Спосіб моделювання технологічного процесу виготовлення деталей з композитів методом навивки

Реферат: Спосіб моделювання технологічного процесу виготовлення з композитів методом навивки, які мають геометричну форму поверхонь обертання з багатошаровим армуванням методом навивки, з різним напрямком армуючих стрічок. Навивку виконують по поверхнях довільної геометричної форми зі змінним кутом руху намотувального механізму від точки до точки. UA 90601 U (12) UA 90601 U UA 90601 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Корисна модель належить до технології виготовлення конструкцій з композитних матеріалів (КM) в галузі машинобудування, який є одним з фундаментальних напрямків розвитку науки і техніки при виробництві деталей і конструкцій високої геометричної точності, жорсткості та міцності, які зберігають стабільність розмірів конструкцій в процесі експлуатації. Галузь застосування корисної моделі поширюється та охоплює такі напрямки, як аерокосмічна індустрія, легка, нафтопереробна, автомобільна промисловості та інші. Різноманіття форм конструкцій і вимог до них визначає для розробника низку задач, пов'язаних, зокрема, з оптимізацією технологічного процесу виробництва для кожного класу деталей машинобудування. Автори декількох робіт - аналогів наданої корисної моделі, - зазначених нижче, приділяли увагу моделюванню технологічного процесу намотки виробів з корисної моделі, які мають форму тільки поверхонь обертання. Зокрема, патенти RU 2215653 С2 (30.07.2001), RU 2223860 С1 (17.05.2002) включають розробку способів створення механічних силових конструкцій за методом кільцевої навивки КМ, в патентах RU 2201345 С2 (27.03.2003) та RU 2168820 С1 (01.11.1999) викладаються покращені технології виробництва параболічної антени з КM шарами. Патент RU 2206971 С1 (20.02.1998) стосується способу виробництва труби-оболонки у вигляді тіла обертання з корисної моделі. Наданий спосіб включає в себе багатошарову намотку стрічок односпрямованих ниток у кільцевому та спіральному напрямках для створення полегшеної конструкції корпусних деталей, які застосовуються у літальних апаратах та працюють в умовах збільшених навантажень. Автори патента RU 2205326 С1 (13.09.2001) приділили увагу питанню вдосконалення армованої оболонки для високого внутрішнього тиску, виконаної з шарованої корисної моделі, орієнтованої у спіральному та окружному напрямках з відповідно розташованими односпрямованими високомодульними нитками. Кожен з зазначених патентів-аналогів, як і надана корисна модель, стосується моделювання технологічного процесу створення деталей з корисної моделі методом навивки. Були розглядані різні деталі, але всі вони складаються тільки з поверхонь обертання. Але розглядані аналоги мають наступні недоліки. Використовуючи технологічні схеми навивки у кільцевому, спіральному та окружному напрямках, автори наведених аналогів не мають можливості формувати композитні поверхні складної геометричної форми з причин порушення постійного натягу ниток і коефіцієнта тертя об поверхню. Надана корисна модель моделювання технологічного процесу, як і всі зазначені вище аналоги, теж стосується способу навивки композитних шарів на оправки, також може застосовуватись у різних галузях машинобудування, для формування різних деталей, але відрізняється тим, що поширює клас поверхонь оправок з низки різноманітних поверхонь обертання до поверхонь будь-якої геометричної форми. Технологічна реалізованість процесу обумовлена постійним натягом ниток і постійним коефіцієнтом тертя у заданих межах. Метод полягає у наступному. Розглянемо поверхню, задану криволінійним каркасом r  r(u, ) , і довільну точку K 0 на ній (Фіг. 1). Задача - провести криву k заданої геодезичної кривизни на поверхні f (u, ) , маючи стартову точку K 0 і напрямок, який задається вектором дотичної t0 . Для вирішення даної задачі будемо вважати криву l розгорткою k на площині (Фіг.2). В криву впишемо ламану з рівними сторонами, достатньо малими, щоб їх довжина у ліміті дорівнювала довжині вихідної кривої. Тоді кривизна l наближено дорівнює кривизні ламаної, міра якої характеризується відношенням кута  між її сумісними сторонами до довжини сторони ds . Вершини ламаної визначимо за методом її апроксимації з наперед заданою dr , яка перераховується на кожному кроці за формулою 2  ds  dr  R  R 2    , (1)  2    50 де R - радіус кривизни у точках L 0 , L1 , L 2 , …, L k . На першому етапі проводимо через точку K 0 дотичну площину  , яка проходить через нормаль n0 (n0x ,n0y ,n0z ) , і дотичну t 0 ( t 0 x , t 0 y , t 0z ) та задається наступним чином x(n0y t 0z  n0z t 0 y )  y(n0z t 0x  n0x t 0z )  z(n0x t 0y  n0y t 0x )  d  0 , де 1 UA 90601 U n0 x  y 'u z '  y ' z 'u ; n0 y  x' z 'u  x'u z ' ; (2)n0 z  x'u y '  x' y 'u . 5 Перетинаючи задану поверхню площиною  , отримуємо лінію t '0 , на ній вибираємо точку K 1 на відстані ds від K 0 . Далі будуємо дотичну площину  до поверхні в точці K 1 , яка має рівняння n1x x  n1y y  n1z z  d1  0 , (3) де d1  n1x x1  n1y y1  n1z z1 , а n1(n1x ,n1y , n1z ) - нормаль до поверхні в точці K 1 . Дотична t1( t1x , t1y , t1z ) отримується на перетину  і  : t1x  n1y (n0 x t 0 y  n0 y t 0 x )  n1z (n0 z t 0 x  n0 x t 0 z )); 10 t1y  n1z (n0 y t 0 z  n0z t 0 y )  n1x (n0 x t 0 y  n0 y t 0 x )); (4) t1z  n1x (n0 z t 0 x  n0 x t 0 z )  n1y (n0 y t 0z  n0 z t 0 y )). У площині  із точки K 1 проводимо пряму t1 , що утворює кут  , який дорівнює куту між сусідніми сторонами ламаної на площині. У новій системі координат вибираємо напрямний вектор прямої p з координатами (cos ,0, sin ) і повторюємо обчислення для ланки K1  K 2 . 15 20 25 30 Таким чином будуються всі наступні точки K1,...Ki , де i  12,...k . , Технологічний процес виготовлення деталей з вуглецевих корисної моделі в першу чергу базується на бажаних характеристиках виробу, зокрема, на формі його поверхонь. Наведений метод надає можливість розрахувати шлях накладання ниток на будь-якій криволінійній поверхні при виробництві деталей з корисної моделі в машинобудуванні. Можливість практичної реалізації моделі полягає у тому, що наданий алгоритм розрахунків може бути переведений у цифровий формат та запрограмований, і отримана програма є основою для роботи верстатів навивки з числовим управлінням. Фіг. 1. Побудова кривої по заданому напрямку на поверхні двоякої кривизни. Фіг. 2. Апроксимація просторової кривої на площині. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Спосіб моделювання технологічного процесу виготовлення деталей з композитів методом навивки, які мають геометричну форму поверхонь обертання з багатошаровим армуванням методом навивки, з різним напрямком армуючих стрічок, який відрізняється тим, що навивку виконують по поверхнях довільної геометричної форми зі змінним кутом руху намотувального механізму від точки до точки. 2 UA 90601 U Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3