Проектирование теплонагруженных деталей станков на основе анализа чувствительности тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.06 ВАК РФ

1 р ГМ

ОЛШТЕТ РСФСР ПО' ДЕЛАМ' НЛУКН И' высшего шкоитьг ОВСКИИ ЛВИЛЦИОНИЫИ ТЕХНОЛОГИЧРХКИИ ИНСТИТУТ нмсшг К. э: ЦИОЛКОВСКОГО

„« На правах рукописи

ПЕТРАКОВ Владимир Анатольевич

УДК 624.074: 02Т.9.06

ПРОЕКТ ИРОВАНИЕ ТЕПЛО НАГ РУЖЕ НН Ш ДЕТАЛЕЙ СТАНКОВ НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА ЧУ В СТ В ИТЕЛ Ь Н ОСТИ

циальность 01.02.0В — Динамика, прочность машшг, приборов и аппаратуры 05.02.08 — Технология машиностроения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1991

Работа выполнена в Московском авиационном техн> ческом институте им. К. Э. Циолковского.

Научный руководитель — кандидат технических

доцент Юрин В. Н.

Официальные оппоненты — доктор фнзнко-матем.

ских наук, профессор Н. В. Баничук; кандидат технических Е. И. Борисов.

Ведущее предприятие — ОКБ «Старт».

Защита состоится « . . . ».......1991 г

14 часов на заседании специализированного с К 063.56.02 при Московском авиационном технологнческс стнтуте им. К. Э. Циолковского по адресу: Москва >1 ул. Ульяновская, 13.

С диссертацией л ожно ознакомиться в библиотеке и тута.

Отзывы просим направлять по адресу: 103767 1 ua К-31, Петровка, 27, МАТ И, Ученому секретарю спец зированного совета.

Автореферат разослан « . . . ».....1991 г

Ученый секретарь специализированного совета К 063.56.02,

к. т. н. Солдатов

СБПАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работа. Научно-технический прогресс в раз-мних областях науки и техники шдвигезт повь-чецые-т^ебова^ия кячеству технологического оборудовашл. 3 связи о зтиы воз-ютак? требовани к качеств станков.

О^ниц -13 показателей качества станка является его 1е:*.ноло-!ческаа надезность. Среди пгочих факторов, оппэдел..ощих техно->гическую чадояносгь станков, тчпловые деформациг его злемои-)в зан"и8юг весьма весомое место. '1х доля з обще-', .'алансь по-¡ешностей ^озррсаает с повышением требований к точности стаяг.З. ¡к, в общем балансе погрешностей точных ^танков она согтаыпвт 1-70%. Развитие инженерной мысли тр°.б;зт наибольший участм : (хнологииескои пооцессе высокоавтоматизированного ыеталпоре«у-;ГО оборудования (станков с ЧПУ, гибких прсла^/дствеиных ноду-1Й, гибких производственных систем). Одизко погрешности от тел-)вых АЗфсрцаций при эксплуатации рысск^автоиат'аироганього чв-1ллорекуцего оборудования б^льию, нежели, чей при эксглуатяпш. :ире сальных станков.

Все перечисленные ги». факторы сделали необходимый учьл ■пловых деформаций элементов сте жа на стадии проэктярозаьюи ¡зработки, штлненнче до сегоднгшшего ьнн» в основной были по • шцены решении задач анал:за тгчлерёту^ных г.олей г тепловых др-)риамй деталей пташ.ов и выявлению факторов, снижиюцих влияние ¡пловых деформаций на точность обрьбики.

В с1.лзи о этим представляет чктуалыым гоз/эое тако;э прог-1ммного средства, которое позволяло бл проводить ча этапе гро-стированич анализ влияния указанные вы^е факторов и "а основа 1КГ?о анализа - поиск решений новых конструкций теплоьагр^Ееч-IX деталей станков.

Цел: "о рзбод» являя тая построение теории анализе чувсаы-¡льнссти теплоног.)уиз.лшх конструкций и р.зрабгтка на ео снсь ) программного иредотза, псво..яюцего проводить папзиетрический ¡ализ и поиск решешИ. ноеиа кокструкгчй деталей станков, злпя-м тепловых лефориаций «скорых на точ,-ость обработки шшпца.:ь-э.

Научная новизне заключаете ч:

- единоы подходе пои реэчяии з^дач параме"ри«оского анялиоа поиска новых конструкций теплонрт'рушнннх четэчей отанков}

- г -

г,

- построении теоретических положена анализа чувствие аосги применительно к таил^нагруленным деталям ота.,ков? ■

- ррзрабог'8 основных формулировок слаииза ч.. лствит8л.н ти "•ечлонагрувегчыж деталей отаьлов и юс матриччоЧ аппрокои! ции ча основе метода кс.;еч1:л элементов;

- раьрабопп и программкой реал..з1ции алгорииов еньлиг чуастлительчюти и алгоритмов лоиска н^вьи; консгдоци.. тепл< груыиных деталей станков.

• Прага: шс&вя "начицость закмочиеия в разработке прогре ыио.ло средства, позволяющего ¡.ризодить анализ чувслч^телянос относительно трех 1рупя пе?амег,.ов; .еогзтр/ческих, свойств, тзриада, гзгрукеикя, и .выполнять на основе зтс.'О анализа по" новых кочструкц:,Я топлсчагруяенных деталей станков, Раз работ н^е программное средство оьмо «юпопьзов8.:о при проекырогани есвизкж тзялогагрухсяша деталей станков, опре^аЯлвц.х точи сбсаб0т::м. Прозваны исследовал.я ¿вл'эявенн ого состояли.. мр номгри© 'играной плаотляы, моделирующей поведение боксзой от х& оаой-и станка. и получены варианты улучшенной:конструкции угиовае «гтяОЕые дефорыеции которой значительно ниже исходны; Нр„ основе разработанною програ,,мнот,о средства погучьн вариа. :'оа.гру»чиР иного: пиндояьдой .головки ст;нка с ЧПУ.модели С6-, драила йяпловых деформаций ксю^ого удовлетворяем згребовии л© ¿вчцсоты,

Внздрзниь результатов. Результаты работы знвдррны на ве; Пси прэдп^ияти.. в конструкторских рекомендаций для прэе1 ¿ирО£а:ш отеьдев.

_ Аг"Кбацы расоты. Осгс?ные результаты работ док^адываш « оооуадзл'^ь иа. ааучни-техничеьдои «онфе^енци:: Моок^вского авиационного техчологичеслх.'о инотигутч им. К.Э.Циолкрвского "С1Л* и ы^ие автоматизированные системы в авиастроенп", рч варъ 85г.; н-учно- техническом конф-рввп^и молодых ученых и' спвциакыжог в иосковсчом авиационнми технологическом инс^л.-у гл„К0Я,ЦиоялОвс: ог1, 1987г.; научно-техническом семинаре "Нов «етаояогия оо::асг.(а и ияс грумеи^ для мь.;а!;ическо». о. работка и оберхи", Мисква, и^нь, т.950ге: научно-техрчческм« сыинарр "К лаковая ввтл'тиа^ция проемных и конструкторских работ в май вг:арсинйия, Ьшиагрвд, ивль, 1990г.; Все ошной научно-техни ч®5>5'Ой конференции мололчх ученых и специалистов "Ма"ематичес

в цоделирование в мапинострренчи", Куйбыше_, октябрь, 1990г.

Ог/блякации. Основное ссдеряаияв диссертации отрагзно в Б атьях и тезисах докладов ио.^зреяций.

Структура и обааа работы. Диссертация состоит иг. зведегзд, т.. глав, выводов по работе, списка -даечатурц - тилохвн.ш. бога множена на 97 стрлницах машинописною тексхя, с одера*» я I риунков. Список литературы вклкьав? 106 на.шеновани".

С0дЕР2\НИ^ РАБОТЫ

I

введении изложена актуальность решаемой ^ рабсхг проб-:1Ш, показьгш основные ьзпрр-'легтя -е ревснил, сформулирована 'До рэбогы.

Парвая глава п-свяиена о'зору работ советских и заруСеашх ояедоватьлой з области проектирования теплОиагругбнаыу хзлло„ пнксв, а такие в областг оптимального проектирования конструк-[й.

Зксг.эрименталыые исслодо_ашт, отраи^шше в рабогьх С.Прсниковз, Г.Но°еи"това, В.Т.Погтмана, .^.Зебара, Х.Гроппп, йкоса л др., позволили определить' причт* возк.шюв-шш тэпло~ ос деформаций и закономерности протекания тзомсупругих г?о.,ео-1В в деталях ста ков; но та основе стало возаоянш описание пряженного слияния теллончгрукегш-'х де'.злел станков с иополь-гааизм аппе?ата математической -физики. В результат ■ илисли-лъиых исследований Ь.Н.Соколова, а„С,Лурт-е, Л.й.Глухенького,' П.Сегиды, З.Кйаэлг, Е.Вальденэ,.Г.Виг» др. б_;ли получеш ючеишч охеш и определены иэгодц рлзония уравнений гзп непрочности и чераиупругости для больиинотвг деталей станов.

Работы А„Л,Ку„нецо~а, А.П.Сегидн, Г.Крчтчыаро, Н.Танабе и |0,. посещенные выявлению факторов, отстающих влиягяо гзплэвкх формаций детьлей стансов из точи ост- обр:боткг, лозвоя-ши )ормировагь пространство пагамстроь проектирования. Вычиоли-льпыз исследования, 1рово„еыце В.Н.Чришл, ¡¡¡«¡«ирги, С.Вшшр-;я и до», основанные на с зьргиеинъа истодах олггйшзадам» льпа-яалр иэтодологию решения аа; эч по минкиизации дЛияиея вепло-[X д-фориз"Яй деталей ЦС на точность о^оабог'а, О^чазо, ладо «зтить, что гаи процесс шя^л-н.л а-аболее вягаелаг»: фекяо-1в лишен единого подхода, что безусловно огравОТРззз1 *еа>«<е~

- 'г -

:Ооги ковструктора на этапе проектирования ^еплонагрукенных да тааей отанко*.

8?ою недостатке кокно избеаать, сзли воспользоваться од-иш и^ совреманьих ие.одов теории тдачиавции кон.тругций - ле тоди в'юпиза «увс^вительнити, Гзновни; вдиь, :.етоды и алго-р.шгы анапза чу^тгите^ьносги развиты в работах Н.В.Баничука, Б.Б.Грий^вз, Й.П.Нсрегкова, Н.0льхоф4а, ЭДога, К.Чся, Б.Прасе да и др.

С -/четом чьишизяоаеаного представляет интерес построение т-юоии анализа чувствительности применительно к течлонаг^ужен-цыи конструкциям и ооздание на ее основе прогре шного срарсх'ва лозвольощег; пговодии параметрический анализ и поиск решений лошх конструкций деталей стан.-оч, влияние "епловых деформаций которых не точно:ть ~браблтки минимально.

Дня дос.ижения этой цели б ил поставлены следующее задачи

I» Сфсрчулировать цатвь-атическу: задачу гэ проектированию деталей станков, ьахчдящихся под де^виеи текловой нагрузки.

2. Разработать основнь.^ {ориулировки анализа "увствителги «к пршшштеп^ао к теш10нагр^т.ениыц деталя» станков.

3, Рчзработать поограи»ло роаэ^эоврть алгоритм анализа ч.) ёствитсльигзти и алгоритмы ..оиока новых кочструкции теплонаг! кенил каталей етаньо!.

А. Аиробкровчгь разработанное про^раничое средство 1 зк на прсстыЕ моделях, так и на р&алышх коротрукциях.

Вторая глава лосвящена основные полсленияы ч».ализа чувл-лигещьносл приьтнительчо к те:, лонзгр} генным ¿зталям станков и охроиля на принципа:; и а8':оноцер,-оотях теории оптимизации. Со-¿■пеоио чгти} леобхэдимо: очреде^ить цепе вые фупкиии, выбрать паранатры гоотояьля определить лоостранстзо пграмятров проектирования.

цалел.с функции при проектировании теплонагруаеншг: деталей формигусия таким пбразьа, чтс их уменьшение приводило бн к снижении лияния -сйпи-нй. дефо1азций элементов станка та 1 уздиозть» 8 качеэ1"а целевых функций в данной работе рассматриваются функционал.; вида?

| 3(а:-зОи1(оп аЛ (I)

& £

_ s.

одия первого типа "¡сползутся при проектировании тех дэ-!8й стангз, гда досрочна иинишкицк.; лиизйны": тепловых ;,з-рмаций. Функция второго типа З5" " при ци'чнхизьции углових 1ловых деформаций.

Иссло-о^ания то;.лературных по^зй и тепловик деформаций дояр!! танков показали, что в качестве х параметров состояния гут рассматриваться фуикцп температуры и зэктср-фушяум по-*егэиия, а в качеств уравнений состояния ~ двумерные сттцио-31Ш8 уравнения теьлопроводнооа i и тсриоупругость.

Краевая эрпача теплопроводное!и о ¿четой конвективного тап-об!£зн8 на лицрво" ст"роне в стационарном разике шее г лчд:

- diir с йдга i^+Шг = gm^ Voes Jl 1 и ^zadt , уоге р V (з)

з0 -ä (s) - донкция tei :ерат^риГ ü (X) - яоэйфиумнв. гаплолре-ансзтИцУ» (es) - коэффициент гвплоптлач::вЧ: ср " гокг.еригура здас Q (") - функция вагруокй.

jk<$oj краог.их условий з ззАачс (5) объясняется аой козиачя-шгой информацией, которой распоаагзва констриктор о повьдвшш нкции на граница.

Задача равновесия плот кого иьлрпвекього состояния с указом плоз>Л нагрузки йкэвг ни,.: , •

U' « о s ^oct Р1 f W

. u;i s - Äfc /(¿.^ , У ОС б. Г4 j з (ц) - гензор напряжения (.•£) - модуль ynpyro«2;is а! (к) -эф^.щивнг лив-. Ян о? о раешьраиия, V - коэффициаз? fi/sesoaa, Ък -оизводиая ох геигераэтры, 0>t - прпроцанкз гзилэрогура»

Обобцзнные формулировки урзгпзний ссзтояг.лл. иэкбоясо удои-з из практике, при рптенив рзалаюве зздоч типкоиваамя огэдуп-м образом; _

lft,t^ г± , < Ц ь±

п ' 1 J L-- Эзгц Ши ФлаСчй-з - J

= ] q.t d?4 * *

4 5)

я задйчн (3) и

i ( й Ш ^¿ч^алн ы-) ,6)

• л,

для 8адачи {Ь).

В (*>) и (б) чэрезСЦ.,.) и ? ( ) обозирчены бюншойная и ликэйиря формы соответствующих .сриелас задач.

Опивал пространство пара-атров проектир^ваии-.: геоиитричес-киа параиьгн -- 'холщи-.а h (х) и фуикцы ^.оса СаИсь), ног аолиюцая резко леденить границу и получат* наодиоовпзше облаян; ni,pa-uorpu obpIC'îb матергзла - кос Jinmiuur топлгцрогодаостч И (к), модуль упруг"сткЕ (г), коэффициент лишенного расширения d (к)' параметры кзгрукен^я - дополнительнее 1.дочники тепловидегшия ÇTfc), коэффициент sei.ro \*л), допоыительние соьредтго-

чог.щз ксгрузки (а). Та..иы ооразоц, вектор параметров проек-•л:р ования .uœoi вкл;

ЕЬ cj и е <д ¿1 œ" с?)

Иг подсякильиоц определенности о»шшейпх форм в урезаниях nooïianHR (5) и (6), дифференцируемое ти последних по параметрам лроекгированкя, дифферэидирузилти функции наг;уоКИ и крезва ïwjsoaai*. р isKna se ope:., чз пабог Э.Хога следует, что параиетры иоззгчшга Ь ise<r) нцЧк,«") диф$ерэнчируеш по пзраизярац проекта розания»

Fik iîb-psRfHMH позволяет получгть формулировки анализа чув ^ввк'тельноотч для тепонагдавшшх'деплей оааиков. Для нахохде-ая? производной ^т Зункцш: температуры ¿г йопо;;ьз„втоя пряной метод аьалиас чувствительности:

о arCètr,^) * Сш- • ' "

Раараазл последней уравнение отноиитигьно ¿V получим искомую п^о-пволаув 1пя получения производной ох целевой функции по па-ракэграи ароектировьаия чфукюда хувстрчтельности) прклеияется чегод оопргвэиной пераие..ьойГ

г-« Я решение сзпрьквкного уравнения: £Д»(лД) = (Ь4эс-Л7)«<

для 3\ \ i

Огиоситеьыю пьраиетрз гроевдиролан'/д - сосредоточенной иагр.шз, я рйой глава покавано, что ;,ля цег.лзых фракций вида '.35 и ;2) дикция чувгтзитсль.юом относигел'но этого i.jpnuoïpa

овпвдеег с сопряженной пёреиегчоа ъ Каядод -очке расчетной об-

Формулировки аналиав чувствительности^ получзшшь в этой лавЗц лея85 в основа мгтричкых формулировок ьлвллзо Ч"8СТВИ-ел^ности, используе1'чх при рзшеиш" прьктачоских аадоч.

В третьей главе рзссматриврится '.;оне;ио-эясиеилщ(з форму-ировки уравнений состояния и уравнений анализа чувстиительноо-Ио

Из обобщенных формулировок уравнений состояния (5) и (б) ле„уог0 что фулкц.ш t я U исгут апярояоимиро-агься куоощго» ииейныии функцкяш!, а лараис.ри проектирования - кус J4HO-n ">-аояиними функциями. Следуя методологи? метода конечных эеск^п-:оз.<НКЭ), рзечолтя .облаезь чхеплоцагруяе.Ш8я деталь станка) :ппрокслцируется многоугольником, чохорнй в -во очародь, рз-¡иваэтая на треугольные коневые элененет (триангулируема). Hi юстроечяо!! гакдо образом сетко узлов ищутся приблгвРШй.э рзла-ж уравнений состояния и ургвнлшй анализа чувствительности, [ля аппроксимации неизаесг'ых £ и U Бчбиргятоя конэчно-кервыо ipoospaHcisa 7s и U*для г здач (5) и (б) соответственно, В Kd-¡еотвз базиса {'#} в i тих пространствах шС ирвэсся лшюйнь.3 з сандоц т^'еугольнико триангуляции функции .(коордиааанни фуя..цаа). ?ая чтг каждая функция отлична от ауля только в ярт.ажэ1д.1Х а iBiiiiOi'.- узлу элементах. G учетом выбора баэканых фугхций приписанные решения уравнений состоянья Суд;т аплрокси^ировзтьоп ом-iyi цим обоэзс ■ ' ы '

¿Yjc) = ¿¿x^te); uiccc)-fTut<tp„(cc)

При подстан&|ке этих соотношений в (s) и (6) пол;чии НиТ-зичн-т соотнеш'ия урэчненьЛ состояния;

i'

цля уравнения гечлопроводнос?" и

ШМ - {}}

для уравнения рзвно^еся.

Аналогичные соотнояеагя можно получить -,ля уравнена аяр-лизч чувезвитально^ти, если в качестве базисных Сукхций при зп-роксю'ации -h.'^. ^ Ug ) рассматривать уже шбрчятв ранее scop-дияатные функции. С ;,четом зтггл гзме'-зния соотношения рчглиза чувствительности имеют вид:

где сшрляенне;, переменная находили из решения уравнен

В ра-'отах А'.И.иар"ук", Л.А.Самарского, В.Б.Андреева п показан", .'¿о при зигэлнени" требовании к триангуляции:

- все стороны треуголь"икоз дол; ны ып одного порядка с Ь (как;и«а!шгш размером стороны треугольника);

- •"реугольпики но должна ьы; епдпть^я, циниыаяышИ угол - тр| угсгы'ике но аеи°е 0»(в.,< 0, ©<, ьи зависит от Ь )»

приилгаанниЗ решения ^ллиптичаских урсанении, построена!-? 'М сходится к сгоич тгчнш! эначе1.игм. Из зходгмости приближены ранений и и*1 ч форм^-ц'рогок уравнений анализа ч"ветвик иос?и, аналогичных формулирован уравнений елтоиний будет с довать схсд'-ыость ^ » Я1 " , шчислеьпых "ЖЭ.

Для нахождения приближенных. рвшиний ураыений состояния уравнений впализа :увствиа-ль':о-;ти и оценки их сходимости влешиных сайгах) построены зычислителыше алгоритмы, рес-л^з заные е виде прогоаммчого сродства, пос-оцз'чго из гиеметич кой библиокли, библиотеки в^одр-вывода (в -ш числа гр^-.че когл) ь. комплексе шчлелл^елышх программ, Указанисз ирогоаи средство'напитано на я^аке Си++.

Для какдого из пасотрашшх в Г"1»2 параметров провктпр построены поисковые алгоритмы, основанные на результатах ьгюаиза чуЕМ^ительчости. Количественные значен.а ^ позвол судт' о ьяодыии того или иного парэиетра и- изменение цегев функции и выбирать ыагболве прие^леш.Л. Знак перд -¡v покрз.

лвшшиь расчетный лари^етр с целью снижения целевой функции; ьолв <£ '.00 то парамотр нугг 1 увеличивать, в про всиелсваоа олучие » ум-кызать. ГптимальшЛ выоор геоистричес, плр-иегроз и пар^цетр^в свойств катериала основан на резульл га: анчяизч чувствительном и методе релаксации. Назначение гпшшлс параметров легрунения ие треб"ет итерационна приц« ДУРг Для них применимо'разложение целевой ^ункги:. в ряд Тейл( -С удержанием линейного члена:

^ТГ+ШОСП+П1* 0(ыгг) (8)

Лосотоге йоко'-.овш: алгоритмов объясняется ос.ютвисм огрнич ни;, на передаем состояния и глагкостыо це. звых функций о.нос

пьио параметра прогктир^ве лия.

Четвертая глава посвящена моделгоовэР'Ш и минимизации у7*-вых тепловых деформаций боловой стенки стояки станка, опре-ляюцих точность ьЛрабс.'ки «о многих кглструкц: .=и столков. В ботах II.Соколова, В.Н.Юринз, А.Н.^егиди и др. исчезало, ч лпейнцз теплоны- деОриации бок-ных станок з своих пгоск1~з-х соизг-ерш-ы с изгиГньии тепловыми деформациями ссей стойки.

Для моделирования ;гловых теп.:овы:с деформапй, возникающих

в стоике станка, з ыоЯ главе выделяете ее боковая "теш'з с заданным по1, о;.ом мяла на одной из сторон (си.рис.I). 3 результате расчзва, выломанного 1«лЭ. йпее1»

^есто иерав1'О'дирнсд температурное "Оле (си.рис. I) и как следствие - угловые тепловыо дефооыа-цил пластины.

Для с'иьения угловых де^орирци!'. пластины з качестве цзле-эи функции выбирезтен целевая' функция второго типо Ее ко-зчдопорная аппроксимация и всл' вид:

I = *)- .

На основе анализе чувств,дальности был : получены ¿ириеата, озволйюдие либо совсем устранят., либо значительно снигэть уг-овые деформзцли керзвномерно наврет'Я пьстшы.

В "збл.1 приведе"ы минимальны: з..ачзния целевой функции

полученные на основе разраб.ташюге программного средства, тноситет.^но рассыотренньг-. з работе параметров прсекть.ровгаиа Ь). Анализ чулствитильности относительно параметров }ц я Е оказал, что их изменение не ппиводит к суи,зственному окижешо хловых тепловых'деформаций пластиы; Из тэбл.1 следует, что рииенение дополните "ьш х источников тепловыделения Э^к^и

ЛЬ ,__»

~лолниг?лььлх сосредоточенных нагрузок $ (ЯЛ ..озволяет гсрэвгн-ео«си утрвнять угловые деформации л«астини0 Использование оклрукции вставши из к-.териала с низким коэффициентом линза-то расшире ж ф (;) (пн^тра). также приводит к зн~ читальному

снижению целевой функпи (1,2 мкы). Прзобразование формы коне рукции приводи; к вариантам п л со тины, угловые гплояые деформ ции которых в 1,5-6'раз леаыи исходных. Анализ чувствительно ти относительно параметра весовой функции повволяет получить

Таблмца ï

Значенье целевоГ. функции для рассмотренных ва/иаитов проектирования сгойкч.

Ci я H il X о. о со S m Варианта моделей конструкции плаозини паиаметра проектирования

иргрунения свойств ! геометрические

ОТ S К С* 1вар. 2зар. 3

1 0 <п И а s 1 S M f-э О V ra « ■ ta о a» M расчет»-~oe 19,23 0,2 0,1 12, s 12,32 1.2 3.2 ; II

акс~ пери-мен-таль-ное 19,6 0,4 > . - ■ - - ■ - -

лр'лпципиально отличающихся варианта; I вар. - пластина грсуго ной форгщ (сухениа к верху); í вар. - пластина с горизонтален, пааш, выполненный на.уровне прикасания тепловой ногрузки; 2 ' пластина с вертикальным пазок у правого края исходной моде);

laocuorpiiM процесс проектирования .на примере одного из а . более в^фехтивчых вариантов - вариант^ конструкции с использо ьием дополнительного источника теллопделения» На первое атап> вычисляется производная от ;эле :ой функции I относительно п -етра Q""(X) (дополнительного источника тепловыдеден: л) по р четной области íLí»>. В рвеультата проведенных' расчетов расп. деление функции чувствительности ) имеет вид, изобрахе,

вый на рис. ?а, йэ этого распредеяния следует, "то подвод те] у ог'яасти Shi а его отчод из обласал Л г (см.рис. 2а), бу; грмводить в свячвни-1 цегейей функщы X . Из tcjo se распредел! нкд следует, что:

! = 1 у Л.с л4

а следовательно область аъд ', наиболее чувствительна к исполь: вавго дополнительного ис?очажка тепловыделения. На основании ! кого анализа иудем располагать дополнительный источник теплов!

зния в области . Jro цеди ость определи :.з соотношенил „ Окончательное рьспрэде-.еаив n.,nepj?yp и „ереиецен/Ч пока-о на рис. 26, где J= 0,2 шш. -------:----

Для провчркь адекватности виголненн х расчетов проведени 1вш1тельныэ эксперицеиталыше иссл-доаан.ш физических моделей ютшы, ^яольеш.-а в соответствии с исходники данными рчече-з. Телловое нагрухение ьоде^ей осуществлялось с использовтш-плиских .:агрезательнцх элешитсь, ::и!зеиих от ЛАТРа. Контроль inepaiy.jHiro поля гиастиы производился при лоцощи мриопчры оиехь-алкшеть и .отищлоиетра КП-59, а контроль ппловых де-н*агш.- малогабаритными ппуяшшыми индилетораии ша ИПМ. (це-ti дечеь-щ I irai), закреплении: на иагш.гнглс основаниях, Лрове-шша эксперимента ^одтвердыи адекватност: расчатоз: погреш-вти спроделен-ия температур оста_ались в пределах -8$, а гепло-х деформаций - в, пределах 6-12%.

В пятой г^аве рассматривалась в качестве объекта исслодо'ьа-я реальная кснструкпи.. - ин ^гошт'Ндрл^ная-золовка зтанга о У модели С6-АМ.

Во в^еня работы стайка в ьлектпошпинделях видвляе-юя тзп-которое приводит к награду корпуса иногошпиндальнс.» головки, это в c; 3D очердь. - к изценеиик раситоянч!! иеаду шпнаделами, ледотви® тепломлс дейо^маций к'ирпуса. Напрятнноа состояние следуемого объекта приводит к погрешности, которая иодат ив скоординирована о иЬпользоваНиеи устройст. а ЧП/ стгчка.ТнЭ-с хя уменьшить величина текловыхде ¿орааций так;й пЯразш, что ■ i чз'мененир расогйяния ав&ду центральный' и перид-ркйниш ип;ш-:лямн при нтрэве, головки было в' лоёдёл,ах • 10 -шаг. • -

\

Рис. 2

В качестве расчетной иодели в силу^геогэтри .эской сшше^ рии я огшт^т: условий нагру„:ения выбрана поовина епшц.эль-ной головки с равниш» ьулв lj оси сиииэтрии значен..лми проиэв иьк от пчраистров состояния» С уче^оц отого замечания раопред пение температур и перемещений шхлп.дуомой модели иызет ¿¡ид»

Дл 1 единения тег.ловых деформаций периферийного шлинлеля I качестве цолечой функции била выбрана целеызя функция ткпе (I) в ючке, лехацей на оси периферийного ипкаделя. Ее исходное зи чениз равнялось 9С шги.

Проводя анализ чувствительности относительно всего поля п раиетров проектирования, удалось выявит'- паранзарк наибслер ой но влияющие на изменение целевой функции. Такими парэнеарами в

денной случае являются дсподнйтеляше сосредоточенные нагрузки в ззесгвая фушщкя. йсполт>802аайе аасовой йувкцчи езязоно с лиш иязацией углсвах деформаций, возникающих в конструкции головки при лрилояенли сосредоточенных не груз ок. В результата иээряцио: я ой процедуры удвлозь получить вар юн г конструкции (си. рпо s для когорого тзпловея дофорааиия периферийного впивделя coctobî •ла шеи, i.e. почти в 15 pas кщьше исходной. ЭкспврииенгвЛ! нне исследования, нроведешше на преобразованной конструкции о

- т3 -

таци.й топлоьогэ ьах'рувенин эдектричеокичи нагревательными ментам:1 и О измерением температур и перемещений, описгннымь лЛ оредствами, подт_эрдиг. I правильность вычислительных ис-дований. В стаци-шариом ренимэ погрепнось для теип^ра^р Тивляга 1,2-^55, а для перемещений - 4-10%,

В ааклтчвниг работы преде'хавлиш эсновнче результаты и ш-

ы.

1. Сфорц/лированз и обоснована задача по проектированию гонагруьеннчх деталей станков" выбраны целевые функции, пч-:етрг состояи"я и параметры проектирования.

2. Разработаны о. пивные пложен: л анализа чувствительности ленительнс к теплонагр;аешшм деталям стчнчов. Покааанп, что аметры состояния днффервнцириеШ1 п„ параметр-ы чроектирсза-

. Получены осиов.ше формучировкч агчлчза чувств.,тельносгп принт льно к "еплонагруаенгшг конструкциям,

3. Для нрхоздения приближенные реше;'ий получены матричные мули^овки анализа чувствительности теплонагруаенкых конструк-. Показано, что ¿риблияенные решение уравнена!1 анализа чувст-ельности, построение НП9, сходится К своим точным значениям.

На vCHOIi-ни.i алгоритмов нах.щ приближенных ресепий

уравн.нм.и состояния и уравнений анализа чувствительности роз-отано программное средство, позволяющее.прозодигь параметри-лИй анализ и лоиск новых конструкций '¿оллонагрутенлиг дет алел 1нн0:.

5. Проведеш вы-^слительлые и экслеримечталыше исстгедова-

; температурных полей и тепловы:. деформаций не^авгомерно чаг£я-I нлястины, моделирующей ло^здение бокгчо:: стенки- силки стан-

которое определяет точность сбрэбох'ки во многих конструкциях нков.

6, Ча основе раз: зоотанного пг ограммного средства получен ; ^риантов по улучгзнии этой конструкции. Установлено, что [мененио дополнительных источник те"лсзыдзлеьлч, допогзит-ль-: сосредоточенных нагрузок и г?пользование во?авки из.иаязриа-с низким коэффициентом линейного ра^гирелия (инвара) пезволя • устранить угловые течловые деформации плаоиц. Яреобразова-

щормы исходной конструкции снизает угловые тепловые дефо^ма-I пл^ины в 1.5-6 раз Для проирки адекватности вгчолиенкых чв-О:: проведены соавнительные экспериментальные Иосдедовгкия .гчоских коделеь пластлны, выполн иных в соответствии с гоход-:и данными ррочетсл. Погрешности при определении гзмперагур

составили 4-8а лр" спредолании тепловых двфоргзций - 6-12,,;.

7. 1ровсдеш экспериментальные и вычислительные исопдовэ ния температурных полой ь телловых деформаций раалх.чой коне тру ции - мя^гошпиндельяой головки стежка с ЧПУ. подали G6-AM.

8. Параметрический анализ, выполненные на ссновэ разработанного програшног: средства для г-?ой конструкции, позволил определить такие параметрыпроектирования,, изменение которых о аывает наибольшее влияние на точност. обработка Для. *ш01 ошпии дельней головки такими пагаметракл являются дополнительные с со доточенные нагрузки и весовая ®нкция'.' На основе анализа чувст вительности Ьтноои-ельно sin прраметрег» проведен поиск по опр депнив оптимальней формы конструкции и, оптимальному назначен сосредохочек::ых нагрузок5 в {.з?ул?тзте йаЕден варгшг конструч 'чии, который обеспечивает енжение тепловых дефсэмацчй станка С6-АМ почги в j.5 раз. Экспериментальное исследования физически моделей головки, выполненных в сгответствии с исходными данный расчетов, показали адекватность физических к математических но дедей» В сгацислврном режима погрешность для :гмперагуп состав ла 1,с-2$,'а для пзрекецении --4-10%.

Материалы диссертации опубликованы в следующие работал I, Петраков В.А., Врин ч.Н. ¡»оделирование темпертурных ф торсы при проектировании станкоз ГПС. - в c5.f Тсэисы докладов XIX научно-технлческой конференции "САЙР н гибкие аитоматизиро взнн"е систаш в авиастроении"0 M.S ИоскваБйаЦоТехнолог.ий-т, I98S, с.З. ь

?.. Патрэкоз В.Д., Юрин В.Н. О раэрвиепии ürsosoporo вида сгагдарнооти в численных расчетах тепловых агртатов. - в со„ Труды-XIX неу«но-технической конференции моподаг- ученых ь one циалистов ¡¿ATM, йосг..гзйац02вхн0логвин-г0 X987s сДЗв

3«: Юрив В.Н., Яибов -¡«Но» Петрвкоа В.А. Исследование итан ХТПЕ, в произвсдсгвэшшх условиях» - в сб.; Интегрированное прое тировании а'услслишг ЗЛО алактроннсо машиностроения. П.: НИШ 1988, с.68-72.

Юрин beHs, Петраков В.А., Иашков В.Н. 1роек1иролак..е т дОвагруженЕьа. элементов зехнологичеоких систем. - в сб.: Новая технология, оснастка к квс-румвя* для механической обработки и сборки. Й.: 1'ДНТП, 1990, с.156—160. "

5^ Пв1раков В«А., Юрка В.Н. Автоматизированная подсистем! по^жг «хяических рвиений .епл она груженных узлов станков» - в . Кошлексмк автоматшацяг проектных и конструкторских работ в а нквостроеивя. - Л..' 1ДНВ1,-1990,.0.65-68.