Пространственный размерный анализ с использованием подмногообразий конфигурационных пространств

1. Базам;
2. Элементам начала координат для каждого допуска;
3. Остальной части элементов.
3. Список упорядоченных допусков;

Порядок основан на типе управления каждого допуска. Допуски упорядочивают от наименьшего количества степеней свободы к большему по:

1. Форме;
2. Размеру — допуск на размер (ширина, радиус и диаметр) управляют размером элемента;
3. Ориентации — включает отклонение в величину допуска. Она также включает положительные/отрицательные и симметричные допуски;
4. Расположению — включает отклонение в величину допуска. Она также включает положительные/отрицательные и симметричные допуски;
4. Симуляция допусков;

Каждый допуск проходит симуляцию в соответствии с параметрами заданным к этому допуску:

• Положение;
• Ориентация;
• Форма.

Каждое значение принимает или максимальное или минимальное значение, заданное допуском в Extrime Distribution (Предельной симуляции) или любым значением в пределах диапазона для Normal Distribution (Cимуляци Монте-Карло).

5. Модификация элементов;

Однажды определенные для симуляции значения задания расположения, ориентации и формы применяются к элементу.

6. Симуляция;

Каждый элемент симуляции, основан на допусках, которые применялись к нему, следуя правилам, которые описаны ранее. В конце процесса, "разработанный" компонент преобразуется в компонент "симуляции".

Все компоненты симуляции собираются вместе, согласно заданным условиям сопряжения. Каждый элемент симуляции "от" соответствует заданному элементу симуляции "до". Это приводит к симуляции сборки, которая содержит все компоненты, которые были "искажены" применением допуска (то есть, случайными комбинациями их минимальных или максимальных значений).

7. Кол-во симуляций;

Количество симуляций составляющих зависит от количества элементов допуска в анализе.

8. Результаты измерения;

Как только полная сборка проходит симуляцию, измерение между гранями можно рассчитать. Измерение рассчитывается по направлению, которое задается при задании измерения, или углом между гранями или линейным расстоянием между двумя гранями. (Измерение для расстояния основано на расстоянии между установленными точками: или заданная по умолчанию точка в середине каждой грани, или точки которые указаны.)

9. Составляющие результатов.

Расчет процента вклада каждого допуска в общее отклонение, выполняется следующим образом:

1. Основной набор симуляций выполняется, чтобы получить основное отклонение;
2. Записываются значения основного отклонения для каждого измерения (V1, V2, ..., Vn);
3. Для каждого допуска:
• Допуск устанавливается в ноль;
• Выполняется новая симуляция и рассчитывается новое отклонение для каждого измерения (W11, W12, ..., W1n);
• Разность между новым изменением и основным изменением — это процент вклада в измерение установленного на ноль допуска;
• Допуск восстанавливается в исходное значение.
4. Все отклонения складываются;
5. Каждое расчетное отклонение нормализуется к 100. Рассчитываются значения вклада допуска в изменение.

1.2.3.5. Проставление допусков и задание измерений

Поставим размерный допуск на диаметры отверстий в плите (0.015мм и 0.021мм).

Рис.4.6.1

Рис.4.6.2

Поставим позиционные допуски  на диаметры отверстий в плите относительно баз А и В (0.006 и 0.0025).

Рис.4.6.3

Аналогичным образом выставляем все допуски на размеры в сборке.

1.2.3.6. Анализ в Tolerance Stackup Validation

После выставления всех допусков на размеры и позиционных допусков модель готова к анализу.

Рис.

 

 1.3. Выводы

Рассмотренные классические методы размерного анализа, а также САПР, реализующие этот анализ, позволяют сделать следующие выводы:

1. ни один из рассмотренных методов, применяемых в САПР, не поддерживает полностью требования, описанные в стандартах;
2. некоторые системы представляют анализ допусков с использованием модели векторного контура, который вообще не может учитывать зазоры в сопряжениях деталей сборки, не поддерживает взаимодействие полей допусков и весьма ограничен при работе с допусками формы;
3. исследования в данной области являются актуальными, а разработка новых подходов к размерному анализу позволит устранить указанные недостатки, что в конечном итоге скажется на качестве выпускаемых изделий.

 

 

ГЛАВА 2. Возможности проведения пространственного размерного анализа в системе ГеПАРД

ГеПАРД – система, разрабатываемая на кафедре «Технологии машиностроения» под руководством доктора технических наук Журавлева Д.А. , предназначена для геометрического проектирования, анализа и расчёта допусков, позволяющая проводить анализ собираемости при автоматизированном проектировании сборок. Разработка данной системы началась в 2003 году, и в настоящее время работа над ней продолжается в плане усовершенствования существующих механизмов анализа.

ГеПАРД – система геометрического проектирования, анализа и расчета допусков, ориентированная для работы на персональных компьютерах под управлением операционной системы Windows.

В этой системе предусмотрен импорт данных о модели из обменных файлов стандарта STEP. При помощи этого стандарта можно обмениваться данными о геометрии модели.

Данная система создавалась для помощи инженерам проектировщикам в выявлении критических областей сборки и оценки влияния составляющих допусков отдельных компонентов на совокупное качество сборки.

Программа позволяет вычислять, оптимизировать и управлять качеством сборок, варьируя параметры допусков, как отдельных элементов, так и сборки в целом.

Данная система является экспериментальной, основанной на новых математических методах описания трехмерных допусков, которые базируются на применении конфигурационных пространств, описываемых с помощью кватернионов. С использованием кватернионов разработаны модели описания пространственных допустимых отклонений.

Кроме того, разработчиками было предложено топологическое представление сборки, объединяющее детали по топологическим свойствам (например, по наличию сквозных или несквозных отверстий, и т.д.) Данное представление является универсальным, позволяя моделировать и анализировать сборки и контактные состояния с любой геометрией, любого уровня вложенности. Метод различает допуски детали и допуски сборки, что адекватно отражает реальную процедуру проектирования и позволяет реалистически моделировать сборки с учетом допусков.

3.1.  Импорт геометрической информации в формате Step

STEP (Стандарт ISO 10303) – это стандарт, который предназначен для хранения данных об изделии, в том числе состава изделия, структуры, геометрических моделей, свойств и характеристик и т.д. Созданная однажды модель изделия используется многократно. В нее вносятся дополнения и изменения, она служит отправной точкой при модернизации изделия. Модель изделия в соответствии с этим стандартом включает: геометрические данные, информацию о конфигурации изделия, данные об изменениях, согласованиях и утверждениях.

Стандарт ISO 10303 построен таким образом, что помимо базовых элементов (интегрированных ресурсов) в его состав входят так называемые прикладные протоколы, определяющие конкретную структуру информационной модели для различных предметных областей. Все прикладные протоколы (прикладные информационные модели) базируются на стандартизованных интегрированных ресурсах. Таким образом, при создании нового прикладного протокола обеспечивается преемственность с уже существующими решениями.

Стандартный способ представления конструкторско-технологических данных позволяет решить проблему обмена информацией между различными подразделениями предприятия, а также участниками кооперации, оснащенными разнородными системами проектирования. Использование международных стандартов обеспечивает корректную интерпретацию хранимой информации, возможность оперативной передачи функций одного подрядчика другому, который, в свою очередь, может воспользоваться результатами уже проделанной работы. Это особенно важно для изделий с длительным ЖЦ, когда необходимо обеспечить преемственность информационной поддержки продукта, независимо от складывающейся рыночной или политической ситуации.

Стандарт STEP регламентирует: логическую структуру базы данных (БД), номенклатуру информационных объектов, хранимых в БД, их связи и атрибуты. Типовые информационные объекты, такие как данные о составе изделия, материалах, геометрии изделия, независимые от характера описания изделия, называются в стандарте "интегрированными ресурсами", на основе которых строятся схемы баз данных об изделии для разных предметных областей: автомобилестроения, судостроения, аэрокосмической промышленности и т.д. Готовые схемы баз данных называются в стандарте "протоколами (правилами) применения" и представляют собой типовые решения. Стандарт также предусматривает способы взаимодействия с хранилищем данных — с помощью текстового обменного файла (ISO 10303-21) и через стандартный программный интерфейс (Standard Data Access Interface - SDAI - ISO 10303-22).

На основе стандартов семейства STEP:

• Создается структурированное электронное хранилище конструкторских данных об изделии, интегрирующего процессы разработки и получаемые результаты в единое целое;
• Подготавливается лицензионная документация, при продаже лицензии и передаче ее в электронном виде;
• Производится обмен данными между предприятиями, применяющими разнородные системы автоматизированного проектирования.

Система Гепард осуществляет двусторонний обмен данными через стандарт передачи данных STEP. Исходными данными для анализа сборки с допусками являются компьютерные трехмерные модели деталей сборок, созданные в какой-либо CAD системе и сохраненные в формате стандарта STEP. Причем, детали могут быть как ориентированы в пространстве определенным образом, формируя сборку, так и представлять собой набор отдельных геометрических тел, находящихся в любых точках пространства (“сборка в несобранном виде”).

Рассмотрим пример создания сборочного узла и назначение допусков.

Для загрузки модели в систему Гепард в главном меню необходимо выбрать опцию Import. Загруженные детали показаны на рисунке 1.2.3.

Рисунок 5.1. Загружаемые детали

Импортированные детали добавляются в граф (дерево) сборки.

Дерево сборки показывает графически структуру сборки в отдельном окне и позволяет манипулировать ее компонентами. Структура сборки изображается в виде иерархического дерева (графа). Каждый узел дерева представляет отдельный компонент структуры сборки (Рисунок 5.2).

Рисунок 5.2. Дерево сборки

3.2. Задание параметров для реализации анализа собираемости

3.2.1. Задание условий сопряжения деталей

Проведем анализ сборки, которая состоит из четырех деталей: двух плит, соединенных двумя стержнями. Для этой модели мы уже составили и рассчитали линейную размерную цепь классическим способом [16] в предыдущей главе. В данной главе проведем размерный анализ с помощью программного модуля ГЕПАРД. Этим экспериментом продемонстрируем, что при линейных взаимосвязях допустимых отклонений в обоих случаях результаты размерного анализа получаются одинаковыми. Далее, на этой же сборке покажем работу модуля, когда кроме линейных присутствуют еще и пространственные взаимосвязи допусков.

Из загруженных трехмерных деталей можно формировать полноценные цифровые макеты изделий. Принцип создания сборки заключается в том, что на каждую деталь накладываются сопряжения, лишающие ее той или иной степени свободы. Ограничения накладываются таким образом, чтобы детали в компьютерной сборке двигались так же, как они двигаются в реальном механизме.