Размерный анализ в SOLIDWORKS на примере механизма пневмоклещей

1. Введение

SOLIDWORKS предоставляет возможность выполнения размерного анализа конструкций с помощью инструмента TolAnalyst (входит в состав SOLIDWORKS Professional и Premium) и прикладного модуля CETOL 6σ (взаимодействует со всеми типами лицензий SOLIDWORKS).

TolAnalyst можно отнести к средствам упрощённого расчёта несложных плоских размерных цепей, включающих только линейные размеры, в основе которого лежит метод «наихудший случай», также известный как «минимум-максимум».

CETOL 6σ представляет собой инструмент размерного анализа пространственных цепей любой сложности с линейными и угловыми размерами и допусками, позволяющий использовать в расчётах номиналы и допуски, назначенные как в самом модуле, так и непосредственно в эскизах деталей, а для сборок – импортировать некоторые виды сопряжений в размерные схемы. Математика модуля даёт возможность выполнить расчёт как методом «наихудшего случая», так и вероятностным (статистическим) методом с различными типами функции распределения (гауссово, постоянное и λ-распределение), используя алгоритмы анализа по первой или по второй производной. Также в CETOL 6σ предусмотрен инструмент виртуального движения кинематически свободных элементов в сборках для визуализации определённых состояний (например, для клапана это «открыто-закрыто») и верификации правильности соединений между деталями, что особенно ценно для сложных многозвенных механизмов, совершающих поступательно-вращательные движения. Одним из примеров являются пневматические клещи (рис. 1), предназначенные для сжатия и разжатия элементов металлоконструкций различного характера.

Рис. 1. Пневматические клещи в сборе

2. Подготовка расчётной модели

Цель данного анализа состоит в оценке величины зева пневмоклещей при максимальном смещении поршня до упора в ограничительное кольцо пневмоцилиндра. Эта величина определяется линейным размером между внутренними гранями наконечников губок, который, согласно требованиям конструкторской документации, должен лежать в диапазоне 620 ± 3 мм.

В расчётной модели клещей можно отказаться от деталей и узлов, которые напрямую не влияют на размерную схему механизма: блока пневмоклапанов, рукоятки, крепёжных элементов, уплотнителей. Учитывая симметрию расчётной модели относительно горизонтальной плоскости, а также для большей наглядности будет рассмотрена половина конструкции (рис. 2).

Рис. 2. Расчётная модель механизма клещей в промежуточном состоянии

Рис. 3. Интерфейс CETOL 6σ в среде SOLIDWORKS

Исходные данные для размерного анализа частично содержатся в моделях деталей и сборок, а частично назначаются в среде CETOL. Номинальные значения размеров элементов (например, диаметры отверстий) и допусков (при их наличии) зачитываются из моделей деталей, а сопряжения транслируются из модели сборки. Непосредственно в CETOL определяется тип функции распределения для размеров, а также назначаются/редактируются размерные допуски и свойства сопряжений.

Создание размерной схемы расчётной модели начинается с определения состава деталей, участвующих в расчёте, затем они добавляются в дерево CETOL и там сортируются пользователем в соответствии с последовательностью виртуальной сборки механизма. Принимается, что процесс сборки клещей начинается с крышки корпуса, поэтому она является первой деталью в дереве. Отметим, что при добавлении деталей CETOL предлагает использовать принадлежащие им сопряжения концентричности и совпадения. Так, для пневмоцилиндра, связанного в корпусном узле с крышкой и кольцом-ограничителем, будут добавлены соответствующие сопряжения (рис. 4):

Рис. 4. Импорт сборочных сопряжений SOLIDWORKS в размерную схему CETOL

Рис. 5. Размерная схема пневмоцилиндра

Рис. 6. Соединение пневмоцилиндр-кольцо с ограничением осевого вращения

Рис. 7. Конечное состояние расчётной модели пневмоклещей

3. Результаты

Рис. 8. Результаты размерного анализа сборки

Рис. 9. Диаграмма распределения вероятности и диапазон решения методом «наихудшего случая»

Рис. 10. Диаграмма чувствительности размеров элементов модели

Рис. 11. Диаграмма вклада размеров модели в замыкающее звено (вероятностный метод)

Рис. 12. Диаграмма вклада размеров модели в замыкающее звено («наихудший случай»)

4. Заключение

В мире модуль CETOL 6σ широко применяется во многих известных компаниях, проектирующих и изготавливающих разнообразную продукцию, требующую точности, технологичности и, самое главное, ремонтопригодности. Основной причиной появления этих инструментов была именно взаимозаменяемость – достаточно вспомнить название типовой дисциплины в классической высшей школе: «Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения», где изучались методики, реализованные в CETOL в удобоваримом для современного молодого инженера виде.