Автоматизация производства механизма выверки стабилизатора оптического устройства

Тип:
Добавлен:

ВВЕДЕНИЕ

Для эффективного ведения огня из боевых машин пехоты (БМП) и танков, они оснащаются совершенными системами управления огнем (СУО). Производя выстрел, танк или же боевая машина неизбежно обнаруживает себя, поэтому, главной задачей системы управления огнем является максимально увеличить возможность первым снарядом уничтожить или по крайней мере вывести из строя танк противника до того, как он откроет ответный огонь.

Современные системы управления огнем включают в себя оптические прицелы (ночного и дневного типа) с тепловизионными камерами и дальномерами, баллистические вычислители, стабилизаторы вооружения и датчики условий, позволяющие подстраиваться под определенные условия стрельбы. Поэтому технология и конструкция должна отвечать высоким требованиям точности и качества.

АО «Вологодский оптико-механический завод» (АО «ВОМЗ») - отечественное предприятие оборонно-промышленного комплекса, обладающее мощным технологическим и интеллектуальным потенциалом, а так же обладающее широким спектром производственных мощностей.

На предприятии создано высокоэффективное производство, оснащенное разным металлорежущим оборудованием, среди которого 5-ти координатные фрезерные станки с ЧПУ, фрезерно-расточные и токарные обрабатывающие центры. Имеющийся набор станков позволяет обрабатывать детали с учетом высоких требований точности, чистоте и взаимному расположению поверхностей.

Вологодский оптико-механический завод осуществляет производство сложной оптико-электронной, тепловизионной продукции специального назначения, оптико-электронных приборов медицинского и гражданского назначения. Завод ориентирован на выпуск качественной современной продукции в каждой из этих областей. В рамках инновационной деятельности АО «Вологодский оптико-механический завод» проводит работу по модернизации дневных и ночных прицелов предназначенных для комплектации бронетанковой техники. Новые приборы имеют улучшенные технические параметры и обеспечивают качественное решение боевых задач: обзор пространства, поиск, обнаружение и распознавание целей, слежение и ведение прицельной стрельбы во время движения. Прицелы выпускаются в разных модификациях для различных видов вооружения бронетранспортеров и танков. АО «Вологодский оптико - механический завод» входит в холдинг Госкорпорации "Ростех" Швабе [4].

Представляемая ВКР выполнена на базе АО «Вологодский оптико-механический завод». Определенной продукцией предприятия являются прицельные приспособления различного назначения, военного и гражданского. Предприятие выпускает комплектующие к системам управления огнем, технология и конструкция которых разработана в 80-х годах 20 века. Исходя из вышесказанного, представляется рациональным модернизация механизма выверки стабилизатора оптического устройства.

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ВКР

визир корпус оптический

Прицельные приспособления подразделяются на несколько основных: прицелы для дробовой стрельбы (мушки с прицельной планкой и без), прицелы кольцевые предназначенные для стрельбы дробью и пулями, открытые прицелы для стрельбы пулей (мушка и целик), прицелы оптического, диоптрические назначения, коллиматорные прицелы и лазерные (лазерные целеуказатели). На некоторых из них (чаще это бывают одноствольные однозарядные ружья) отсутствует прицельная планка, целиться из такого ружья не очень удобно, так как выемка расположена близко, и она видна не четко, и стрелок может допускать ошибки при стрельбе.

Первое применение оптики в военном деле началось с кольцевых прицелов, которые устанавливались на арбалеты и самострелы еще в средние века. Он состоял из кольца закреплённым на ложе стрелкового оружия и сушки установленной на другом конце ствола. Таким образом, прицельная линия удлинялась более чем в 2 раза. Большое развитие и применение прицелы получили чуть более 100 лет назад. На винтовки устанавливались телескопические прицелы, длинна которых иногда была больше длинны ствола. Телескопические прицелы представляли собой зрительную трубку с линзами, снабженные прицельными сетками, дистанционными и угловыми шкалами. Следующим этапом развития военной оптики стали оптические прицелы (ночного и дневного типа). Особо быстрое развитие снайперских оптических прицелов началось после первой мировой войны, и уже в 1950 году были разработаны первые прицелы, которые могли, менять кратность увеличения. Современные оптические прицелы состоят из объектива (системой из двух и более линз), оборачивающей системы, прицельной сетки, окуляра, механизма корректировки горизонтальной и вертикальной поправки, и корпуса.

Также существуют различные модификации, включающие в себя установку дальномера, телевизионной камеры и подсветки. Дальнейшее развитие цифровых технологий привело к созданию уникально нового прицела, который позволял целиться обоими глазами, при этом увеличивая углы обзора. В основу конструкции заложен принцип коллимации света, за что и получили данные прицелы название коллиматорные. Коллиматор представляет собой длиннофокусный объектив, в котором установлена марка, подсвечиваемая специальным устройством. Она имеет вид точечной диафрагмы или сетки с необходимой служебной информацией.

Коллиматорный прицел имеет возможность наводить оружие на цель по светящейся точке - метке. При этом делать это можно не закрывая глаза, что удобно и эффективно при стрельбе по цели, которая движется. Это так называемый открытый коллиматорный прицел. Более прогрессивным является закрытый коллиматорный прицел, при использовании которого оружие наводится одним открытым глазом стрелка.

Коллиматоры делятся на 2 вида: открытого и закрытого типа.

Коллиматорный прицел очень подходит для тех охотников, которые испытывают проблемы со зрением. При дальнозоркости прекрасно видна мушка на ружье и мишень, но прицельная планка при этом расплывается, а при близорукости дела обстоят наоборот. Кроме того, прицел можно использовать в условиях плохой видимости [2].

Оптический прицел - это труба с прямым ходом лучей, в которой последовательно со стороны поля находятся объектив, перекрестие, оборачивающая система линз и окуляр, обращенный к стрелку. Объектив прицела формирует уменьшенное обращенное (перевернутое) изображение цели в плоскости перекрестия, находящегося в оправе, которая может и вертикально в плоскости перпендикулярной оси прицела. Один из этих барабанчиков позволяет задавать углы прицеливания, а другой - боковые поправки. Итак, в плоскости перекрестия располагается изображение цели, очень маленьких размеров и перевернутое. Оборачивающая система переносит изображение цели и перекрестия в фокальную плоскость окуляра. Система линз окуляра образует прямое увеличенное изображение цели и перекрестия в плоскости, удаленной от последней линзы окуляра на 5-10 см. Реальные размеры получаемой «картинки» зависят от конструкции прицела и как правило составляет 5-7мм. В технических данных прицелов она носит название «диаметр выходного зрачка», а расстояние от окуляра, на котором резко видна картина прицеливания, получило название «удаление выходного зрачка». Прицелы различаются такими дополнительными устройствами, как регулировка увеличения, регулировка окуляра, которая учитывает индивидуальные особенности зрения каждого человека, противосолнечными блендами и светофильтрами, наглазниками, которые изготавливаются из резины и одеваются на окуляр, и другое. Кроме того, оптические элементы прицелов различаются характером поверхностных покрытий, назначение которых-уменьшить долю рассеянного и отраженного света.

Новинками в конструкторской части прицела можно уверенно считать визирное устройство и насадку специального типа, которая надевается на окуляр. Светящееся визирное устройство хорошо выделяется на темном фоне дичи. При этом свет из прицела практически не выходит ни в сторону цели, ни в сторону выходного зрачка. С развитием прицелов военная оптика стала применяться на боевых машинах. Начиная от обычных танковых прицелов времен второй мировой войны и заканчивая целыми системами основанных на законах оптики. Одой из таких систем называется «Система управления огнем». Это комплекс приборов, устройств и датчиков, качество изготовления и сборки которых напрямую влияет на эффективность ведения стрельбы и выживаемости танка (боевой машины) в бою. Лазерный прицел-это относительно новое прицельное приспособление, которое в настоящее время получает все большее распространение.

Основное отличие лазерного прицела в том, что это устройство излучает луч лазерного света, который освещает место, куда должна попасть пуля. Диаметр пятна, освещающего цель, зависит от дальности до цели и конструкции прицела. Дальность действия прицела зависит от мощности излучения, прозрачности атмосферы и способности отражать лазерный свет освещаемой поверхностью.

Лазерный прицел рекомендуется применять на гладкоствольном оружии для стрельбы пулями и картечью, а по неподвижной цели - дробью. Для стрельбы из нарезного оружия прицел не следует применять более чем на 100 м. Изобретение «лазерный целеуказатель» относится к оптико - электронному приборостроению в частности к малогабаритным лазерным источникам света, использующимся в оптических прицелах, оптических приборах для строительства и геодезии, оптических системах записи, считывания и передачи информации, медицинской технике [3]. Сущность изобретения: целеуказатель включает установленные в корпусе на оптической оси коллимирующий объектив и лазерный диод со встроенным фотодиодом, к которым подключены схема управления и источник питания.

Исходя из выше перечисленного, целью ВКР является модернизация конструкции и технологии изготовления механизма выверки стабилизатора оптического устройства. Исходя из поставленной цели, необходимо решить следующие задачи:

-Разработать автоматизированную компьютерную модель механизма выверки.

-Создать разнесенную сборку.

-Исследовать напряжённо - деформированное состояние методом конечных элементов.

-Разработать конструкторскую документацию.

-Разработать технологический процесс изготовления детали «корпус».

-Разработать программу для обработки детали «корпус».

2. КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ

.1 Описание работы визира оптического устройства

В военном деле визир - это приспособление или устройство для визуального наведения угломерного, дальномерного или наблюдательного прибора на определенную точку в пространстве.

Изобретение относится к области военной техники, в частности к способам выверки линии прицелов танка. Сущность изобретения заключается в том, что при выверке нулевой линии прицела танка, включающей наведение действительной оси канала ствола (ДОКС) на контрольно-выверочную мишень или удаленную точку и визирование этого положения через зрительную трубку с последующей регулировкой положения оси прицела винтами выверки зрительную трубку постоянно и жестко закрепляют на дульной части пушки. Ось трубки предварительно, при монтаже пушки в танк, согласуют с ДОКС пушки. Изображение ДОКС через оптоволоконный кабель и призму подают в прицел с возможностью включения и выключения выверки поворотом призмы. Технический результат изобретения состоит в сокращении времени и трудозатрат на проведение и уточнение выверки.

Цель выверки - развороты главного зеркала головки и нижнего зеркала (блока зеркал) стабилизирующего блока достигается разворотом гирорамы по горизонтали и по высоте. Для этого механизмы вертикального и горизонтального установлены не непосредственно в корпусах правого рычага и стабилизирующего блока, а на поворотных кронштейнах, которые проворачиваются при вращении ключом выверки соответствующего механизма.

В состав каждого механизма выверки входит червячная передача, червячное колесо которой имеет эксцентриковый поводок.

При вращении червячного колеса эксцентриковый поводок разворачивает кронштейн с механизмом соответствующего арретира. Визиры прицелов пушек предназначены для рассматривания удаленных объектов, создание визирной линии и обеспечение выполнения наводки орудий.

Оптические телескопические и панорамные визиры используются как основные в прицелах современных пушек.

Оптический визир - визир прицела пушки с оптической системой для рассматривания удаленных объектов и фиксации линии визирования.

Телескопический визир - визир прицела с объективом и окуляром, главные оптические оси которых размещены на одной прямой.

Панорамный визир - это перископический визир прицела с оптической системой, в состав которой входит объектив и окуляр, главные оптические оси которых размещены не на одной прямой.

Телескопический визир прицела предназначен для рассматривания удаленных объектов, образования визирной линии и обеспечения прямой наводки пушек. Он представляет собой прямую зрительную трубу со сложной оптической телескопической системой, в которой все оптические элементы размещены на одной прямой оптической оси, причем задний фокус предыдущего элемента совмещен с передним фокусом следующего, что позволяет видеть резкое изображение удаленных объектов. Телескопический визир используется в прицелах прямой наводки, в которых визир и прицел составляют одно целое.

Объектив системы размещается со стороны объекта, который наблюдается и служит для построения его изображения в задней фокальной плоскости. Он дает действительное уменьшенное изображение объектов, которые наблюдаются. Причем изображение объекта, которое рассматривается переворачивается объективом как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскости.

Окуляр системы размещается со стороны глаза и служит для рассматривания изображения, которое строится объективом, под большим углом зрения, а значит в увеличенном виде. Строение окуляра, кроме устранения аберраций, должна обеспечивать получение как можно большего поля зрения и определенного отдаления исходной зарницы. Вследствие этого окуляр представляет собой сложную оптическую систему, которая состоит из 4...6 линз. Увеличение окуляра, как правило, равна 15х, так как при большом увеличении, увеличиваются требования к качеству сетки.

Оборачивающая система предназначена для обеспечения наблюдения объекта в прямом виде, либо для переворачивания перевернутого объектом изображения объекта, которое и рассматривается затем в прямом виде через окуляр. Тип оборачивающей системы определяется назначением и условиями эксплуатации визира или прицела. В визирах современных пушек используются линзовые и призменные вращающие системы.

Линзовая оборачивающая система используется в таких случаях, когда визир имеет вид прямой зрительной трубы, при этом его размеры по длине при конструировании могут легко меняться за счет изменения расстояния между линзами оборачивающей системы. Призменная оборачивающая система используется в коленчатых визирах небольшой длины. Она позволяет создать коленчатый визир, уменьшить его длину и обеспечить изменение направления визирования при неподвижном окуляре. Линия визирования - это фиксированная относительно визира прямая, проходящая через вершину прицельного знака (через середину перекрестка) и центр объектива, с которым совмещается луч зрения при наводке пушки. Во время работы с визиром против солнца или при рассматривании ярко освещенного объекта используют светофильтры из цветного стекла, которые одеваются на зрительную трубу или вводятся до оптической системы специальными устройствами. Во время наблюдения через визир глаз видит удаленный объект под углом зрения, который в несколько раз больший угла наблюдения того же объекта невооруженным глазом, что и является увеличением визира.

2.2 Разработка конструкции механизма выверки

Спецификация механизма выверки представлена в приложении 1.

Автоматизированное проектирование конструкций может осуществляться в системах «КОМПАС» и «SolidWorks».

Автоматизированное проектирование конструкций было сделано в системе «КОМПАС».

Для того, чтобы создать новый файл, содержащий 3D модель детали, необходимо вызвать из меню «Файл» команду «Создать деталь» или использовать кнопку «Новая деталь» на «Панели управления». Пример представлен на рисунке 8.

Рисунок 8 - Команда «Создать»

Создавать можно не только чертежи, но и фрагменты, текстовые документы, спецификации, сборки, технологические сборки, детали.

Все зависит от того, что нам нужно получить в конечном результате. Пример «Нового документа» приведен на рисунке 9.

Рисунок 9 - Создание «Нового документа»

На экране открывается новое окно для создания модели детали. .Изображение приведено на рисунке 10.

Рисунок 10 - Окно создания модели детали

В окне новой детали находится «Дерево построений» (рисунок 11) - окно, в котором отражается последовательность построения трехмерной модели.

Рисунок 11 - Дерево построений

После создания файла документа - детали можно создавать трехмерную модель. Построение трехмерной модели детали начинается с создания основания - ее первого формообразующего элемента. В качестве этого основания можно использовать любой из четырех типов формообразующих элементов - элемент вращения, выдавливания, кинематический элемент и элемент по сечениям. Когда создание эскиза будет закончено, необходимо перейти в режим трехмерных построений.

В качестве примера приведен эскиз детали «Вилка» из ВКР. Изображение приведено на рисунке 12.

Рисунок 12 -Эскиз детали «Вилка»

Выходим из последней использовавшейся в режиме эскиза команды. Для этого используем клавишу <Esc> или из контекстного меню команду «Прервать команду» или кнопку «Прервать команду» на «Панели специального управления». Затем из контекстного меню команду «Закончить эскиз» или кнопку «Закончить эскиз» на «Панели управления». Система вернется в режим трехмерных построений. После этого необходимо указать, каким способом требуется перемещать эскиз в пространстве для получения основания нужного типа, т.е. выбрать вид формообразующей операции.

Далее применяем элемент вращения, в итоге у нас получилась трехмерная модель, пример приведен на рисунке 13.

Рисунок 13 -Операция вращения

Используя эскиз, далее, мы убираем операцией «вырезать выдавливанием» лишний слой детали, пример показан на рисунке 14 и рисунке 15.

Рисунок 14 - Эскиз детали

Рисунок 15 - Операция вырезать выдавливанием

После этого повторяем операцию так же удаляя лишний слой материала, пример показан на рисунке 16, 17, 18 и 19.

Рисунок 16 - Эскиз детали

Операция вырезать выдавливанием.

Рисунок 17 - Операция вырезать выдавливанием

Рисунок 18 - Эскиз детали

Далее при помощи эскиза, делаем разметку, где должны быть глухие отверстия, которые будут располагаться на детали «Вилка». Пример представлен на рисунках 20 и 21.

Рисунок 20 - Эскиз отверстия

Рисунок 21 - Эскиз отверстия

Далее, используя операцию выдавливание, мы получим отверстия, согласно эскизам, пример приведен на рисунках 22 и 23.

Рисунок 22 - Операция вырезать элемент выдавливанием

Рисунок 23 - Операция вырезать элемент выдавливанием

В системе КОМПАС имеется возможность создания ассоциативных чертежей трехмерных моделей, рисунок 24 и рисунок 25.

Рисунок 24 - Создание чертежа из моделей

Рисунок 25 - Чертеж из трехмерной модели

На чертеже детали «Вилка» представлены вид сбоку. Так же выполнен разрез (рисунок 26). Проставлены все необходимые размеры шероховатости, отклонения, заполнена основная рамка.

Рисунок 26 - Готовый чертеж детали «Вилка»

Ассоциативные виды постоянно сохраняют связь с моделями, изображения которых в них содержатся. Благодаря этому любое изменение модели передается в ее вид (виды). По этой же причине ручное редактирование геометрии в ассоциативных видах невозможно.

При необходимости ассоциативная связь вида с моделью может быть разрушена. Для этого служит команда "Разрушить вид" из контекстного меню на виде в "Дереве построения" чертежа (можно также воспользоваться командой "Разрушить" из меню "Операции").

После разрушения ассоциативный вид превращается в набор примитивов (отрезков, дуг и т.п.) и становится обычным пользовательским видом чертежа КОМПАС-ГРАФИК.

Остальные конструкторские чертежи узла представлены в приложении 1.

2.3 Разработка каталога и разнесенной сборки

Каталог разнесенной сборки производится в программе КОМПАС - 3Dv15.2. Произведем разнесенную сборку механизма выверки.

Исходный вид механизма выверки представлен на рисунках 27 и 28.

Рисунок 27 - Модель механизма в сборке

Рисунок 28 - Модель механизма в сборке(другой вид)

На первом этапе, когда механизм полностью собран, отсоединению от корпуса подлежат винты в соответствии с рисунком 29. При отвинчивании винтов используется отвертка 0,4×1,8.

Рисунок 29 - Отсоединение винтов

После отсоединения винтов можно снять основной корпус в соответствии с рисунком 30, а так же отсоединяем вилки.

Рисунок 30 - Отсоединение корпуса и вилок

После снятия вилок снимаем кронштейн в соответствии с рисунком 31.

Рисунок 31 - Отсоединение кронштейна

Далее отсоединяем две пары карданных валиков в соответствии с рисунком 32 и рисунком 33.

Рисунок 32 - Отсоединение пары карданных валиков

Рисунок 33 - Отсоединение пары карданных валиков

Далее снимаем втулки и звездочки в соответствии с рисунком 34 и рисунком 35.

Рисунок 34 - Отсоединение втулок

Рисунок 35 - Отсоединение звездочек

На следующем этапе отсоединяем пару трибок и колесо зубчатое в соответствии с рисунком 36.

Рисунок 36 - Отсоединение двух трибок и колеса зубчатого

Далее отсоединяем пару червяков в соответствии с рисунком 37.

Рисунок 37 - Отсоединение пары червяков

На следующем этапе отсоединяем сборочную единицу «призма» в соответствии с рисунком 38.

Рисунок 38 - Отсоединение Призмы

Далее отсоединяем две линзы в соответствии с рисунком 39 и рисунком 40.

Рисунок 39 - Отсоединение линзы

Рисунок 40 - Отсоединение линзы

На следующем этапе отсоединяем последовательно пару колец, пару червячных колес, пару клиньев в соответствии с рисунком 41.

Рисунок 41 - Отсоединение Червячных колес, колец и клиньев

На последнем этапе отсоединяем фиксаторы, пружины и пробки. В конечном итоге механизм должен быть полностью разобран на отдельные сборки или на отдельные компоненты. Разнесенная сборка механизма представлена на рисунке 42.

Рисунок 42 - Разнесенная сборка механизма

После того как механизм полностью разнесен на детали, создается его каркасное изображение для каталога, изображение приведено на рисунке 44.

Рисунок 44 - Каркасное изображение

2.4 Инженерный анализ корпуса линзы методом конечных элементов

Анализ напряженно - деформированного состояния будем производить для детали «Корпус».

.4.1 Решение линейных задач теории упругости методом конечных элементов

Точное аналитическое решение возможно только для очень ограниченного круга задач теории упругости. Поэтому для инженерной практики огромное значение имеют приближенные методы. Важность этих методов особенно возрастает в связи с активным внедрением в теорию и практику проектирования вычислительной техники и новейших информационных технологий.

Имитационное моделирование создание электронной модели проектируемого объекта и экспериментирование с ней при заданных ограничениях. Цель таких экспериментов наблюдение за функционированием созданного изделия и определение его рациональных параметров путем экспериментов над виртуальной моделью в условиях реальных ограничений до изготовления изделия. Различают два метода имитации:

Кинематическая - имитация процесса движения элемента объекта с целью определения т.н. столкновений (коллизий).

Динамическая - имитация процесса исследования поведения объекта при изменении действующих нагрузок и температур. В этом случае определяется теплонапряжённое состояние объекта, а также определение напряжённо - деформированного состояния объекта.

В основе метода конечных элементов лежит представление объекта исследования в виде набора некоторых простых с геометрической точки зрения фигур, называемых конечными элементами, взаимодействующими между собой только в узлах. Расположенные определенным образом (в зависимости от конструкции объекта) и закрепленные в соответствии с граничными условиями конечные элементы, форма которых определяется особенностями моделируемого объекта, позволяют описать все многообразие механически конструкций и деталей.

Следует отметить, что метод конечных элементов - это достаточно самостоятельный раздел механики сплошной среды, который динамично развивается и совершенствуется. Для подробного ознакомления с ним можно воспользоваться специальной литературой.

Рамные конструкции, как правило, моделируются набором стержневых конечных элементов. Различного рода пластины и оболочки удобно моделировать набором плоских треугольных, либо прямоугольных элементов, а в отдельных случаях и набором более сложных элементов. Геометрически объемные тела удобно представлять в виде совокупности элементарных пирамид, параллелепипедов и призм.

Такое представление рассматриваемого объекта позволяет решать задачи расчета напряженного и деформированного состояний тела, устойчивости и динамики, нахождения частот и амплитуд собственных и вынужденных колебаний. Кроме того, МКЭ можно с успехом использовать для решения задач стационарной и нестационарной теплопроводности, расчета полей статического электричества и скоростей безвихревого течения жидкости, и т. д.

Практическое использование этого метода во многом зависит от уровня развития компьютерной техники и качества программного обеспечения, реализующего этот метод. Программное обеспечение для решения задач методом МКЭ должно включать в себя следующие элементы: редактор разбивки на конечные элементы, ядро, непосредственно обеспечивающее решение, и визуализатор для демонстрации полученных результатов.

2.4.2 Расчет напряженно - деформированного состояния детали в среде SolidWorksSimulation

Прежде всего, необходимо создать твердотельную модель детали в среде SolidWorks.

Проводим исследование напряженно-деформированного состояния, имитируя работу оси под действием сил, действующих со стороны ручки арретира.

Расчет детали «корпус» производится с использованием модуля Simulation. Модуль предназначен для расчета напряженно-деформированного состояния стержневых, пластинчатых, оболочечных и твердотельных конструкций, а также их произвольных комбинаций. Модуль Simulation организован таким образом, что в его рамках можно рассчитать все многообразие существующих конструкций, собирая их из вышеперечисленных макроэлементов. Внешняя нагрузка, так же как и условия закрепления конструкции, могут быть произвольными как по характеру, так и по местоположению.

Выбирая тип расчетной опоры, необходимо учитывать, что силы, действующие на стенки - малы, и если конструкция действительной опоры допускает хотя бы небольшой поворот или перемещение, то этого достаточно чтобы считать ее неподвижной или подвижной.

Приступая к расчету, предварительно намечаем опасные сечения корпуса, которые подлежат расчету. При этом учитывается характер эпюр изгибающих и крутящих моментов, структурная форма корпуса и места концентрации напряжений.

Теперь проведем расчет и анализ напряженно - деформированного состояния корпуса в программной среде SolidWorksSimulation.

На рисунке 45 представлена трехмерная модель корпуса.

Рисунок 45 - Трехмерная модель корпуса

На рисунке 46 представлена трехмерная модель с приложенной нагрузкой и заделкой.

Рисунок 46 - Трехмерная модель с приложенной нагрузкой и заделкой

Рисунок 47 - Сетка конечных элементов

На рисунке 48 представлен корпус и эпюра нормальных напряжений.

Рисунок 48 - Корпус и эпюра нормальных напряжений

На рисунке 49 представлен корпус и эпюра перемещений.

Рисунок 49 - Ось и эпюра перемещений

На рисунке 50 представлен корпус и эпюра коэффициента запаса на прочность.

Рисунок 50 - Коэффициент запаса прочности

3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

.1 Разработка технологического процесса детали корпус

.1.1 Описание назначения и конструкции корпуса линзы

Деталь - «Корпус» предназначена для поддержания расположенных в нем деталей и восприятия действующих на них сил в корпусном механизме. Для крепления «Корпуса» к «Корпусу» имеются четыре отверстия под болты ø3,4 мм. На выступе детали изготовлено два отверстия М2,5 глубиной 2,2 мм и одно ø2,9 глубиной 2,2 мм, которые служат для крепления конечников, ограничивающих перемещение шлифовальной головки. Эскиз детали «Корпус» представлен на рисунке 51.

Рисунок 51 - Эскиз детали «Корпус»

Данные о материале детали приведены в таблице 1 и 2.

Таблица 1 - Химический состав сплва АК-12Д (ГОСТ 1583-79), %

AlSiне болееFeMnTiCuZnZrMg84,3-9010-131,50,50,10,60,30,10,1

Таблица 2 - Механические свойства сплава АК-12Д

s0,2, МПаsв, МПаd5,%Y,%KCU, Дж/см2НВ∙10-1МПа-147-1571-2--50

Сплав на основе системы алюминий - кремний - магний. Из сплава получают плотные герметичные отливки сложной формы, не испытывающие в процессе эксплуатации значительных нагрузок, сплав отличается высокой герметичностью.

.1.2 Технический контроль чертежа детали

Чертеж корпуса не удовлетворяет требованиям ЕСКД, поскольку квалитеты точности указанные на чертеже устарели и требуют переоформления. Основные предельные отклонения соответствуют шероховатости поверхности. Предельные отклонения и размеры назначены верно.

.1.3 Анализ технологичности конструкции детали

Корпус данного типа требует специальный технологический процесс ее изготовления. Основной задачей анализа является проработка технологичности конструкции обрабатываемой детали, снижение трудоёмкости, возможность обработки высокопроизводительными методами.

Деталь - «Корпус», имеет цилиндрическую форму тела с выступами. Деталь сложна в изготовлении. Материал, из которого изготовлена деталь - сплав АК-12Д. Так как годовая программа выпуска данной детали довольно не значительна (серийное производство при годовом выпуске 600 шт.), то целесообразно будет применение высокопроизводительных методов обработки. В частности, применение универсальных токарных станков, фрезерных с числовым программным управлением. Все конструктивные элементы детали, можно сказать, являются технологическими элементами.

Технологичность - свойство конструкции, заложенное в ней при проектировании и позволяющее получить наиболее рациональными способами изделие с высокими эксплуатационными качествами при наименьших затратах труда, средств и материалов. О технологичности данной детали можно судить исходя из следующих факторов:

Материал детали сплав АК-12Д ГОСТ 1583-89, хорошо обрабатывается резанием. Это способствует сокращению времени обработки.

Данная деталь имеет несложную форму и сравнительно небольшие перепады диаметров, что говорит о её технологичности.

.1.4 Выбор метода изготовления и формы заготовки

Метод выполнения заготовок для деталей машин определяется назначением и конструкцией детали, материалом, техническими требованиями, масштабом и серийностью выпуска, а также экономичностью изготовления. Иногда целесообразно сопоставить два возможных способа получения заготовки, выбрав оптимальный.

Исходные данные для расчета:

-материал заготовки - АК12-Д;

-плотность материала - 2650 кг/м3;

-масса детали, кг -0,007 кг;

-годовая программа - 600 шт.

Рассмотрим два варианта получения заготовки для детали. Для данной детали подходит литье под давлением и литье по выплавляемым моделям.

Одним из наиболее экономичных и производительных способов является литье под давлением. Сущность его в том, что в стальные пресс - формы под большим давлением поступает сплав, находящийся в жидком или полужидком состоянии. В пресс - форме происходит быстрое охлаждение и кристаллизация его, что обеспечивает мелкозернистую структуру и высокие механические свойства отливки. Размеры отливок, полученных литьем под давлением, наиболее близки к размерам готовых деталей, что позволяет уменьшить или совсем исключить механическую обработку и, следовательно, снизить расход сплава.

Масса заготовки определяем по формуле (1):

mз = ρ ×VЗ, кг, (1)

где:VЗ - объем заготовки, см3;

ρ - удельный вес сплава, (ρ = 2710 кг/м3)

Объем заготовки определяем по формуле (2):

VЗ = а × в × с, мм3; (2)

VЗ = 25× 25× 28, мм3;

VЗ = 17500 мм3= 1,75∙10-5 м3;

mз = 2710× 1,75∙10-5 = 0,047 кг;

Стоимость заготовки по 1 варианту-формула (3):

Sзаг= ( (СI/1000)∙Q∙Кт∙Кс∙Кв.∙Кп) - (Q - g)∙Sотх./1000, руб. (3)

где: Кт, Кс, Кв., Км, Кп - коэффициенты, зависящие от класса точности, группы сложности, массы, марки материала и объема производства заготовок.;

СI - Стоимость 1тонны заготовок, принятых за базу, руб.;- масса заготовки, кг;заг.= (227100/1000)∙0,047∙1∙0,94∙1∙1∙1,09) - (0,047 - 0,125)∙17000/1000 = 12,23 руб.

Стоимость заготовки по 2 варианту-формула (4):

Sзаг= ((СI/1000)∙Q∙Кт∙Кс∙Кв.∙Кп) - (Q - g)∙Sотх./1000, руб. (4)

где: Кт, Кс, Кв., Км, Кп - коэффициенты, зависящие от класса точности, группы сложности, массы, марки материала и объема производства заготовок.;

СI - Стоимость 1тонны заготовок, принятых за базу, руб.;масса заготовки, кг;заг.= (185600/1000)∙0,047∙1,05∙0,925∙0,86∙1,23∙1,23) - (0,047-0,125)∙17000/1000 = 12,53 руб.

Метод выполнения заготовки определяется назначением и конструкцией заданной детали, материалом, техническим требованиями, а также, что немаловажно, экономичностью изготовления. Выбрать заготовку - значит установить способ ее получения, наметить припуски на обработку и рассчитать размеры.

Таким образом, стоимость заготовки литьем под давлением ниже, чем стоимость заготовки литьем по выплавляемым моделям, поэтому для дальнейшего проектирования выбираем заготовку, полученную методом литья под давлением.

Делаем вывод по данному пункту работы. Из двух вариантов технологического процесса изготовления детали корпус выбираем 1-й вариант. Это решение вытекает из расчетов и выводов: стоимость заготовки, полученной методом литья под давлением дешевле, чем заготовка, получаемая методом литья по выплавляемым моделям. Исходя, из всех условий выбираем вид заготовки для изготовления детали корпус - литье под давлением.

.1.5 Выбор плана обработки детали

Основные операции при изготовлении данного корпуса следующие: токарная; сверлильная; фрезерная; термическая. Каждая операция может содержать один или несколько технологических переходов.

-Токарно-сверлильная операция:

Токарная операция выполняется за два установа, и включает предварительное и чистовое точение (в зависимости от требований к конкретным поверхностям).

I установ:

.Подрезка торца

.Точить предварительно Ø18 на длину 3,5 мм;

.Точить предварительно Ø22 на длину 3,5 мм;

.Точить Ø19 на длину 7,5 мм;

.Сверлим сквозное отверстие Ø10 мм;

.Сверлим 4 сквозных отверстия Ø3,4 мм;

.Сверлим сквозное отверстие Ø2 мм:

.Рассверливаем отверстие Ø2 до отверстия Ø2,9 мм на расстояние 2,2 мм;

II установ

.Подрезка торца

.Точить верхнюю поверхность расстоянием 27 мм на длину 5 мм

.Рассверливаем отверстие Ø10 мм до отверстия Ø 15,5 мм на расстояние 18,4 мм;

.Рассверливаем отверстие Ø15,5 мм до отверстияØ 19 мм на расстояние 1,6 мм;

.Рассверливаем отверстие Ø10 мм доотверстия Ø 12 мм на расстояние 2,5 мм;

.Нарезаем резьбу М15х05-6Н на длину 18,4 мм;

.Нарезаем резьбу М2,5-6Н на длину 2,2 мм;

-Фрезерная операция:

.Фрезой делаем 2 паза, шириной 1 мм и глубиной 7 мм

.Фрезой делаем паз согласно чертежу глубиной 3 мм, длинной 4мм под углом 80˚.

.Срезаем с верхней поверхности слой толщиной 1,75 мм;

-Термическая обработка

Copyright © 2018 WorldReferat.ru All rights reserved.