новая папка 1 / 231708

(рисунок 17) – режим выбора Rectangle. После этого, удерживая левую кнопку мыши прямоугольной рамкой, выделим все участки модели шпинделя. В качестве альтернативного способа выделения можно использовать сочетание клавиш Ctrl+A.

Далее в любом месте текущего видового окна нажмем правую кнопку мыши и вызовем контекстное меню, в котором последовательно выберем пункты Edit и Material (рисунок 25).

Рисунок 25 – Реализация доступа к библиотеке материалов

В результате на экране появится диалоговое окно Element Material Selection, состоящее из двух частей. В левой части этого окна (рисунок 26) присутствует список предопределенных в библиотеке категорий и видов материалов, а в правой части приводится описание и параметры выбранного материала.

Среди доступных категорий материалов выберем категорию Steel (сталь) и

21

развернем соответствующий пункт в списке. Далее развернем его подпункт AISI, внутри которого выберем материал, обозначенный как Steel (AISI 4150) Normalized. После этого нажмем кнопку OK и применим выбранный материал к модели шпинделя.

Рисунок 26 – Фрагмент библиотеки материалов

6 Наложение силовой нагрузки

На завершающем этапе подготовки модели необходимо задать нагрузку, имитирующую силы резания и силы от приводного элемента, действующие на шпиндель во время его работы. При этом нагрузку, определяющую силы резания будем задавать в узле модели, расположенном в начале координат и соответствующем переднему концу шпинделя, а нагрузку от приводного элемента (зубчатого колеса) – в узле на границе третьего (L3) и четвертого (L4) участков шпинделя.

Для выбора узлов снова обратимся к вкладке Selection ленты, где в секциях Select и Shape соответственно задействуем режимы Vertices и Point (рисунки11 и17). Включив необходимые режимы выбора, щелчком левой кнопки мыши выделим первый узел модели, а затем перейдем на вкладку Setup ленты. Здесь в секции Loads (рисунок 27) найдем кнопку Force и запустим с ее помощью соответствующую команду.

22

Рисунок 27 – Секция Loads вкладки Setup

Запуск команды приведет к открытию диалогового окна Creating Nodal Force Object, представленного на рисунке 28. В этом окне сначала в группе компонентов Direction включим переключатель X (сила будет действовать в направлении оси X, т.е. вдоль оси шпинделя). Затем перейдем к текстовому полю Magnitude и введем в

него величину осевой составляющей силы резания. В рассматриваемом примере примем ее величину равной 550 Н. Следует заметить, что силы являются векторными величинами, т.е. они могут действовать в положительном и отрицательном направлении. Учет направления действия силы производится путем ввода либо положительных, либо отрицательных значений в поле Magnitude. В данном случае используем положительное значение, для подтверждения которого нажмем кнопку OK.

Рисунок 28 – Диалоговое окно Creating Nodal Force Object

23

Описанную процедуру повторим еще два раза с включением переключателя Y для радиальной составляющей силы резания и переключателя Z для тангенциальной составляющей. Силу, действующую в направлении оси Y, зададим равной 600 Н, а силу, действующую в направлении оси Z – 3000 Н. Для обеих сил примем положительное направление их действия.

При наложении силы, действующей со стороны зубчатого колеса на шпиндель, предположим, что вектор этой силы действует в координатной плоскости YOZ

под углом 45° к плоскости XOY в отрицательном направлении оси Z. Чтобы задать эту силу выделим необходимый узел и командой Force вызовем окно, приведенное на рисунке 28. Далее в группе Direction включим переключатель Custom, что позволяет использовать значения базисных векторов, управляющих ориентацией вектора силы в пространстве.

После включения переключателя станут доступными три текстовых поля X, Y и Z, где в поле X оставим заданное по умолчанию нулевое значение, в поле Y введем значение равное 0,5, а в поле Z – значение равное минус 0,5. Величину силы в поле Magnitude зададим равной 1500 Н. Завершив ввод всех необходимых значений, нажмем кнопку OK.

В итоге готовая модель шпиндельного узла должна выглядеть на экране примерно так, как это показано на рисунке 29 (при включенном режиме видимости нагрузок и ограничений).

Рисунок 29 – Вид готовой модели шпиндельного узла

24

7 Контрольные вопросы

1 Каким образом производится выбор типа анализа, для проведения которого будет формироваться модель?

2 В чем заключается сущность подхода к построению модели шпиндельного узла на основе балочных конечных элементов?

3 В чем заключаются особенности преобразования геометрическую модели шпинделя в его конечно-элементную модель?

4 Каким образом контролируется степень дискретизации балочной конечноэлементной модели?

5 Для чего в модели шпинделя используется конечный элемент типа «сосредоточенная масса»?

6 Как задаются форма и размеры сечения балочных конечных элементов?

7 Чем характеризуются конечные элементы, используемые для формирования подшипников качения?

8 В чем заключаются особенности процедуры создания модели роликового подшипника?

9 Что собой представляет модель материала?

10 Какие операции могут быть выполнены при помощи диалогового окно Element Material Selection?

11 Каким образом в модели шпинделя задается сосредоточенная силовая нагрузка?

12 Как в общем случае контролируется направления вектора сосредоточенной силы?

25

Список использованных источников

1Васильков, Д. В. Электромеханические приводы металлообрабатывающих станков. Расчет и конструирование: учебник / Д. В. Васильков, В. Л. Вейц, А. Г.

Схиртладзе. – СПб.: Политехника, 2010. – 759 с.: ил. – ISBN 978-5-7325-0926-7.

2Каменев, С. В. Инженерный анализ шпиндельных узлов с использованием программного комплекса «ANSYS»: метод. указания к диплом. проектированию / С. В. Каменев. – Оренбург: ОГУ, 2006. – 78 с.

3Пузанов, А. В. Инженерный анализ в Autodesk Simulation Multiphysics: мето-

дическое руководство / А. В. Пузанов. – М.: ДМК Пресс, 2012. – 912 с.: ил. – ISBN 978-5-94074-693-5.

26

Приложение А

(обязательное)

Исходные данные для моделирования шпиндельного узла

Таблица А.1 – Осевые размеры шпинделя

Вариант	L1, мм	L2, мм	L3, мм	L4, мм	L5, мм	L6, мм	L7, мм
1	40	35	65	65	125	220	80
2	35	45	45	60	110	200	75
3	45	40	70	70	130	215	90
4	32	38	47	55	90	180	70
5	42	23	72	60	105	185	63
6	50	40	80	80	120	200	100
7	45	35	65	75	120	210	90
8	55	35	80	70	155	230	95
9	38	37	48	63	117	195	70
10	40	35	60	70	115	215	85
11	48	30	63	60	100	200	75
12	35	40	55	55	110	190	95
Таблица А.2 – Диаметральные размеры шпинделя
Вариант	D1, мм	D2, мм	D3, мм	D4, мм	D5, мм	D6, мм	D7, мм
1	100	55	22	80	55	50	45
2	90	48	24	70	50	45	40
3	110	60	32	90	65	60	55
4	85	45	24	65	50	45	40
5	100	52	25	75	60	55	50
6	120	60	28	100	75	70	65
7	112	56	30	90	70	65	60
8	140	72	35	110	90	85	80
9	105	55	24	85	70	65	60
10	105	60	25	80	60	55	50
11	95	50	22	85	75	63	50
12	115	65	28	95	80	70	55

27

Таблица А.3 – Параметры жесткости подшипников

Вариант				Kr1,					Kp1,						Ka1,			Kr2,			Kp2,					Ka2,				Kr3,
			Н/мкм						Н/мкм					Н м/рад				Н/мкм			Н/мкм			Н м/рад					Н/мкм
1				780				220						395000				550			180				180000					225
2				750				200						320000				600			150				165000					215
3				700				210						350000				520			175				150000					200
4				920				300						330000				720			220				175000					220
5				820				250						375000				600			200				170000					235
6				800				215						365000				650			190				180000					240
7				850				220						310000				680			190				160000					230
8				900				275						335000				700			220				155000					250
9				800				250						300000				580			210				140000					245
10				880				240						315000				600			200				145000					210
11				785				225						345000				625			175				165000					225
12				750				215						360000				585			180				170000					220
Таблица А.4 – Масса приводного элемента
Вариант			1			2			3			4			5			6		7	8		9			10		11			12
Масса,			5			6			6,5			4,5			4			7		6	8		5,5			7,8		6,5			5
кг
Таблица А.5 – Силовая нагрузка на шпиндель
Вариант						Силы на переднем конце шпинделя															Сила на приводном элементе
						Fx, Н							Fy, Н					Fz, Н								P, Н
1							730					800						4000							2000
2							640					700						3500							2500
3							820					900						4500							1800
4							915					1000						5000							2200
5							770					840						4200							3000
6							695					760						3800							1500
7							820					900						4500							2800
8					1000							1100						5500							1750
9							915					1000						5000							2500
10							950					1040						5200							3000
11							880					960						4800							1600
12							730					800						4000							2750

28