС 1, ПС2}; Т 3={Установити Ст-, -=1 ... ^ЛНз}; Т4={Свердлити, зенкувати, клепати Ст-,j=1 ... ЖЛНз}; Т5={Контроль складання ЛН}.
Зпдно з викладеним у робоп [8] загальним теоретичним тдходом у даному прикладi застосовуваними фиурами (1) е тiла, а технолопчш операци (2), з геометрично1 точки зору, зводяться до змiнювання параметрiв положення та форми цих об'екпв.
На рис. 1 (за допомогою виду спереду та злiва) показано результат виконання операци Т!.
СТ СТ ПС]
а б
Рис. 1. Установлення стшки та пояав лонжерона центрально!' частини крила л1така: а - стшка; б - верхн1й 1 нижшй пояс
Параметрами стiнки СТ, як прямокутного паралелепiпеда, е И довжина, висота та товщина. Для таврових пояав ПС 1 i ПС2 - це належнi розмiри поперечних перерiзiв та довжина. Сутнiсть операци встановлення цих деталей полягае в 1'х перемiщеннi в необхвдне положення з потрiбним базуванням 1 закршленням. Для здiйснення базування т1л може використовуватися спряження 1'х граней, ребер та вершин, розташування на належних ввдстанях, п1д певним кутом ! т. д. У данiй статп, через обмежений И обсяг, питання конкретних спосо61в закрiплення деталей не розглядаеться.
Сутшсть операцп Т 2 iлюструe рис. 2, з якого бачимо, що пояси до стшки лонжерона крiпляться нерозшмним з'еднанням, утворюваним шляхом свердлiння необхвдних отворiв (у деяких випадках Гх зенкуванням) та подальшим клепанням.
'Зку ст НС]
г д
Рис. 2. Технолопчна операщя Т2 свердлшня, зенкування та клепання пояс1в ПС1 1 ПС2: а - загальний вид; б - початок 1 завершения свердлшня отвору; в - зенкування отвору; г - початок 1 завершення клепання; д - вар1ант заклепки з потайною закладною головкою
Математичний апарат динамiчного формоутворення рiзноманiтних отворiв на засадах структурно-параметричного геометричного моделювання з використанням методу полiпараметризацii докладно подано в публжаци [6]. Це стосуеться й рекомендованого автоматизованого порядку вiдображення зазначених операцш, а також застосовуваних допом1жних динамiчних технологiчних геометричних моделей.
Питання математичного вiдтворення процесiв обробляння тиском шляхом осаджування прямих кругових цилiндрiв викладено у статтi [7], що становить основу для комп'ютерного динашчного формоутворення замикаючих головок заклепок.
З виразу (2), який визначае послщовшсть виготовлення опрацьовуваного лонжерона крила лижа, видно, що наступними дiями е встановлення, свердлiння, зенкування i клепання стояков (рис. 3).
а б
Рис. 3. Виконання технолопчних омерацiй Т 3 та Т4 встановлення, свердл1ння, зенкування 1 клепання куткових стояк1в: а - перший стояк Ст1; б - остаточний вид лонжерона центрально!" частини крила
Багато в чому додавання стояшв до створюваного конструктивного вузла за своГми технологiчними прийомами схоже на проаналiзоване вище клепання поясiв. Це стосуеться виконання отворiв та безпосередньо нерозшмних з'еднань.
Акцентуемо увагу далi на структурно-параметричному характерi розглянутоГ моделi лонжерона крила лiтака. Кожному ГГ елементу притаманнi своГ геометричнi параметри форми, розмiрiв i положення. Наприклад, за поперечним перерiзом стояки можуть бути кутковими (рис. 3) або тавровими (рис. 4), мати певш розмiри та розташовуватися належним чином у розроблюванш складаннiй одиницi.
Зк; СТ 11С,
Рис. 4. Вар1ант лонжерона крила з тавровими стояками
Новими особливостями запропонованих динам!чних структурно-параметричних геометричних моделей е присутшсть у них параметр!в, що пов'язанi з перемiщенням елеменпв (траектори руху, швидкост1, прискорення тощо) та 1'х деформуванням (швидкост1 р!зання, подачi iнструмента i т. п.). Конкретш значения останнiх суттево залежать в!д використовуваних конструктивних матерiалiв, наявного технолопчного обладнання та 1нших фактор!в i е предметом вивчення вщповщних спецiальних дисципл1н, таких як обробляння рiзаниям, тиском i т. д. За окреслених умов одне з головних завдань структурно-параметричного геометричного моделювання полягае в напрацюваннi гнучких, продуктивних, зручних у практичному застосуванш засобiв комп'ютерного динамiчного формоутворення, що е предметом здшснюваного наукового дослвдження.
Завершальна операцiя Т 5 контролю виготовлення лонжерона може полягати в перев!рщ складу отриманого вузла зпдно з множиною (1), правильностi додержання потр16них значень параметрiв форми, розм!р!в та положення зазначених елементiв, обчисленш певних масово-iнерцiйних та 1нших характеристик тощо.
З метою устшного проведення комплексно1 структурно-параметрично1 отташзацп проаналiзованого лонжерона в аспектах багатьох дисциплш, таких як мщшсть, конструкц1я, техиологiя виробництва, експлуатащя, економiка i т. д., необхвдно широко застосовувати графовi моделi наведет, зокрема, у працях [1, 2] та ш
Висновки
У данiй статп на прикладi лонжерона центрально1 частини крила лгака викладено методику штегрованого динамiчного варiантного формоутворення вузл1в машинобуд!вних конструкц1й, що включае як суто складальш операцп встановлення деталей, так ! супутне 1'х механiчне обробляння р!занням та тиском. Наведений шдхвд вiдповiдае сучасним вимогам до комп'ютерних засоб!в 1з боку проектувальнишв техшчно! продукци з метою пiдвищення й! якост1 та е одним 1з перспективних напрямшв удосконалення методологи структурно-параметричного геометричного моделювання, запропоновано! науковою школою прикладно! геометрп Нацiонального технiчного ушверситету Украши "Кшвський полiтехнiчний 1нститут !меш 1горя Сжорського". Окресленi в цш публiкацi1' задачi можуть бути поширеш й на 1нш1 галузi народного господарства, зокрема, буд!вництво, енергетику, х1м1чну, нафтопереробну, металургiйну промислов1сть тощо та потребують свого подальшого поглибленого опрацювання i впровадження безпосередньо у практику.
Список використано!' лiтератури
1. Ванiн В.В. Визначення та основн1 положення структурно-параметричного геометричного моделювання /
B.В. Ванш, Г.А. В!рченко // Геометричне та комп'ютерне моделювання. - Харшв: ХДУХТ, 2009. -Вип. 23. - С. 42-48.
2. Ванш В.В. Структурно-параметричш геометричш моделi як швар!антна складова комп'ютерних iнформацiйних технологiй шдтримки життевого циклу виро61в машинобудування / В.В. Ванш, Г.А. В!рченко, В.В. Ванш // Пращ Тавр. держ. агротех. академп - Мелiтополь: ТДАТА, 2007. - Вип. 4, Т. 36. - С. 16-21.
3. Ванш В.В. Структурно--параметричш геометричш модел! як зааб iнтеграцil автоматизованого проектування сучасного лiтака / В.В. Ванш, Г.А. Вiрченко // Вюник Херсонського нацiонального технiчного унiверситету. - Херсон: ХНТУ, 2014. - Вип. 3(50). - С. 571-574.
4. Ванш В.В. Варiантне моделювання геометричних об'екпв методом полшараметризацп / В.В. Ванш, Г.1. Вiрченко, С.Г. Вiрченко // Проблеми iнформацiйних технологiй. - Херсон: ХНТУ, 2014. - №2(16). -
C. 76-79.
5. Ванш В.В. Деяш перспективи подальшого розвитку параметричного опису геометричних фиур /
B.В. Ванш, Г.1. Вiрченко, С.Г. Вiрченко // Сучаснi проблеми моделювання. - Мелгтополь: МДПУ, 2016. - Вип. 5. - С. 9-13.
6. Вiрченко С.Г. До питання автоматизованого динашчного формоутворення об'ектiв машинобудування /
C.Г. Вiрченко // Вюник Сумського нацюнального аграрного унiверситету. Серiя "Механiзацiя та автоматизацiя виробничих процеав". - Суми: СНАУ, 2016. - Вип. 10/3 (31). - С. 31-35.
7. Вiрченко С.Г. До питання динашчного комп'ютерного геометричного моделювання технолопчних процеав обробки тиском / С.Г. Вiрченко // Геометричне моделювання та шформацшш технологи. -Микола1в: МНУ, 2017. - №1 (3). - С. 39-41.
8. Ванш В.В. Деяш питання комп'ютерного динамiчного геометричного моделювання техшчних об'екпв на приклад лижа / В.В. Ванш, С.Г. Вiрченко // Механiка проскопчних систем. - Ки1'в: НТУУ "КП1", 2016. - Вип.32. - С. 120-129.
