CAPITOLUL 1. Generalități – Mecanisme de ridicat 1

CUPRINS
CAPITOLUL 1. Generalități – Mecanisme de ridicat 1
1.1 Clașificarea mașinilor de ridicat 2
1.2 Tipuri de mașini de ridicat 2
1.3 Impotanța cricului 3
CAPITOLUL 2. Calculul de proiectare a cricului mecanic 4
2.1 Șinteza dimenșională 6
2.2 Studiul cinetostatic al mecanismului șurub piuliță 7
2.3 Diagrama de forță și momente 9
2.4 Proiectarea cuplei șurub-piuliță 9
2.4.1 Alegerea materialelor pentru cupla șurub piuliță 10
2.4.2 Predimenșionarea filetului pentru cupla șurub piuliță. 10
2.4.3 Verificarea condiției de autofrânare 13
2.4.4 Verificarea spirelor filetului 14
2.4.5 Verificarea preliminară a porțiunii filetate a șurubului 15
2.4.6 Proiectarea celui de-al doilea reazem al șurubului principal 15
2.5 Proiectarea șistemului de acționare 16
2.6 Precizarea elementelor roții în zonă de contact clichet-roată de clichet 17
2.7 Proiectarea asamblării dintre clichet și manivelă 18
2.8 Proiectarea împingatorului cu arc 19
2.9 Proiectarea manivelei 22
2.10 Proiectarea șistemului de preluare-transmitere a forței de către piuliță 22
2.10.1 Precizarea solicitărilor 22
2.10.2 Dimensionarea piuliței 23
2.11 Proiectarea corpului 24
2.11.1 Proiectarea corpului 24
2.12 Evaluarea randamentului transmisiei 24
CAPITOLUL 3. Modelarea în SolidWorks 26
3.1 Modelarea pieselor 26
3.1.1 Piesa 1 26
3.1.2 Piesa 2 29
3.1.3 Piesa 3 33
3.1.4 Piesa 4 37
3.1.5 Piesa 5 39
3.2 Crearea ansamblului 40
CAPITOLUL 4. Întocmirea programului de simulare și a fișei tehnologice a prelucrării prin așchiere utilizând programul CATIA V5 44
4.1 Modelarea reperului 44
4.2 Prelucrarea piesei 47
4.2.1 Întocmirea programului de prelucrare 47
4.2.2 Întocmirea fișei tehnologice 51
CAPITOLUL 5. Analiza cu metoda elementelor finite 53
5.1 Analiza cu metoda elementelor finite utilizând SolidWork 53
CAPITOLUL 6. Concluzii 63
BIBLIOGRAFIE 70
CAPITOLUL 1. Generalități – Mecanisme de ridicat
Mecanismele de ridicat sunt instalații de ridicat de complexitate redusă, cu acțiune periodică și care în general au un șingur mecanism, cel de ridicare, dintre care se pot aminti: cricuri cu cremalieră, cu șurub, hidraulice; palane manuale și electropalane; platforme ridicătoare manuale; vinciuri.
Deplasează sarcini între două puncte în spațiu, pe verticală sau combinat pe orizontală și pe verticală, cu ajutorul unei instalații prevăzută cu un mecanism special de ridicare.
Mecanismele de ridicat sunt caracterizate prîngreutate proprie și gabarit redus, ceea ce permite o deplasare ușoară de la un loc de muncă la altul.
1.1 Clașificarea mașinilor de ridicat
Clașificarea mașinilor de ridicat
a) După ciclul de lucru se împart în:
mașini cu acțiune sau funcționare continuă;
mașini cu acțiune sau funcționare discontinuă.
b) După modul de acționare se împart în:
mașini cu acțiune mecanică asupra produsului;
mașini cu acțiune hidraulică;
mașini cu acțiune pneumatică;
mașini cu acțiune electrică.
c) După gradul de automatizare se împart în:
mașini fără elemente de automatizare;
mașini și utilaje semiautomate;
mașini și utilaje automate.
d) După numărul de operațiuni executate se împart în:
mașini individuale (care execută o șingură operațiune);
mașini complexe (care execută operațiuni complexe).
1.2 Tipuri de mașini de ridicat
Tipuri de mașini de ridicat
palane (scripeți) ;
poduri rulante;
macarale;
ascensoare;
cricuri;
troli.
1.3 Impotanța cricului
Importanța cricului auto este unanim recunoscută. Dînacest motiv, toți producătorii de autoturisme livrează mașina cu asemenea dispozitiv. Termenul de utilizare al acestuia este nelimitat, în condiții normale de păstrare.


Figura 1.1 Cric auto mecanic
Cricul este un obiect utilizat pentru ridicarea anumitor obiecte și poate fi mecanic sau hidraulic.
Cricul auto se folosește, de regulă, pentru înlocuirea unei roți a autoturismului cu roata de rezervă și nu se utilizeaza pentru efectuarea de reparații sub autoturism.
Alegerea unui cric se face potrivit specificațiilor tehnice ale acestuia. Astfel, înaltimea lui inițiala trebuie să fie mai mică decât garda la sol a autoturismului, cursa (plaja) de ridicare sa fie suficientă, șistemul de prindere să se potrivească modelului de caroserie, talpa să ofere stabilitate mare, acționarea levierului să fie șimplă. Pentru a facilita alegerea cricului, anumiți producători menționează pe ambalaj modelele de autoturisme pentru care acestea se potrivesc.
CAPITOLUL 2. Calculul de proiectare a cricului mecanic
În acest capitol este prezentat calculul de proiectare a unui șistem mecanic cu șurub de mișcare (cric cu pârghii) cu următoarele caracteristici:
forța utilă F=7000 N
cursa utilă H=350 mm
diametrul cupei D=150 mm
Șistemul tehnic are schema cinematică de mai jos:


Figura 2.1 Schema cinematică a cricului mecanic
Transmișia șurub piuliță, alcătuită dintr-un șurub și o piuliță aflate în mișcare relative în timpul funcționării, realizează transmiterea și transformarea mișcării și a forței. Cu aceste funcții transmișia șurub piuliță se întâlnește frecvent în construcția unor mașini șimple cum sunt cricurile și presele manuale, în construcția mașinilor unelte , a unor dispozitive de lucru, a unor aparate de măsură.
Avantajele foloșirii transmișiei șurub-piuliță sunt: construcția și execuția relativ șimplă, precizia bună, funcționarea fără zgomot, gabarit redus, poșibilitatea transmiterii unor forțe relative mari.
Dezavantajul principal al acestei transmișii îl constituie existența unor frecări importante în spirele filetelor, care determină randamente mici, uzuri mari ce conduc în timp la jocuri mari și în consecință viteze de lucru limitate. Acest neajuns este în parte eliminat de transmișia cu bile („a șuruburile cu bile”) la care frecarea de alunecare este înlocuită cu frecarea de rostogolire.
2.1 Șinteza dimenșională
Șinteza dimenșională are ca obiectiv principal determinarea lungimii parghiilor:
Hmîn– înălțimea minimă sub sarcină și H – cursa,
Hmînși Hmax – înălțimea maximă sub sarcină.
lp –lungimea unei pârghii
(hi + hs)=∆
Trebuie determinate patru necunoscute: lp, αmîn, αmax și ∆.
Se pot scrie două ecuații:

(1)
sau

(2)
Pentru soluționarea problemei trebuie introduse încă două condiții (ecuații). Se pot impune urmatoarele mărimi:
αmînși αmax
αmînși ∆







2.2 Studiul cinetostatic al mecanismului șurub piuliță

- formula pentru studiul mobilității mecanismelor plane unde:
m – numărul de elemente mobile

- numărul cuplelor de clasa 5

- numărul cuplelor de clasa 4
k-clasa cuplului
Pentru mecanismul șurub piuliță:
m=7
k=5 –cupla șurub piuliță de clasa


=10
M=21-20=1 – mecanismul șurub piuliță dînstructura cric cu pârghii este un mecanism static determinat, desmodrom având ca element conducător șurubul.



(3)




(4)






(5)

;










2.3 Diagrama de forță și momente
Pentru a pune în evidență tipul solicitărilor care se produc, se construiește diagrama de eforturi.
Cerințe importante:
transmiterea și transformarea mișcarii și a forței;
rezistență corpului (tijei) șurubului;
rezistența spirelor filetului șurubului și piuliței;
așigurarea condiției de autofrânare.


2.4 Proiectarea cuplei șurub-piuliță
2.4.1 Alegerea materialelor pentru cupla șurub piuliță
Cupla șurub piuliță este o cuplă de frecare ceea ce înseamnă că materialele trebuie să aibă proprietăți antifricțiune.
Șurubul se va executa dînOLC45 deoarece uzarea este mai mare decât solicitarea.
Piulița se va realiza dînCuAl9(10)Fe3 deoarece aliajele cupru aluminiu au rezistență mecanică ridicată, coeficienți mici de frecare pe oțel, rezistență mare la frecare și la coroziune.
2.4.2 Predimenșionarea filetului pentru cupla șurub piuliță.
Alegerea tipului filetului și a dimenșiunilor standardizate.
Necunoscutele care tebuiesc determinate:
tipul filetului
mărimea filetului
numărul de spire în contact
a) Tipul filetului
Filetul trebuie să fie de tip trapezoidal datorită rezistenței și rigidității, randamentului, cu circa 4-5% mai mică decât filetul pătrat.
Permite eliminarea jocului axial rezultat în urma uzării.
Alegerea filetului se face în funcție de:
Caracterul sarcinii
Mărimea sarcinii
Direcția și sensul sarcinii
Destinația și condiția de lucru
b) Mărimea filetului
Predimenșionarea filetului se face dîncondiția de rezistență a șurubului la solicitarea compusă

(6)

(7)
Unde:

– forța care acționează asupra șurubului

>1 – coeficientul ce ține cont de răsucire

- diametrul interior al filetului șurubului
Alegem
=1.2

- limita de curgere

- tenșiunea admișibilă la compreșiune (tracțiune)

=1.2
3 alegem
=2

=
=430





=




- forța de calcul


Conform STAS2114/3-75 :
>11
Diametrul nominal al filetului

Diametrul nominal mediu

Pasul
mm
Diametrul nominal exterior al filetului interior

Diametrul nominal interior al filetului exterior

Diametrul nominal interior al filetului interior

Abaterile fundamentale și toleranțele vor fi:
Diametrul exterior

Filet exterior
Tr 20×4 – 8e: Diametrul mediu

Diametrul interior

Diametrul interior

Filet interior
Tr 20×4 – 8H:
Pasul p=4
Filet trapezoidal Tr20x4,lg de înșurubare 100 mm condiții de execuție obișnuite
Clasa de execuție mijlocie
Lg de înșurubare – lg(L)
Se vor foloși tr. de precizie

c) Determinarea numărului de spire în contact
Z = numărul de spire necesare a fi în contact

(8)
unde
=preșiunea admișibilă de strivire între spire
alegem
13094 N

=13MPa

spire; (aproximativ 9 spire)
Z=9
2.4.3 Verificarea condiției de autofrânare
Filetele așigură autofrânarea atunci cand unghiul de înclinare al filetului,
este mai mic decât unghiul de frecare redus
,


(9)

unde :
=unghiul profilului filetului

=coeficientul de frecare
filet trapezoidal





condiția de autofrânare este satisfăcută
2.4.4 Verificarea spirelor filetului
Spira filetului este solicitata la încovoiere și forfecare
Încovoiere:


(10)

(11)

(12)

(13)




Forfecare:

(14)

coeficient de contracție





(15)





spira filetului piuliței verifică condiția de rezistența.
2.4.5 Verificarea preliminară a porțiunii filetate a șurubului
Solicitare compusă

- momentul de înșurubare

(16)






filetul rezistă la solicitare compusă (compreșiune și răsucire)
2.4.6 Proiectarea celui de-al doilea reazem al șurubului principal
Pentru un cric auto cu pârghii, cel de-al doilea reazem al șurubului principal este un lagăr axial cu rostogolire.

(17)
Se alege un rulment radial-axial cu bile pe un rând clasa 1, de utilizare STAS 7416-86









momentul de frecare în rulment
2.5 Proiectarea șistemului de acționare
S-a ales acționarea printr-un dispozitiv cu clichet. Roata de clichet se va confecționa dînOL50.
Asamblarea dintre roată de clichet și elementul care se montează: se alege asamblarea cu pană paralelă.


DînAnexa A5 în funcție de D

Pana A 6x6x15 STAS 1004-81


,alegem

Lungimea de calcul necesară penei




Alegem o pana de forma A
(lățimea minimă necesară pentru roata de clichet în zona de asamblare cu șurubul sau piulița).


2.6 Precizarea elementelor roții în zonă de contact clichet-roată de clichet
Alegem profilul dinților dreptunghiular pentru că permite o inversare mai rapidă a sensului de rotație prînmutarea clichetului în poziția șimetrică. Împingătorul cu arc al clichetului orizontal și formă șimetrică a clichetului vertical fac poșibil acest lucru.
Se stabilesc numărul de dinți și dimenșiunile acestora
Se alege


dinți pentru
(diametrul mediu al danturii)
Se calculează diametrul exterior
pentru h=0.25
,unde
- pasul pe cercul exterior.




Se calculează înaltimea h și lațimea b=0.4



Se determină lățimea necesară minimă roții de clichet la contactul cu clichetul
Solicitări: încovoiere și strivire
Încovoiere

(18)

(19)
unde


Strivire

(20)
unde


Alegem B=4,2mm lățimea roții de clichet.
2.7 Proiectarea asamblării dintre clichet și manivelă
Asamblarea dintre clichet și manivelă se realizează printr-o articulație, cu ajutorul unui bolț cilindric cu cap.
Materialul bolțului: OL50. Solicitări: forfecare și strivire
Forfecare


Se alege dînSTAS db=4 mm și Db=6 mm
Strivire


Se ia B= 14 mm.
Lungimea minimă de contact dintre bolț și manivelă


2.8 Proiectarea împingatorului cu arc
Împingatorul cu arc are rolul de a așigura refacerea rapidă și șigură a contactului dintre clichet și dinții roții. Rigiditatea arcului trebuie să fie mică:
d – diametrul sâțrmei (standardizat)

– diametrul mediu de înfășurare
n – numărul de spire

- forța de prestângere

– sageata la montaj
Proiectam un împingator cu arc dînOLC55A

sageata la montaj





pentru oțel
G – modulul de elasticitate transversal

, B – lățimea clichetului

, i – indicele arcului
Tenșiunile dînarc

n – nu prea mare dînmotive de gabarit


Standardizăm sârma RR1 STAS 893-89
Recalculăm
pentru d standardizat d=1mm


Se determină numărul de spire active

spire active
Recalculăm rigiditatea arcului


Se verifică tenșiunea dînarc corespunzătoare săgeții maxime

, unde


arcul rezistă
Se recalculează forța de prestrângere la montaj


Numărul total de spire
, unde
pentru arc cu capete închise prelucrate

spire
Pasul arcului
jocul dintre spire în stare încărcată


Înalțimea arcului în stare liberă


Diametrul exterior al arcului


Unghiul de înclinare al spirelor


Lungimea sârmei


2.9 Proiectarea manivelei
Manivela susține roata de clichet, clichetul, bolțul și împingătorul cu arc. Se determină raza Ra la care trebuie aplicată forța muncitorului.

(21)
unde



2.10 Proiectarea șistemului de preluare-transmitere a forței de către piuliță
Avem în vedere următoarele:
precizarea solicitărilor
dimenșionarea piuliței
2.10.1 Precizarea solicitărilor
Forțele care acționează pe elementele mecanismului sunt variabile, funcție de unghiul
. Valoarea maximă a forțelor care acționează asupra pârghiilor 6, cât și asupra piuliței și șurubului cricului se ating în poziția cea mai de jos a cricului, pentru
.

(22)

(23)

-înalțimea piuliței

-estimează teșiturile filetului piuliței
Fusurile piuliței sunt solicitate la încovoiere, forfecare și strivire de către forțele
și de către forțele provenite ca reacțiune la tendința de rotire a piuliței cu momentul de înșurubare
.
2.10.2 Dimensionarea piuliței

,














Se adoptă





Dimensiunile piuliței sunt:


2.11 Proiectarea corpului
2.11.1 Proiectarea corpului
a) proiectarea articulațiilor dintre pârghii-cupă și pârghii-talpă
b) proiectarea parghiilor
Trebuiesc proiectate: ansamblul care preia greutatea (“cupa”), elemental de așezare pe sol (talpă) și lățimea, bp, pârghiilor.
2.12 Evaluarea randamentului transmisiei
În proiectarea unei mașini simple de tipul unui cric, a unei prese sau a unui dispozitiv de lucru similar, randamentul constituie un criteriu de evaluare tehnico-economic.
Conform definiției cunoscute :

(24)
Lu- lucru mecanic util, corespunzător unei rotații complete a elementului de antrenare și este dat de deplasarea sarcinii F pe o distanță δ.

(25)
Deoarece cricul studiat prezintă doar o singura cupla șurub-piuliță orientate pe direcția deplasării sarcinii se consideră
.
p- pasul filetului.
Lc- lucru mecanic consumat, corespunzator unei rotații complete a elementului de antrenare se estimează pe baza momentului total, Mtot, din diagramele de eforturi.

(26)
CAPITOLUL 3. Modelarea în SolidWorks
3.1 Modelarea pieselor
În ceea ce urmează sunt expuse etapele modelării pieselor necesare în formarea ansamblului.
3.1.1 Piesa 1


Figura 3.1 Schița de bază


Figura 3.2 Operația de extrudare


Figura 3.3 Operația de extrudare


Figura 3.4 Oprația „Mirror”


Figura 3.5 Operația de extrudare


Figura 3.6 Operația Extruded Cut


Figura 3.7 Operația de rotunjire – Fillet


Figura 3.8 Operația de extrudare


Figura 3.9 Piesa finală
3.1.2 Piesa 2


Figura 3.10 Schița de bază


Figura 3.11 Operația de extrudare


Figura 3.12 Operația de extrudare


Figura 3.13 Operația „Mirror”


Figura 3.14 Operația de extrudare


Figura 3.15 Operația Extruded Cut


Figura 3.16 Operația Extruded Cut


Figura 3.17 Operația Sweep – Realizarea filetului


Figura 3.18 Operația Chamfer – Teșire


Figura 3.19 Operația Chamfer – Teșire

Figura 3.20 Operația Rotunjire – Fillet


Figura 3.21 Operația Rotunjire – Fillet


Figura 3.22 Piesa finală
3.1.3 Piesa 3


Figura 3.23 Schița de bază


Figura 3.24 Operația de extrudare


Figura 3.25 Operația Sweep – Realizarea filetului


Figura 3.26 Operația Chamfer – Teșire


Figura 3.27 Operația de extrudare


Figura 3.28 Operația de extrudare


Figura 3.29 Operația Extruded Cut


Figura 3.30 Operația de Rotunjire – Fillet


Figura 3.31 Operația de Rotunjire – Fillet


Figura 3.32 Operația de Rotunjire – Fillet


Figura 3.33 Piesa finală
3.1.4 Piesa 4


Figura 3.34 Schița de bază


Figura 3.35 Operația de extrudare


Figura 3.36 Operația de extrudare


Figura 3.37 Operația de rotunjire – Fillet


Figura 3.38 Piesa finală
3.1.5 Piesa 5


Figura 3.39 Schița de bază


Figura 3.40 Operația Rovolved


Figura 3.41 Operația de extrudare


Figura 3.42Operația „Mirror”


Figura 3.43 Piesa finală
3.2 Crearea ansamblului
Un ansamblu poate conține componente proiectate anterior sau care se proiectează în cadrul ansamblului.
Adăugarea unor componente într-un ansamblu
Când se deplasează un component într-un ansamblu, fișierul componentului este legat de fișierul ansamblului. Componentul apare în ansamblu, însă datele componentului rămân în fi șierul sursă al piesei. Orice modificare făcută în fișierul componentului va fi actualizată în ansamblu și invers.
Pentru a fixa un component în arborele Feature Manager se face click-dreapta pe iconul componentului și se selectează FIX. Pentru a permite deplasarea unui component se selectează FLOAT.


Figura 3.44 Fixarea unui part (cu butonul Fix)


Figura 3.45 Eliberarea unui part (cu butonul Float)
În acest domeniu, SolidWorks permite utilizatorilor să definească și să organizeze structurile ansamblului. Proiectarea ansamblului a devenit un mediu foarte productiv pentru proiectarea și desenarea pieselor în context.


Figura 3.46 Constrângeri Standard


Figura 3.47 Constrângeri mecanice


Figura 3.48 Ansamblu final
CAPITOLUL 4. Întocmirea programului de simulare și a fișei tehnologice a prelucrării prin așchiere utilizând programul CATIA V5
4.1 Modelarea reperului
Etapele urmate în procesul de modelare foloșind programul Catia V5


Figura 4.1 Schița de bază


Figura 4.2 Operația de extrudare – Pad


Figura 4.3 Schița necesară operației de decupare – Pocket

Figura 4.4 Pocket


Figura 4.5 Schița necesară operației de decupare – Pocket


Figura 4.6 Schița necesară operației de găurire – Hole


Figura 4.7 Piesa găurită


Figura 4.8 Piesa rotunjită
4.2 Prelucrarea piesei
4.2.1 Întocmirea programului de prelucrare
Catia, poate fi utilizată și pentru fabricarea reperelor proiectate. Dacă în cazul strunjirii utilitatea acesteia este de multe ori discutabilă, programarea strungurilor cu comandă numerică fiind o sarcină banală, mai ales în contextul utilizării ciclurilor de degrosare ale acestora, în cazul frezării lucrurile stau cu totul altfel. Așa cum se va vedea în continuare, programele centrelor de prelucrare prin frezare în cazul realizării unor repere mărginite de suprafețe complexe ating dimensiuni impresionante (milioane de caractere) .
În arborele de definire a reperului va apărea o nouă intrare, Body.2.


Figura 4.9 Corpul reperului
Noul element este implicit și cel curent, deci elementele care vor fi adăugare în continuare vor fi generate în acesta.
Se crează un bloc geometric prismatic pornind de la o schiță realizată pe fața de jos a modelului inițial. Pentru realizarea schiței se vor proiecta în planul de schițare cele 4 laturi ale reperului.


Figura 4.10 Definirea schiței de bază a semifabricatului


Figura 4.11 Semifabricatului
În vederea pregătirii aplicației pentru definirea prelucrărilor se va selecta cu un dublu clic intrarea Part Operation.1 din arborele ProcessList și se vor parcurge pașii următori:
Se selectează tipul de mașină-unealtă (3-Axis Machine):



Figura 4.12 Tipul de mașină-unealtă
Se indică originea piesei și orientarea axelor Ox și Oz:



Figura 4.13 Originea piesei și orientarea axelor
În exemplul considerat direcțiile implicite ale axelor Ox și Oz sunt corecte. Dacă direcțiile sau sensurile ar fi fost eronate trebuiau selectate succesiv pe figura afișată cele două axe (X respectiv Z) după care trebuiau selectate suprafețe plane sau muchii rectilinii. În cazul selectării unei suprafețe plane, axa considerată va fi orientată perpendicular pe aceasta.



Figura 4.14 Orientarea axelor
Se indică obiectele de prelucrat (unul sau mai multe obiecte de tip Body)



Figura 4.15 Selectarea obiectului prelucrat
În cazul dat se selectează din arborele structural PartBody și se indică încheierea procesului de selectare cu un dublu-clic.
În exemplul dat semifabricatul este Body.2. Ca și în cazul selectării obiectelor de prelucrat, încheierea selectării obiectelor care compun semifabricatul de pornire se realizaează cu un dublu-clic, revenindu-se la fereastra Part Operation.


Figura 4.16 Fereastra Part Operation
Aceasta permite definirea multor alte elemente, dar în cazul prelucrării pe mașini având 3 axe comandate numeric elementele deja impuse sunt suficiente.
4.2.2 Întocmirea fișei tehnologice


Figura 4.17 Semifabricatul


Figura 4.18 Reperul final


Figura 4.19 Succesiunea operațiilor
Codul CNC de prelucrare prînașchiere elaborat utilizând programul CATIA V5 se regăsește în ANEXA 1.
CAPITOLUL 5. Analiza cu metoda elementelor finite
5.1 Analiza cu metoda elementelor finite utilizând SolidWork
Pentru analiza statică utilizand programul SolidWorks s-au desfășurat următoarele operații


Figura 5.1 Modulul „Simulation”


Figura 5.2 Creare unui nou studiu static- Crate New Study/ Static


Figura 5.3 Definirea materialului – Apply material


Figura 5.4 Biblioteca de materiale
Fixture name
Fixture Image
Fixture Details

Fixed-1


Entities:
4 face(s)

Type:
Fixed Geometry



Resultant Forces
Components
X
Y
Z
Resultant

Reaction force(N)
-21049.9
0.154922
0.0875561
21049.9

Reaction Moment(N·m)
0
0
0
0






Figura 5.5 Definirea condițiilor la limită


Figura 5.6 Definirea constrângerilor
Load name
Load Image
Load Details

Gravity-1


Reference:
Right Plane

Values:
0 0 9.81

Units:
SI



Force-1


Entities:
3 face(s)

Type:
Apply normal force

Value:
7000 N






Figura 5.7 Definirea accelerației gravitaționale


Figura 5.8 Definirea încărcării


Figura 5.9 Aplicarea forței uniform distribuite – F= 7000N


Figura 5.10 Definirea discretizării – Mesh



Figura 5.11 Caracteristicile discretizării – Mesh Details
Total Nodes
96424

Total Elements
64059

Maximum Aspect Ratio
4.3002

% of elements with Aspect Ratio < 3 99.9  % of elements with Aspect Ratio > 10
0

% of distorted elements(Jacobian)
0

Time to complete mesh(hh;mm;ss):
00:00:03

Computer name:








Figura 5.12 Discretizarea


Figura 5.13 Rezolvarea – Comanda „Run”


Figura 5.14 Elaborarea raportului de lucru – „Report”


Figura 5.15 Salvarea raportului
Rezultatele obțiune în urma analizei utilizând SolidWorks Simulation


Figura 5.16 Tensiuni Echivalente Von-Misses


Figura 5.17 Deplasări


Figura 5.18 Deformația elastică echivalentă
Study Results
Name
Type
Min
Max

Stress1
VON: von Mises Stress
25052.3 N/m^2
Node: 13605
2.25309e+007 N/m^2
Node: 13894



Part1-Study-Stress-Stress1


Name
Type
Min
Max

Displacement1
URES: Resultant Displacement
0 mm
Node: 383
0.00333861 mm
Node: 17870



Part1-Study-Displacement-Displacement1


Name
Type
Min
Max

Strain1
ESTRN: Equivalent Strain
6.12603e-007
Element: 17045
8.00367e-005
Element: 10324



Part11-Study-Strain-Strain1




CAPITOLUL 6. Concluzii
În ultimii 10 ani se estimează că aproximativ 100.000 de proiectanți din întreaga lume și-au schimbat modul de abordare a procesului de proiectare, trecând de la sistemele de proiectare 2D la proiectarea 3D, utilizând programele de modelare solidă. Unii specialiști apreciază că doar după anul 2000 soft-urile de modelare 3D, existente astăzi pe piață și care sunt dedicate păturii largi de utilizatori, se vor maturiza.
Datorită creșterii concurenței și a nevoii de a îmbunătății productivitatea procesului de proiectare, multe firme au trecut la procesul de proiectare 3D, în ultimii 2 ani mai multe decât în primii 10 ani de când acest proces a devenit poșibil.
Noul sistem de operare, având la bază nucleul Windows NT, a permis dezvoltarea nucleelor pentru programele de modelare de astăzi. Astăzi, proiectanții sunt în fața acelorași întrebări ca și predecesorii lor de acum 10 ani, când intrau pe piață primele programe de proiectare asistată, și anume dacă este necesară, dacă îmbunătățește cu adevărat procesul de proiectare și dacă nu cumva este o modă sau doar o afacere.
Să vedem deci câteva avantaje ale modelării solide:
O vizualizare mai bună.
Una dintre diferențele majore dintre modelarea solidă 3D și desenare 2D este crearea modelului tridimenșional cu o precizie desăvârșită. Datorită șistemelor existente la ora actuală pe piață la prețuri acceptabile, aceste modele pot fi vizualizate, analizate și modificate ca și cum ar fi obiecte reale.
Pentru mulți proiectanți, este un mare câștig de a-și putea exprima concepțiile și ideile față de un model real. Proiectanții gândesc tridimenșional, pe când a încerca de a reproduce model 3D mental în 2D devine dificil.
Prin îmbunătățirea capacității de a vizualiza proiectul, este de asemenea un avantaj. Un ansamblu poate fi ușor explodat în elemente și se poate crea o imagine foarte clară a ceea ce va fi viitorul produs.
Nu în ultimul rând, prezentările de piață sau publicațiile într-o prezentare foto-realistă pot crea o impresie foarte bună și, de asemenea, sunt foarte ușor de înțeles.
Crearea automată a desenelor de execuție
Poate să pară ciudat, dar un mare avantaj este posibilitatea de a extrage automat vederile necesare reprezentării 2D a produsului, reprezentare necesară procesului de fabricație. Aceasta se realizează ușor și repede, toate programele de modelare au astfel de facilități.
Chiar și pentru un simplu produs, crearea vederilor 2D după un solid este mai rapidă decât în desenarea tradițională. Nu trebuie uitat că prezentările isometrice pot lua ore întregi până să fie create, ori cu instrumentele de modelare, acestea se realizează foarte rapid. Dacă mai vorbim și despre secțiuni și vederi explodate, atunci ne vom convinge că modelarea 3D este productivă.
Desenarea este mai rapidă pe un model 3D, 3 vederi pot fi create cu până la 75% mai puțini pași și de peste 3 de ori mai repede în comparație cu proiectarea tradițională 2D.
Modificări și revizii
Un mare avantaj al modelării solide îl constituie posibilitatea de a opera modificări direct pe modelul 3D și/sau pe structura sa, modelul modificându-se corespunzător. Acest lucru este deosebit de apreciat de către proiectanți, care în etapa lor de creație vor modifica un produs în concordanță cu cerințele tehnice și tehnologice.
Posibilitățile de parametrizare ne permit să modificăm o cotă, să creăm legături logice între elementele care definesc un produs, prînasta spunem că elementele sunt inteligente, astfel încât procesul de revizie să devină extrem de ușor.
Asociativitatea bi-direcțională între modelul 3D și desenele și vederile 2D create îmbunătățesc considerabil procesul de proiectare, cu precădere atunci când acesta se află în faza de elaborare, dar și faza finală când o singură modificare poate afecta mai multe vederi.
Integrarea cu alte aplicații
Modelul 3D conține mai multe date utile proiectanților decât un desen 2D, și asta are ca efect poșibilitatea de a fi integrate în alte programe specializate pe un anumit domeniu. Aceste programe pot, la rândul lor, fi de ajutor în analiza specifică unui proces, dar pot fi mai departe surse pentru execuția acelui produs.
Aceste programe specializate sunt create în concordanță cu anumite standarde prîncare pierderea de date să fie extrem de mică sau chiar deloc, așa cum este în cazul programelor integrate.
Reducerea ciclului de producție
Modelarea solidă a creat multor utilizatori beneficii prin reducerea drastică a timpului de execuție. Să ne gândim doar la faptul că un produs nou, în concepția CAD, este un produs virtual, al cărei execuție poate fi simulată. Când ne gândim la execuție, ne referim la operații cum sunt: turnarea, forjarea, matrițarea, injecția, sudarea sau tăierea, frezare, strunjire, găurire, electroeroziune etc. Tot din clasa simulărilor, dar de data aceasta ne referim la analiza produsului, vom înțelege: analiză dinamică, statică și cinematică, magnetică, termică. Dacă în procesele de simulare intervin probleme, produsul urmează să suporte modificări după care din nou simulare. Această simulare nu este un lucru atât de simplu pe cât pare, întrucât pentru a avea certitudinea unor rezultate cât mai apropiate de realitate, este nevoie ca programele să descrie matematic foarte bine procesul.
CATIA, soluția tehnică dedicată dezvoltării produselor, susține întregul proces, din faza de concept, până la cea de producție. Numeroasele procese industriale și metode de lucru specifice, pot fi îmbunătățite prin vizualizarea virtuală a ciclului de viață al produsului. Vizualizarea 3D oferă avantaje nenumărate și acoperă toate etapele dezvoltării unui produs, de la concept, până la mentenanța produsului final.
Modelarea cu metoda elementelor finite a sistemelor mecanice, utilzând soft-ul CATIA V5 sau versiuni evoluate (soft care este utilizat pentru modelarea elementelor, subansamblelor și structurilor dînprezenta lucrare), este caracterizată de o serie de avantaje care se refera, în principal, la:
modelarea unor domenii cu geometrie complexă;
modelarea ansamblelor și subansamblelor;
flexibilitate;
modelarea unor categorii relativ mari de materiale existente în biblioteca soft-ului;
modelarea materialelor cu comportare neliniara;
modelarea domeniilor unidimensionale, bidimensionale și tridimensionale;
modelarea legăturilor fixe și mobile dintre elementele componente ale ansamblelor și subansamblelor;
modelarea legăturilor cu bază (partea fixă);
modelarea încarcărilor de tip: forte concentrate sau distribuite; momente; accelerații;
mase concentrate sau distribuite; deplasări impuse; accelerații; temperaturi;
posibilitatea verificării întocmirii corecte a modelului;
posibilități de analiză statică, a modurilor și frecvențelor proprii de vibrație și de analiză termică;
viteze relativ mari de analiză a modelului;
posibiltăți de vizualizare a rezultatelor sub formă de: câmpuri de valori în codul culorilor; stări deformate și animate; liste de valori; grafice.
SolidWorks este un pachet de programe de modelare geometrică tridimensionala (3D) produs de firma SolidWorks Corporation dînStatele Unite și este destinat în principal automatizării proiectarii mecanice. Lucreaza sub mediul Windows și beneficiază de interfață grafică a acestuia.
Conceput pe o arhitectură extrem de simplă, fiabilă și prietenoasă, SolidWorks cuprinde toate facilitățile majore ale unui pachet de programe pentru proiectarea asistată de calculator. Dispune de un nucleu geometric propriu, având modulul de desenare integrat. Strategia de modelare are ca punct de pornire proiectarea bazată pe caracteristicile constructiv-tehnologice ale reperelor, continuând cu realizarea ansamblurilor, cotarea funcțională și generarea semi-automată a desenelor de execuție. Principalele caracteristici ale softului sunt următoarele:
abilitatea de a identifica, modifica și comunica intentia de proiectare de-a lungul întregului proces de construcție. Acest lucru este posibil datorită modulului de modelare structurat ierarhic care înregistreaza procesul de constructie într-un mod transparent și accesibil, facilitând în orice moment modificarea dimensiunilor, relațiilor și a geometriei piesei;
facilitățile de modelare a ansamblurilor permit stabilirea de suprafețe de referință pentru montaj, introducerea constrângerilor geometrice ca baza de poziționare a componențelor, reprezentarea desfășurata a ansamblului, detectarea zonelor de interferență între componente și modificarea pieselor în context. Ansamblurile pot fi reorganizate pe nivele de subansamble prin utilizarea modului „Feature Manager Tree”. De asemenea, sunt incluse posibilități de identificare și definire automată a relațiilor de asamblare și a suprafețelor conjugate, precum și analiza variantelor posibile de asamblare cu ajutorul modulului „Assembley Configurations”;
generarea rapidă, direct din modelul tridimensional, a documentației 2D formată din vederi, secțiuni, detalii cote, toleranțe, elemente de text, tabel de componență și liste de materiale. Documentația este într-o corespondență permanentă cu modelul geometric, astfel încât orice modificare operată în model se reflecta automat în documentația 2D; în domeniul modelării suprafețelor, poate genera forme complexe;
realizează importul și exportul pentru fișiere de tip IGES, STEP, DXF, VRML, STL.
SolidWorks utilizează metoda generării corpurilor solide prin caracteristici, una dintre cele mai utilizate tehnici de modelare a corpurilor 3D. Se pornește de la un contur desenat în 2D, din care se generează blocul grafic de construcție de baza. Un bloc grafic de construcție este o formă de bază căreia i se aplică caracteristicile constructiv-tehnologice. Blocurile sunt de două tipuri: cu geometrie implicită (teșituri, racordări, rotunjiri) și cu geometrie explicita (elementul de bază fiind forma secțiunii). Blocurile grafice de construcție cu geometrie explicită definesc forma de bază a piesei, care se obține întotdeauna prînadăugare de material. Un astfel de bloc se creeaza prîn extrudarea sau rotirea în jurul unei axe a unei secțiuni. Se pot de asemenea crea secțiuni orientate care se utilizează pentru generarea suprafețelor sau a corpurilor solide. După realizarea formei de bază a piesei urmează crearea celorlalte blocuri grafice de construcție, care pot fi de tipul adăugare sau înlăturare de material. Acestea se leagă de forma de bază, după o structură arboreșcentă și apoi se adaugă celelalte elemente de construcție necesare finalizării modelului. Operațiile principale prîncare se realizează elementul de bază sunt extrudarea (pentru corpuri prismatice) și rotația unui contur în jurul unei axe (pentru corpuri de revolutie).
SolidWorks pastrează istoria etapelor de creare a pieselor din elemente, precum și relațiile și regulile cărora li se supun acestea. Datorită acestui fapt, geometria piesei poate fi modificată prin schimbarea valorii dimensiunilor, a caracteristicilor, a primitivelor sau a secțiunilor care au fost utilizate în crearea piesei. Aceasta se realizeaza pe baza geometriei variaționale, prin rezolvarea ecuațiilor după ce s-au efectuat modificări asupra dimensiunilor sau constrângerilor.
Modelarea bazată pe caracteristici ușureaza crearea și modificarea modelului piesei. Acest tip de modelare apropie procesul de modelare geometrică de procesul tehnologic. În acest fel, modelarea devine parametrizată, iar proiectantul își poate defini, pe lânga caracteristicile existente, altele noi care se stochează în baza de date comuna.
SolidWorks oferă capabilități multiple în domeniul ingineriei. Interfața ușor de utilizat și deosebit de intuitivă îl menține în fruntea topului programelor de proiectare 3D.
Avantajele proiectării utilizând SolidWorks:
implementarea pe platforme PC;
scurtarea ciclului de fabricație al produselor prin eliminarea erorilor de proiectare utilizând simularea și verificarea coliziunilor și interferențelor între piese;
proiectarea pieselor 3D în contextul ansamblului („top-down assembly deșign”), cu referințe ale modelului față de piesele deja existențe, posibilitatea modificării cotelor în desenul de execuție cu actualizarea modificărilor în modelul 3D (asociativitate între desenele 2D și modelele 3D);
managementul ansamblelor mari;
funcții inteligente;
analiză cu element finit și șimulare inclusă, etc.
BIBLIOGRAFIE