ПРИМЕНЕНИЕ CAD/CAM/CAE-СИСТЕМЕ UNIGRAPHICS NX2 ПРИ РАСЧЕТЕ ВАЛА

Основными условиями которым должна отвечать конструкция вала, являются достаточная прочность, жесткость, обеспечивающая нормальную работу зацеплений и подшипников, технологичность конструкции и экономия материала.

На вал действуют четыре вида нагрузок:

1) собственный вес вала G;

2) сила F_t – окружная сила;

3) cила F_r – радиальная сила;

4) сила F_a – осевая сила;

Сила F_t, равна:

,

где Т – крутящий момент, кН.

, где

- угол наклона зубьев,

F_t = 23,35 кН, F_r = 73,7 кН, F_a = 23,25 кН.

Вал закрепляется в подшипниках, поэтому в качестве граничных условий выбираем заделку с одной степенью свободы, а, именно, возможность вращения относительно оси вращения.

Идеализируя геометрию вала, убираем все фаски скругления и зубчатое колесо представляем в виде цилиндра (рисунки 1, 2).

На основании вышеизложенного была составлена расчетная схема для определения максимальных напряжений, возникающих в вале под действием внешних сил.

Расчет производится в CAE-модуле системы Unigraphics – Structure. Чтобы добиться оптимального результата, требуемых показателей работы вала, необходимо создать и рассчитать различные «сценарии» (варианты) поведения изделия. Сценарии отличаются друг от друга геометрическими размерами модели. Создание сценария расчета состоит из нескольких этапов.

Рисунок 1 Модель вала до идеализации геометрии.

Рисунок 2 Модель вала после идеализации геометрии.

1) Выбор типа анализа (линейный статический, потеря устойчивости, модальный, температурный) и решателя (Structures P. E., NASTRAN, ANSYS, ABAQUS). Для расчета вала на прочность воспользуемся линейным статическим анализом, который используется при решении статических задач, и встроенным решателем Structures P. E. системы Unigraphics).

2) Идеализация геометрии.

3) Создание сетки конечных элементов. В системе Unigraphics предусмотрены специальные средства, позволяющие построить сетку конечных элементов на основе существующей геометрии. Идея метода конечных элементов заключается в замене сплошного тела системой плоских или объемных элементов конечных размеров, соединенных в узлах. Форма элементов выбирается в зависимости от формы тела в целом или отдельных его областей. Соединения в узлах могут быть жесткими, шарнирными, податливыми. В общем случае элементы могут иметь разную форму, разные размеры и даже разную мерность. Выделенный элемент обладает теми же физическими свойствами, что и среда в месте его расположения. Самые точные результаты дает применение сетки тетраэдральных элементов. Все выполненные построения ассоциативно связаны с моделью дуги, а потому при изменении параметров детали меняются автоматически.