Методические указания к расчетным работам по теме Рабочие процессы и расчеты агрегатов автомобиля В 5 ч. Ч.2: Трансмиссия

МОСКОВСКИЙ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ (МАДИ)

В.И. ОСИПОВ, М.С. КАМИТОВ, И.А. КАРПОВ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К РАСЧЕТНЫМ РАБОТАМ ПО ТЕМЕ

«РАБОЧИЕ ПРОЦЕССЫ И РАСЧЕТЫ АГРЕГАТОВ АВТОМОБИЛЯ» ЧАСТЬ 2 (ТРАНСМИССИЯ)

МОСКОВСКИЙ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ (МАДИ)

Кафедра «Автомобили» Утверждаю Зав. кафедрой, проф. д-р техн. наук _______________ А.М. Иванов «___» _______________ 2015 г.

В.И. ОСИПОВ, М.С. КАМИТОВ, И.А. КАРПОВ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К РАСЧЕТНЫМ РАБОТАМ ПО ТЕМЕ «РАБОЧИЕ ПРОЦЕССЫ И РАСЧЕТЫ АГРЕГАТОВ АВТОМОБИЛЯ» ЧАСТЬ 2 (ТРАНСМИССИЯ)

МОСКВА МАДИ 2015

УДК 629.3.02 ББК 39.33-04 О741

Осипов, В.И. О741 Методические указания к расчетным работам по теме «Рабочие процессы и расчеты агрегатов автомобиля». В 5 ч. Ч. 2. Трансмиссия / В.И. Осипов, М.С. Камитов, И.А. Карпов. – М.: МАДИ, 2015. – 88 с.

Методические указания позволяют студентам получить навыки работы в различных программных ресурсах по созданию и исследованию 3D-моделей деталей и узлов автомобиля. Методические указания предназначены для специалистов, обучающихся по специальности 23.05.01 «Наземные транспортно-технологические средства» и магистров, обучающихся по специальности 08.04.01 «Строительная механика», 23.04.02 «Наземные транспортнотехнологические комплексы». Коллектив авторов выражает благодарность SolidWorks Russia и лично Алямовскому А.А. за помощь в подготовке методического пособия.

УДК 629.3.02 ББК 39.33-04

© МАДИ, 2015

3

ОГЛАВЛЕНИЕ Введение ...................................................................................................... 4 1. Создание 3D модели диафрагменной пружины сцепления............... 8 2. Создание чертежа пружины сцепления ............................................. 21 3. Создание моделей опорных колец ..................................................... 29 4. Создание сборки «Пружина – Большое кольцо – Малое кольцо» ...................................................................................... 32 5. Создание поверхностей контактов деталей сборки .......................... 42 6. Создание сборки с пружиной в виде конусной оболочки для моделирования в подпрограмме «Simulation» ........................... 48 7. Процедура подготовки модели сборки к вычислениям в подпрограмме «Simulation» и получение нагрузочных характеристик методом конечных элементов ............. 50 8. Построение рабочей характеристики пружины в программе LS-DYNA.......................................................................... 66 Литература................................................................................................. 87

4

ВВЕДЕНИЕ SolidWorks – программа для трехмерного параметрического проектирования твердых тел и поверхностей. Основными элементами из которых строится модель являются: деталь, оболочка, а также их комбинации – сборка. Помимо 3D моделей, программа позволяет создавать 2D чертежи. Деталь – твердое тело

Поверхность – оболочка

Сборка – объединение из нескольких деталей или оболочек

Чертеж – проекция детали или сборки на плоскость

5

Объектом создания и исследования является узел сцепления с диафрагменной пружиной. В данной работе в результате моделирования последовательно будут созданы: – эскиз диафрагменной пружины сцепления;

– основа диафрагменной пружины;

– окончательная 3D-модель диафрагменной пружины;

6

– чертёж диафрагменной пружины с полным соблюдением требований ЕСКД;

– сборка расчётной модели с опорными кольцами;

7

– сетка для определения нагруженности расчётной модели методом конечных элементов;

– картина распределения перемещений и напряжений в расчётной модели.

8

1. СОЗДАНИЕ 3D МОДЕЛИ ДИАФРАГМЕННОЙ ПРУЖИНЫ СЦЕПЛЕНИЯ 1. Создание новой модели 1.1. Нажмите кнопку «Создать документ». 1.2. В появившемся окне выберите «Трехмерное представление одного элемента». 1.3. Нажмите «Ок». 1

2. Создание нового эскиза 2.1. Перейдите во вкладку «Эскиз» панели инструментов. 2.2. В появившейся панели нажмите кнопку «Эскиз». 2.3. В качестве опорной выберите плоскость «Спереди».

3. Задание осевых линий Осевые линии – элемент эскиза, относительно которого определяется положение всех остальных элементов (к примеру точки или другие линии).

9

3.1. На панели инструментов разверните вкладку «Линия» и в появившемся окне выберите «Осевая линия». 3.2. Проведите 2 осевые линии так, чтобы они проходили через центр. 3.3. Для завершения команды нажмите Esc. Для удаления линии нажмите на нее, а затем кнопку del.

1

4. Построение основы эскиза 4.1. На панели Инструментов разверните вкладку «Прямоугольники». 4.2. В появившемся окне выберите «Прямоугольник через 3 точки Под углом». 4.3. Постойте прямоугольник выбрав 3 произвольные точки на экране (один из вариантов приведен справа). 4.4. Для завершения команды нажмите «Esc».

10

Зеленые квадраты обозначают связи. Связи определяют положение одних элементов (линий, точек и т.д.) относительно других. 1

2

5. Создание опорных точек Опорные точки понадобятся для простановки размеров. Нам понадобится 2 точки на серединах коротких сторон прямоугольника.

1

11

5.1. На панели инструментов выберите инструмент «Точки». 5.2. Поставьте 2 точки в середине коротких сторон прямоугольника (поднесите курсор к середине стороны). 5.3. Для завершения Команды нажмите «Esc».

6. Задание размеров детали Определим размеры нашей Пружины. 6.1. На панели инструментов выберите инструмент «Автоматическое нанесение размеров». 6.2. Выберите точку на середине верхней стороны и вертикальную ось. 6.3. В появившемся окне введите «25» – это определит расстояние от точки до осевой линии. 6.4. Нажмите «Ок» для подтверждения размера. 6.5. Нажмите «Esc» для завершения команды.

1

12

3

4

6.6. Аналогично проставьте размеры других основных частей. В итоге вы должны получить эскиз, представленный ниже.

7. Задание связей Хорошей практикой в рисовании эскизов является их полное определение относительно осевых линий. Эскиз должен быть «неподвижен». Это позволяет избежать дальнейших проблем со сборками. Если вы потяните за нижнюю точку, то наш эскиз переместится, и, следовательно, он недостаточно определен. Привяжем нижнюю точку к горизонтальной осевой. Для этого: 7.1. Нажмите ctrl и не отпуская его выберите горизонтальную осевую линию и нижнюю точку прямоугольника. 7.2. В появившемся окне слева выберите «Совпадение». 7.3. Нажмите «Ок».

13

8. Построение конуса Построение твердотельного конуса. 8.1. Выйдите из инструмента «Эскизы» нажав на «Выход из эскиза». 8.2. Перейдите на вкладку «Элементы». 8.3. Выберите «Повернутая бобышка/основание».

14

8.4. Выберите прямоугольный эскиз и вертикальную осевую линию. 8.5. Проверьте, чтобы в графе «Направление вращения» стояло «в одном направлении». 8.6. Укажите угол в графе угол поворота 360. 8.7. Нажмите «Ок».

4

7 5

6

15

Как результат всех предыдущих этапов вы должны получить коническую пружину, показанную ниже. На следующем этапе работы к основе будут добавлены вырезы, таким образом, получится готовая пружина.

9. Задание эскиза и осевых линий выреза 9.1. На этом этапе необходимо будет создать эскиз вырезов. Для этого в начале нарисуйте осевые линии на плоскости «Сверху» (повторите уже рассмотренные выше пп. 1.2 и 1.3). В итоге вы должны получить следующий вид:

10. Построение эскиза выреза 10.1. На панели инструментов выберите команду «Линия». 10.2. Нарисуйте половину эскиза, показанную справа на рисунке (крайние точки должны обязательно располагаться на осевой линии). 10.3. На панели инструментов выберите команду «Зеркально отразить объекты». 10.4. Нажмите на окно «Объекты для зеркального отображения» и выберите все линии, созданные на предыдущей стадии.

16

10.5. В качестве зеркальной линии выберите вертикальную ось и нажмите «Ок».

1

3

11. Задание размеров эскиза выреза Определим размеры нашей Пружины: 11.1. На панели инструментов выберите инструмент «Автоматическое нанесение размеров». 11.2. Проставьте размеры эскиза в соответствии с рисунком справа.

17

4

5 1

12. Задание скруглений 12.1. Выберите команду «Скругление» на панели инструментов. 12.2. Нажмите на окно «Элементы для скругления» и выберите 5 линий из верхней части эскиза. 12.3. Задайте радиус скруглений равным 3,5 мм.

18

1 12.4. Нажмите «Ок». 4

2

3

12.5. Как итог предыдущих операций, вы должны получить эскиз, показанный справа. Как видно чертеж перегружен связями. Для того,

19

чтобы убрать их отображение нажмите вкладку «Вид». После чего выберите «Взаимосвязи эскиза». Все связи должны скрыться с чертежа. 13. Задание кругового массива Для того, чтобы 18 раз не рисовать один и тот же элемент, копируем его с помощью команды «Круговой массив». 13.1. Выберите команду «Круговой массив» на панели инструментов. 13.2. В окне слева нажмите на окно «Ось вращения» и выберите точку в центре чертежа. 13.3. Укажите «18» в графе «Количество экземпляров». 13.4. Нажмите на окно «Объекты в массив» и выберите все! линии эскиза. 13.5. Нажмите «Ок».

5

2

1

3

4

20

14. Создание вырезов 14.1. Выйдите из вкладки эскиз и перейдите во вкладку «Элементы». На панели инструментов выберите инструмент «Вырез – Вытянуть». 14.2. Выберите направление «До поверхности». 14.3. Выберите верхнюю грань пружины. 14.4. Нажмите «Ок». В итоге вы должны получить следующую пружину.

1

2

21

2. СОЗДАНИЕ ЧЕРТЕЖА ПРУЖИНЫ СЦЕПЛЕНИЯ В этой части работы вы научитесь создавать 2D чертежи из 3D геометрии детали, наносить размерные линии и редактировать основную надпись.

1. Создание 2D чертежа Перейдём в область создания чертежей. 1.1. На панели инструментов нажмите «Файл». 1.2. Выберите «Создать чертеж из детали». 1.3. В появившемся окне выберите формат листа А4-Sheet1 (ГОСТ). Если его нет в основном окне нажмите «Обзор» и там найдите «a4 – gost_sh1.slddrt» и нажмите «Открыть»).

22

1.4. Нажмите «Ок».

3

4

На данном этапе вы должны видеть перед собой изображение, показанное ниже.

23

2. Задание видов Создадим вид сверху. 2.1. Переместите вид «Сверху» на основной чертеж. 2.2. Нажмите «Ок». Как вы заметили, получившийся вид не соответствует масштабу чертежа. Для изменения масштаба: 2.3. Нажмите на полученный вид на основном листе. 2.4. В появившемся слева окне найдите подокно «Масштаб». Разверните его, если требуется, нажав на стрелки. 2.5. Нажмите «Использовать масштаб пользователя» и выберите «1:2». 2.6. Нажмите «Ок». 6

1

24

3. Задание видов Создадим разрез. 3.1. Нажмите правой кнопкой мыши на вид в области основного чертежа. 3.2. В появившемся окне разверните вкладку «Чертежные виды». 3.3. Выберите «Разрез». Слева в появившейся вкладке в графе «Линия разреза» выбрать «Горизонтальная». 3.4. Выберите 1 точку слева или справа от Пружины по горизонтальной оси симметрии. 3.5. Нажмите «Ок». 3.6. Снесите полученный разрез вниз. 3.7. В окне слева поставьте галочку «Изменить направление», если разрез перевернут. 3.8. Нажмите «Ок». 3

2

4 8

7

25

4. Простановка размеров Простановка линейных и угловых размеров. 4.1. Выберите кнопку «Автоматическое нанесение размеров» на панели инструментов. 4.2. На разрезе выберите 2 крайние точки, тем самым вы получите габаритный размер пружины. 4.3. Нажмите на полученный размер и в окне слева найдите подокно «Первичное значение». 4.4. Нажмите галочку «Изменённое значение» и введите «200». 4.5. Нажмите «Ок» для принятия изменений. 1

26

Аналогично проставьте размеры до получения чертежа, показанного ниже:

5. Редактирование основной надписи 5.1. Для редактирования основной надписи нажмите правой кнопкой мыши на надписи «Лист 1».

27

5.2. В появившемся окне выберите «Редактировать основную надпись». 5.3. Далее навести курсор мыши в нужную область, когда рядом с курсором появится заглавная синяя буква «А», нажать два раза левой кнопкой мыши. Ввести необходимую запись. 5.4. Пример основной надписи показан ниже. 5.5. Для перехода обратно в область чертежа нажмите правой кнопкой мыши на надписи «Лист 1» и выберите «Редактировать лист».

2

В конечном итоге вы должны получить чертеж, показанный ниже.

28

6. Сохранение чертежа 6.1. Для сохранения чертежа выберите «Файл» – «Сохранить».

1

29

3. СОЗДАНИЕ МОДЕЛЕЙ ОПОРНЫХ КОЛЕЦ 1. Открыть верхнюю панель и выбрать «Файл» – «Новый». 2. Выбрать «Трехмерное представление компонента». Нажать «Ок».

3. В дереве слева выбрать плоскость для эскиза «Спереди».

4. Нажать комбинацию Ctrl-8. Эскиз окажется в плоскости экрана.

5. Во вкладке «Эскиз» щелкнуть по треугольнику справа от символа «Линия», выбрать «Осевая линия».

30

6. Через начало координат провести две перпендикулярные линии. 7. Построение окружности. Выбрать во вкладке «Эскиз» значок «Окружность».

8. Нажать на произвольную точку правее вертикальной оси. Построить окружность произвольного радиуса.

Образмериваем окружность и фиксируем ее относительно осевой линии. 9. Выбрать во вкладке «Эскиз» – «Автоматическое нанесение размеров»:

10. Задаем диаметр будущего кольца. Щелкнуть по окружности, сместить курсор мыши в сторону, нажать левую кнопку мыши. В появившемся окне ввести «3» и нажать «Enter» или «Ок».

31

11. Щелкнуть по кольцу, затем по вертикальной осевой, сместить размерную линии в нужное положение. Нажать на левую кнопку мыши, в появившемся окне задать «98». Нажать «Ок».

12. Перейти во вкладку «Элементы» нажав на неё, выбрать «Повернутая бобышка/основание».

13. Выбрать вертикальную осевую линию, в окне «Ось вращения» появится запись «Линия». Задать вращение на 360 градусов. Нажать «Ок».

32

В результате получаем кольцо:

14. На панели сверху нажать «Файл» – «Сохранить как» – назвать деталь «Большое кольцо».

15. Малое кольцо построить аналогично. Для этого повторить пункты 1–14. В пункте 11 задать «77» вместо «98». В п. 14 назвать деталь «Малое кольцо». 4. СОЗДАНИЕ СБОРКИ «ПРУЖИНА – БОЛЬШОЕ КОЛЬЦО – МАЛОЕ КОЛЬЦО» 1. Выбрать «Файл» – «Новый», в появившемся окне нажать на «Трехмерное расположение деталей и других сборок». Нажать «Ок».

2. Далее, слева программа может предложить открыть ранее созданные детали. Нажать «Esc».

33

3. Во вкладке «Сборка» нажать по треугольнику под «Вставить компоненты» – «Вставить компоненты»:

4. Предварительно поместить файл Пружины в папку с кольцами. Слева в появившейся панели нажать «Обзор», и удерживая клавишу Ctrl выбрать Пружину и два ранее созданных кольца. Нажать «Открыть». Разместим элементы в произвольной последовательности. 5. Для этого выбрав расположение детали нажать левую кнопку мыши. Появляется следующая деталь, выбрать её расположение, перемещая курсор мыши, нажать левую кнопку мыши и далее для третьей детали.

6. Следующий этап – размещение элементов концентрично. 6.1. Важный момент – одна из деталей может быть зафиксирована в пространстве. Нам это не нужно. В дереве конструирования левее этой детали будет буква «(ф)».

34

Если такой элемент имеется, то в дереве конструирования нажать на него правой кнопкой мыши и выбрать «Освободить». 6.2. Во вкладке «Сборка» выбрать «Условия сопряжения».

6.3. Развернуть в дереве «Сборку», а в «Сборке» развернуть «Пружину» и «Малое кольцо».

6.4. Во вкладках.

35

«Пружина» и «Малое кольцо» выбрать плоскости «Спереди» – вышеуказанные элементы переместятся. Слева подсветится символ «Совпадение». 6.5. Нажать «Ок».

6.6. Теперь во вкладках «Пружины» и «Малого кольца» щелкнуть по плоскостям «Справа». Слева появятся соответствующие записи в окне «Выбор сопряжения». 6.7. Нажать «Ок». Пружина и Малое кольцо стали соосными. 6.8. Повторить пп. 6.3–6.7 для пары «Пружина – Большое кольцо». В результате Пружина и кольца должны получиться концентричными, но находящими на разной высоте. 7. В дальнейшем, чтобы вся сборка была прочно зафиксирована, добавим еще одно сопряжение. Во вкладке «Пружина» нажимаем «Сверху», а также в основном дереве щелкаем по «Сверху», затем «Ок». В итоге получится:

36

8. Завершаем добавление сопряжений, нажать на «Закрыть».

9. Малое кольцо должно находиться над пружиной, иначе его переместить вверх. Большое кольцо должно находиться под пружиной, иначе его переместить вниз. Чтобы переместить какое-либо из колец нужно нажать на него левой кнопкой мыши и переместить в нужное направление.

Сначала сделаем видимыми эскизы всех деталей, в контексте сборки. 10. Для этого на панели сверху выбрать «Вид» – убедиться, что подсвечен квадрат слева от «Эскизы», иначе щелкнуть по нему левой кнопкой мыши. Делаем видимым эскиз пружины.

10.1. В дереве слева развернуть вкладку «Пружина», развернуть «Повернуть1», нажать по «Эскиз» правой кнопкой мыши и выбрать «Отобразить» (символ в виде очков). Если вместо «Отобразить» показано «Скрыть», то щелкать по значку не требуется.

37

10.2. Развернуть вкладку Малого кольца, выбрать «Повернуть1», щелкнуть правой кнопкой по «Эскиз» – «Отобразить». Если вместо «Отобразить» показано «Скрыть», то щелкать по значку не требуется. Снова нажать правой кнопкой мыши по «Эскиз» – выбрать символ «Редактировать Эскиз».

Откроется эскиз Малого кольца в виде окружности диаметром 3 мм. Тень самого кольца может переместиться в сторону, однако, это не влияет на сборку. В дальнейшем она встанет на место.

10.3. Сверху, во вкладке «Эскиз» – выбрать «Осевая линия». Чтобы посмотреть взаимное положение окружности и пружины крутить колесом мыши для увеличения-уменьшения вида, а также зажав колесо мыши перемещать её влево–вправо–вниз–вверх для вращения сборки. Провести осевую линию из середины окружности до пересечения с ней, желательно в направлении пружины. Должно получится так, как показано на рисунке.

38

Теперь зададим перпендикулярность этой осевой линии с верхней образующей пружины – это линия прямоугольника, которая образует наружную поверхность пружины при вращении.

10.4. Во вкладке «Эскиз» справа щелкнуть по треугольнику под «Отобразить/скрыть взаимосвязи» – «Добавить взаимосвязь». 10.5. Выбрать ранее созданную осевую линию.

10.6. Затем нажать на верхнюю образующую пружины.

39

10.7. Слева в пункте «Добавить взаимосвязь» – выбрать «Перпендикулярный». В пункте «Существующие взаимосвязи» появится запись «Перпендикулярность». Нажать «Ок».

Таким образом, осевая линия в эскизе малого кольца стала перпендикулярной наружной плоскости пружины. 10.8. Сохранить эскиз. Справа сверху нажать:

10.9. Затем нажать:

40

Создаем контакт пружины и малого кольца. 10.10. Во вкладке «Сборка» – выбрать «Условия сопряжения».

10.11. Щелкнуть по точке пересечения ранее созданной осевой линии с окружностью (эскиз малого кольца) и по верхней образующей пружины.

10.12. В «Стандартные сопряжения» выбрать «Совпадение». Кольцо должно упасть на пружину. Нажать «Ок».

10.13. Если программа предлагает создать ещё совпадения, то нажать «Закрыть».

11. Создать контакт большого кольца с пружиной. Расположить сборку так, чтобы пружина оказалась над большим кольцом. Произве-

41

сти для пары «Большое кольцо – Пружина» действия, аналогичные пунктам 10.2–10.13, совмещая большое кольцо с нижней образующей пружины. В результате получается следующая сборка:

Проверяем отсутствие взаимного проникновения деталей. 12.1. Во вкладке «Инструменты» выбрать «Проверить интерференцию компонентов».

12.2. В меню слева нажать «Вычислить».

12.3. Ниже во вкладке поставить галочку в пункте «Считать совпадение интерференцией».

42

12.4. Нажать «Вычислить». В графе «Результаты» должны появиться две записи. Если щелкать по ним, на сборке появляются контакты деталей в виде красной линии. Количество записей в графе «Результаты» – это количество линий соприкосновения деталей сборки. В случае, если диаметр меньшего кольца уменьшить, то оно будет контактировать с пружиной через лепестки и количество записей будет 19. 12.5. Нажать «Ок». 5. СОЗДАНИЕ ПОВЕРХНОСТЕЙ КОНТАКТА ДЕТАЛЕЙ СБОРКИ 1. В контексте «Сборки» щелкнуть правой кнопкой мыши по малому кольцу – «Открыть деталь».

2. В дереве правой кнопкой мыши щелкнуть по плоскости «Сверху» – выбрать «Эскиз».

3. Удобно видеть кольцо в плоскости экрана. Для этого нажать комбинацию Ctrl+8.

43

4. Построить окружность произвольного радиуса, выбрав центр в начале координат. 5. Теперь зададим совпадение диаметра этой окружности с диаметром малого кольца. Для этого сверху во вкладке «Эскиз» нажать по треугольнику под «Отобразить/Скрыть взаимосвязи» и выбрать «Добавить взаимосвязь».

Слева, в пункте «Выбранные объекты» уже должна быть ранее созданная окружность (под названием «Дуга»), если нет, то щелкнуть по ней, также щелкнуть по центру окружности эскиза на малом кольце. Ниже, в «Добавить взаимосвязи» выбрать «Совпадение». Нажать «Ок». Теперь кольцо и окружность имеют одинаковый диаметр.

44

6. Щелкнуть по окружности, в появившемся окне слева поставить галочку напротив «Вспомогательная геометрия». Нажать «Ок».

Окружность станет штрих-пунктирной.

Теперь необходимо создать две окружности по обе стороны от созданной вспомогательной окружности. Затем они будут спроецированы на кольцо и создадут поверхности контакта. 7. Для этого сверху во вкладке «Эскиз» выбрать «Смещение объектов»:

45

8. Нажать на штрих-пунктирную окружность. Она подсветится желтым цветом:

9. На панели слева задать расстояние 1 мм, выбрать «Два направления». Нажать «Ок». Слева и справа от штрих-пунктирной окружности появятся две окружности:

46

10. Не выходя из эскиза на главной панели выбрать «Вставка» – «Кривая» – «Линия разъёма».

11. Слева развернется вкладка. В графе «Тип разделения» выбрать «Проекция». Щелкнуть по окну «Разделить грани» (окно синего цвета), выбрать малое кольцо (щелкнуть по его поверхности). Нажать «Ок».

47

В результате должно получиться кольцо с полосами по обе стороны – поверхностями контакта.

Сохранить изменения детали. 12. Нажать на «Закрыть» в Эскизе (находится ниже основного, который закрывает всю программу SolidWorks).

13. Программа предложит перестроить Сборку из-за изменения малого кольца. Выбрать «Да».

14. Чтобы создать поверхности (линии) контакта с пружиной на большом кольце по аналогии повторить для него пункты 1–13. Получается сборка пружины с кольцами с полосами для контакта.

48

6. СОЗДАНИЕ СБОРКИ С ПРУЖИНОЙ В ВИДЕ КОНУСНОЙ ОБОЛОЧКИ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ В ПОДПРОГРАММЕ «SIMULATION» 1. Нажать правой кнопкой мыши по пружине, выбрать «Открыть деталь».

2. На панели сверху, правее «SolidWorks» выбрать меню «Вставка» выбрать «Поверхность» – «Промежуточная поверхность».

49

3. Слева нажать «Найти грани по парам». Нажать «Ок». Слева в дереве появится пункт «Поверхность» – «Промежуточная поверхность». В сечении пружины ровно посередине между верхней и нижней гранью находится данная «Промежуточная поверхность».

4. Слева развернуть вкладку «Твердые тела». 5. Щелкнуть правой кнопкой мыши по «Вырез-Вытянуть1» – «Удалить тело». Нажать «Ок».

Останется плоскость разъема в виде конусной оболочки.

Нажать «Закрыть» – «Да».

50

6. Программа предложит перестроить сборку из-за изменения пружины. Нажать «Да».

7. ПРОЦЕДУРА ПОДГОТОВКИ МОДЕЛИ СБОРКИ К ВЫЧИСЛЕНИЯМ В ПОДПРОГРАММЕ «SIMULATION» И ПОЛУЧЕНИЕ НАГРУЗОЧНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК МЕТОДОМ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ Метод конечных элементов представляет практически неограниченные возможности для анализа напряжений и деформаций. Данный метод применяется для различных задач механики деформируемого тела, гидро- и газодинамики. Конечной задачей определения напряжённо-деформированного состояния модели является отыскание в каждой точке модели напряжений, деформаций и перемещений, возникающих в результате воздействия на конструкцию механических, газо- и гидродинамических, тепловых и других нагрузок в процессе её реальной работы в составе легкового автомобиля. Метод конечных элементов в SolidWorks Simulation заключается в том, что любая сложная пространственная реальная конструкция заменяется структурной моделью, состоящей из тетраэдров. Затем на элементах фиксируется конечное число узлов и считается, что конечные тетраэдры соединяются между собой в этих узлах. Значения перемещений рассматриваются как неизвестные только в этих узлах. Таким образом, число неизвестных от бесконечности сводится к какому-то определённому числу. После определения перемещений в узлах в пределах любого элемента перемещение может быть определено путём аппроксимации с помощью заданного полинома. По принятым законам аппроксимации определяются перемещения внутри элементов. Из перемещений на основе геометрических уравнений определяются деформации в каждом тетраэдре. По деформациям в каждом тетраэдре определяются напряжения.

51

Следующий этап – задание материала, создание креплений, сетки, нагружение пружины линейными силами в «Simulation». 1. На панели сверху открыть вкладку «Продукты Office» – выбрать «SolidWorks Simulation».

Правее появится вкладка «Simulation», нажать на неё и нажать по треугольнику под «Консультант исследования».

Выбрать «Новое исследование».

Выбрать «Статический анализ» – нажать «Ок». 2. Появляется дерево «Статический анализ». Развернуть вкладку «Детали», в ней щелкнуть правой кнопкой мыши по большому кольцу – «Применить/Редактировать материал».

3. Выбрать сталь AISI 4130 нормализованная – «Применить» – «Закрыть».

4. Повторить операцию выбора материала для малого кольца и пружины. 5. Теперь зададим толщину пружины. В дереве статического анализа правой кнопкой мыши щелкнуть по «Пружина», выбрать «Редактировать определение».

52

Задать толщину 2,2 мм, выбрать «Утолщенный». Нажать «Ок».

6. Правой кнопкой мыши щелкнуть по дереву «Крепления» – «Зафиксированная геометрия». Щелкнуть по грани меньшего кольца, которая не контактирует с пружиной (одна из двух полос, которая не контактирует с пружиной). Нажать «Ок».

Через большое кольцо передается нагрузка на пружину, из-за неравномерности нагрузки, кольцо может вращаться. Лишим кольцо

53

возможности вращаться. Создадим ось, относительно которой кольцо не должно вращаться. 7. На панели сверху выбрать «Вставка» – «Справочная геометрия» – «Ось». Далее щелкнуть по оси эскиза, как показано на рисунке. В окне «Выбор» появится запись «Линия2@Эскиз1@Пружина». Нажать «Ок».

8. Включаем видимость осей. На панели сверху выбрать «Вид» – «Оси». Убедиться, что слева от «Оси» подсвечен соответствующий символ.

9. В дереве статического анализа правой кнопкой мыши по «Крепления» – «Зафиксированная геометрия».

54

10. Во вкладке слева выбрать вкладку «Дополнительно» «Использовать справочную геометрию». Должен подсветиться символ слева от «Использовать справочную геометрию».

11. Во подвкладке «Дополнительно (Использовать справочную геометрию)» имеется область для выбора оси (слева от этой области розовый прямоугольник).

55

Нажать по этой области, чтобы она подсветилась синим цветом. Выбрать только что созданную ось (в данной области появится название «Ось1», а не «Ось Эскиза» или «Линия1», как показано на рисунке ниже). Выше области выбора оси имеется область выбора граней и кромок (слева от неё синяя полоса). Нажать по этой области, чтобы она подсветилась синим цветом. Выбрать нижнюю грань большого кольца, которая не контактирует с пружиной. В области выбора граней и кромок должна появиться запись «Грань@Большое кольцо».

12. Ниже, в подпункте «Смещение», нажать по значку «Направление вдоль окружности» . Убедиться, что во вкладке следующее изображение:

Нажать «Ок». 13. Теперь зададим направление силы в 5000 Н. 13.1. В дереве статического анализа правой кнопкой мыши щелкнуть по «Внешние нагрузки» . Выбрать «Сила».

56

Разворачивается вкладка, в которой имеется подвкладка «Грани и кромки оболочки для нормальной силы». Убедиться, что эта область подсвечена синим цветом, иначе нажать по ней левой кнопкой мыши.

Выбираем поверхность приложения силы, щелкнуть по грани большого кольца, которая не контактирует с пружиной, как показано на рисунке. В окне «Грани и кромки оболочки для нормальной силы» должна появиться запись «Грань@Большое кольцо».

13.2. Слева выбрать «Выбранное направление».

57

Ниже появится область «Грань, кромка, плоскость для направления». Убедитесь, что она подсвечена синим цветом, иначе нажать по ней.

13.3. Щелкнуть по оси эскиза, которая проходит через центр сборки. В вышеуказанной области появится запись «Линия2@Эскиз1 @Пружина».

13.4. Ниже нажать по картинке под «Сила» Задать значение 5000. 13.5. Выбрать «Реверс направления, чтобы сила давила в направлении пружины.

Нажать «Ок». 14.1. Вверху на панели SolidWorks выбрать «Simulation» – «Параметры» – «Настройки по умолчанию» – «Сетка». 14.2. Ввести параметры как показано на фото:

58

14.3. Рекомендуется сохранять результаты нагружений в отдельной папке. Для этого слева щелкнуть по «Результаты», поставить галочку левее «В подпапке», назвать подпапку, например, «Results». Выбрать «Папка отчётов» – «Direct sparse». При появлении сообщения о нехватке памяти выбрать FFEPlus. Нажать «Ок».

15. Зададим контакты деталей. 15.1. Слева в дереве статического анализа щелкнуть правой кнопкой мыши по «Соединения» – «Набор контактов». Убедиться, что в подвкладке «Тип» выбрано «Нет проникновения».

59

15.2. Там же имеется два окна – красного и синего цвета. Сделать активным синее окно и нажать по грани большого кольца, которая контактирует с пружиной (полоса на большом кольце, которая контактирует с пружиной). Грань подсветится синим цветом, как показано на рисунке:

Слева в синем окне появится запись «Грань@Большое кольцо». 15.3. Активировать область с красным прямоугольником слева, нажав по ней. Она должна подсветиться синим цветом.

15.4. Нажать по той стороне пружины, которая контактирует с большим кольцом.

60

Появится следующая запись:

15.5. Снизу поставить галочку левее «Дополнительно» – выбрать «Поверхность с поверхностью». Нажать «Ок».

15.6. Повторить п. 15.1–15.5 для пары пружина – малое кольцо.

16. Для нагружения деталей необходимо создать сетку. Дополнительно сделаем ее плотнее в кольцах и в местах их контактов с пружиной. 16.1. В дереве статического анализа правой кнопкой мыши по «Сетка» – «Применить элементы управлении сеткой». Щелкнуть по двум граням колец, через которые происходит контакт с пружиной.

61

16.2. В графе «Выбранные объекты» появятся следующие записи:

16.3. Ниже в «Параметры сетки» – «Размер элемента» – 1,7 мм. Нажать «Ок».

16.4. Правой кнопкой мыши по «Сетка» – «Применить элементы управлении сеткой». Нужно выбрать кольца целиком. Для этого развернуть дерево проектирования и выбрать кольца большое и меньшее (как показано на рисунке). Если в «Выбранных объектах находились другие грани, кромки или элементы, то удалить их, нажав правой кнопкой мыши – «Удалить».

62

16.5. Ниже в «Параметры сетки» – «Размер элемента» – 3 мм. Нажать «Ок».

16.6. Создаем сетку. В дереве статического анализа правой кнопкой мыши по «Сетка» – «Создать сетку» – поставить галочку слева от «Параметры сетки» – задать следующие значения. Нажать «Ок». Запускается процедура создания сетки.

Сетка создана.

63

17. Перед запуском вычисления рекомендуется повысить точность результатов. В дереве статического анализа правой кнопкой мыши по «Статический анализ» (в других версиях SolidWorks может именоваться «Исследование») – «Свойства». Выбрать следующие опции. На маломощных компьютерах лучше выбрать FFEPlus вместо Direct Spars. Нажать «Ок».

64

18. В дереве статического анализа правой кнопкой мыши по «Статический анализ» (в других версиях SolidWorks может именоваться «Исследование») – «Выполнить». На выполнение расчета понадобится некоторое время. 19. После окончания расчета во вкладке «Результаты» кликнуть по «Перемещение». На экране появится картина перемещений. Это перемещения относительно системы отсчёта, связанной с пружиной. В процессе деформации пружины эта система отсчёта перемещается, соответственно получаются неадекватные показания.

20. Для расчёта необходимо знать абсолютные перемещения. Выберем опцию абсолютного перемещения по оси Y. Правой кнопкой мыши по «Перемещение» – «Редактировать определение». В графе «Отображение» развернуть первую вкладку и выбрать «UY: Перемещение Y» – «ОК». Аналогично можно получить перемещения по осям X и Z.

21. В итоге получена картина абсолютных перемещений по осям.

65

22. Для анализа распределения напряжений по пружине во вкладке «Результаты» щелкнуть два раза по «Напряжения». Появится картина напряжений:

При создании автомобиля на различных этапах проектирования используются различные компьютерные программы, наиболее соответствующие по своим возможностям решаемой задаче. Программа SolidWorks применяется при создании 3D-моделей деталей и узлов и последующем создании чертежей, а также при анализе напряжений и деформаций в узлах методом конечных элементов при линейных режимах нагружения и малых деформациях. При значительных деформациях и нелинейных режимах нагружения целесообразно применить программу LS-DYNA, совместимую с программой SolidWorks, из которой можно импортировать предварительно выполненную 3D-модель исследуемого узла.

66

8. ПОСТРОЕНИЕ РАБОЧЕЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРУЖИНЫ В ПРОГРАММЕ LS-DYNA 1. Импорт геометрии пружины: а) на панели инструментов выберите «File» → «Import» → «IGES File»; б) в появившемся окне выберите геометрическую модель пружины и нажмите «Open»; в) в окне IGES Read Options выберите «Specify Unit» – mm; г) нажмите «Ок».

1а

1в

1г Наиболее удобный способ управления видом модели – использование быстрых клавиш: – для того, чтобы вписать модель в экран нажмите Ctrl + A; – для поворота модели зажмите Ctrl + левая кнопка мыши и не отпуская подвигайте мышь (Rotation); – для изменения масштаба модели зажмите Ctrl + правая кнопка мыши и не отпуская подвигайте мышь (Zoom); – для перемещения модели используйте Ctrl + средняя кнопка мыши (Translation).

67

Убедитесь, что панель управления выглядит следующим образом:

В результате вы должны увидеть геометрическую модель пружины.

2. Создание вспомогательной геометрии (точки): а) перейдите в меню работы с точками и линиями; б) выберите создание точки; в) в появившемся окне введите значения (X, Y, Z) – (0; 0; 0). Нажмите «Apply»; г) введите значения (X, Y, Z) – (0, 70, 0). Нажмите «Apply»; д) нажмите «Close». 2а 2б

2в

2д

68

Заметьте, сверху и снизу пружины появились 2 точки. Они будут определять ось цилиндра.

3. Создание вспомогательной геометрии (цилиндр): а) перейдите в меню работы с поверхностностями; б) выберите создание цилиндра; в) в появившемся окне Method измените Parameters на Bot/Top Pnt; г) нажмите на область «Bot/Top Center» и выберите 2 точки, созданные в пункте 2; д) задайте значение Radius = 77 мм; е) нажмите «Apply», затем «Close». 3б

3а

3в

3г

3д

3е

69

Вид вашей модели после всех операций.

4. Выделение линии контакта верхнего кольца и пружины: а) перейдите в меню редактирования геометрии;

4а

4г 4д

4б

4г 4д

70

б) выберите инструмент разрезания поверхностей; в) выставьте Type на Standard; г) в окне Trim Tool укажите цилиндр; д) в окне Be Trimmed Entities выберите все верхние поверхности пружины; е) нажмите «Apply», затем «Close». 5. Удаление вспомогательной геометрии: а) перейдите в меню редактирования геометрии; б) выберите удаление геометрии; г) выберите цилиндр; д) нажмите «Delete», затем «Close». 5б

5а

6. Скрытие лишней геометрии: а) найдите слева сверху дерево модели и разверните вкладку «Geom Parts»; б) выключите отображение «Part 1» убрав галочку.

6б

71

В результате всех действий вы должны получить такую 2D пружину с разрезом.

7. Создание КЭ сетки: а) перейдите в меню работы с элементами и сеткой; б) выберите автоматический построитель сеток; г) в графе Elem Size укажите размер элемента в 2 мм;

7б

7а

7г

7е

7д

72

д) в окне «Sel. geom» нажмите «Visible» (операция выберет все видимые поверхности); е) нажмите «Mesh», затем «Accept», после «Done». В результате всех действий вы должны получить сетку пружины (сетка может отличаться).

8. Задание закреплений по Y: а) перейдите в меню работы с деталями; 8д 8в 8е

8ж

8б

8а

73

б) выберите задание объектов; в) перейдите в задание граничных условий; г) выберите задание закрепления точек; д) вверху выставьте «Cre»; е) выберите «Set»; ж) оставьте только галочку «Y». Задание закреплений по Y: а) в окне «Sel. Nodes» выберите «By Path»; б) выберите 2 точки на пружине на линии разреза не далее чем через 1 отверстие; в) выделите так все точки, лежащие на этой окружности.

8а

8б

74

Задание закреплений по Y Узлы в отверстиях являются лишними, вычтем их из выделения: а) в окне «Sel. Nodes» выберите «Area»; б) в окне «Sel. Nodes» выберите «Rm»; в) удалите лишние точки из отверстия, обводя их (если вы удалили лишние узлы, нажмите Pick и Add и выберите удаленные узлы). Будьте внимательны. Если удалить не все узлы результат расчета будут некорректными. 8а 8б

Модель должна принять такой вид.

Задание закреплений по Y: а) нажмите «Apply»; б) нажмите «Done».

75

8а

9. Задание закреплений по X и Z: а) выберите X и Z в графе ограничений; б) выберите любую точку на пружине, лежащую в плоскости ZY (на примере желтым). Обратите внимание на окно выбора. Убедитесь, что выбрано «Pick» и «Add»; г) после выбора точки нажмите «Apply», а затем «Cancel». 9а

9г

10. Задание перемещений: а) выберите меню работы с моделью; б) выберите задание ключевых слов. Нажмите «All»; в) найдите параметр «DEFINE»;

76

г) выберите «CURVE». 10б

10а

10в

а) появившемся окне 2 раза щелкните по слову CURVE; б) в новом окне нажмите NewID; 10ж

10г

10з

10е

10ж 10д

в) в графе A1 введите «0». В O1 – «0»;

77

г) нажмите «Insert»; д) в графе A1 введите «1». В O1 – «10»; е) в графе TITLE введите «Displ_curve»; ж) нажмите «Insert», затем Accept; з) закройте все окна, нажав «Done». а) перейдите в меню работы с деталями; б) выберите задание объектов; в) в графе Boundary выберите Prescribed Motion(BP); г) в графе Type выберите «SET»; д) в DOF выставьте «2»; е) в VAD «2». Нажмите LCID. В появившемся окне выберите кривую (Curve). Нажмите Done; ж) нажмите на слово NSID. 10 в 10 б

10 а

78

а) в появившемся окне нажмите кнопку NewEntity; б) по методу, описанному в пункте 8.2, выберите внешнюю закраину; в) нажмите «Apply».

10а

10б

Вас должно вернуть в исходное меню.

79

а) нажмите «Apply», а затем «Cancel».

10 а

11. Задание информации на вывод: а) выберите меню работы с моделью; б) выберите задание ключевых слов; в) найдите параметры «DATABASE»; г) выберите «ASCII_options»; д) в графе Default time введите 0.001; е) найдите параметр BNDOUT и поставьте галочку; ж) нажмите «Accept», затем «Done».

80

11б 11в 11а

11д

11е

12. Задание материалов: а) в менеджере ключевых слов разверните графу MAT;

81

б) выберете 001-ELASTIC; в) в появившемся окне нажмите NewID; г) введите RO = 7.850е-9; Е = 2е + 5; PR. PR = 0.33; д) нажмите «Accept», затем «Done».

13. Задание свойств: а) в менеджере ключевых слов разверните графу SECTION; б) выберите SHELL; в) в появившемся окне нажмите NewID; г) T1 = 2.2 мм; д) нажмите «Accept», затем «Done».

13 б

82

13г 14. Задание свойств и материала детали: а) в менеджере ключевых слов разверните графу PART; б) выберите PART; в) в появившемся окне нажмите кнопку с кружком под SECID. Выберите секцию. Нажмите «Done»; г) сделайте тоже для MID; д) нажмите «Accept», затем «Done».

14 б

14в

14г

83

15. Задание карт контроля: а) в менеджере ключевых слов разверните графу CONTROL; б) выберите IMPLICIT_GENERAL; в) в IMFLAG введите 1, в DT0 – 0.001; г) нажмите Accept – Done.

16. Задание времени расчета: а) в менеджере ключевых слов разверните графу CONTROL; б) выберите TERMINATION; в) в графе ENDTIM задайте 1.0. Нажмите Accept – Done.

17. Сохранение модели: а) нажмите File → Save → Save Keyword → Yes.

18. Запуск модели на расчет: а) зайдите в менеджер Ls-Dyna. Выберите расчетчик; б) нажмите Browse (как показано на рисунке) и выберите созданный в п. 17 файл. Нажмите Open; в) нажмите Run.

84

В конце расчета вы должны увидеть надпись Normal termination.

19. Подключение результатов: а) откройте Ls-dyna pre post; б) нажмите File → Open → Ls-Dyna Binary; в) перейдите в папку с расчетом (куда вы сохраняли файл) и выберите первый файл d3plot.

85

19а 19б

20б

20в 20а 20. Отображение напряжений: а) перейдите во вкладку отображения результатов; б) выберите отображение полей; в) в появившемся окне нажмите Von Mises stress (Напряжения по Мизесу). 21. Построение кривой деформирования: а) перейдите в работу с ASCII файлами; б) выберите bndout; в) нажмите Load; г) нажмите All; д) нажмите Total; е) выберите Y-force;

86

ж) нажмите Plot. 21б

21а

21г

21д

21 ж

Вы должны получить такой график.

87

ЛИТЕРАТУРА 1. Алямовский, А.А. Инженерные расчёты в Solidworks Simulation: практическое пособие / А. А. Алямовский. – М.: ДМК-Пресс, 2013. – 464 с. 2. Автомобили. Конструкция и рабочие процессы: учеб. для вузов по направлению подготовки бакалавров «Эксплуатация трансп.технолог. машин и комплексов» / А.М. Иванов, Н.П. Квасновская, А.Н. Нарбут, В.И. Осипов, А.И. Попов, А.Н. Солнцев [и др.]; под ред. В.И. Осипова. – М.: Академия, 2012. – 337 с.

ОСИПОВ Владислав Иванович КАМИТОВ Михаил Станиславович КАРПОВ Илья Анатольевич

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К РАСЧЕТНЫМ РАБОТАМ ПО ТЕМЕ «РАБОЧИЕ ПРОЦЕССЫ И РАСЧЕТЫ АГРЕГАТОВ АВТОМОБИЛЯ» ЧАСТЬ 2 (ТРАНСМИССИЯ)

Редактор Т.А. Феоктистова

Подписано в печать 03.04.2015 г. Формат 60×84/16. Усл. печ. л. 5,5. Тираж 70 экз. Заказ . Цена 185 руб. МАДИ, Москва, 125319, Ленинградский пр-т, 64.