Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

федеральное государственное автономное образовательное

учреждение высшего образования

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Инженерная школа неразрушающего контроля и безопасности

Отделение электронной инженерии

11.04.04 Электроника и наноэлектроника

ОТЧЕТ

ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ 6

Дисциплина Системы автоматизированного проектирования электронных средств

Выполнил:

Студент группы 1AM41 Сошников И.С.

Проверил:

Доцент (ОЭИ, ИШНКБ) Костарев И.С.

Томск 2025

Цель работы:

Выполнить сборку по 2D чертежу. Произвести механические и тепловые расчеты.

Конкретные задачи включают:

1. Определение резонансных частот конструкции, чтобы убедиться, что первая резонансная частота соответствует требованиям (не ниже 50 Гц).

2. Анализ поведения конструкции при различных механических нагрузках: - Квазистатические воздействия (10g).

Вибрационные нагрузки (синусоидальные и широкополосные случайные вибрации).

Ударные нагрузки (полусинусоидальный импульс с амплитудой 150g и длительностью 0,40,6 мс).

3. Расчет коэффициента запаса прочности для оценки способности конструкции выдерживать приложенные нагрузки.

4. Оценка результатов и вывод о том, соответствует ли конструкция заданным требованиям по прочности и устойчивости.

Рисунок 1 Пробка

Рисунок 2 Корпус

Рисунок 3 - Втулка

Рисунок 4 Изометрия сборки

Рисунок 5 Вид сверху

Рисунок 6 вид снизу

Механический расчет

В первую очередь проведем проверку интерференции на выявление ошибок.

Для начала выполнения расчетов, необходимо задать материал для каждой из деталей, а также определить к какой плоскости будет крепление, в данном случае к корпусу на предусмотренные отверстия. А также определить все соединения, в нашем случае это втулка с пробкой, корпус с втулкой на 3 винта.

Рисунок 7 Отсутствие интерференции

Следующая проверка качества сборки это сетка. Суть сетки в том, чтобы раздробить сборку на множество более простых геометрий и если сетка выполняет, то это сигнализирует о надежности.

После построения сетки необходимо произвести оценка качества, делается это по коэффициенту Якобиана по 4 точкам. Сетка считается качественной, если коэффициент Якобиана не превышает 30.

Рисунок 8 Сетка.

Рисунок 9 Эпюра качества сетки с помощью Якобиана

Частотный анализ

Частотный анализ позволяет оценить поведение сборка на воздействия резонансных частот.

Рисунок 10 Частота = 491

Рисунок 11 Частота = 804

Рисунок 12 Частота = 1800 Гц

Рисунок Частота = 4868

Рисунок Частота = 7563

Рисунок 13 Результаты частот

Квазистатический расчет

Расчет начинается с создания сетки и проверки ее по коэффициент Якобиана.

Квазистатический анализ позволяет оценить реакцию сборки на внешние воздействия, т.е. давление по всем трем осям.

Напряжение выдержит не выдержит.

Перемещение проверка на касание элементов.

Рисунок 14 Сетка

Рисунок 15 проверка качества сетки методом Якобиана

В первую очередь оценить поведение сборки, если будет воздействия сверху вниз силой 10g (рис. 16).

Рисунок 16 Расчет статической по Y. Нагрузка 91.8 m/s сверху вниз

По рисунку видно, что основное давление приходится на ребро, что собственно логично.

Расчет коэффициента запаса:

Меняем плоскость:

Рисунок 17 Расчет по оси X

Рисунок 18 Расчет по оси Z.

Широкополосная случайная вибрация

Широкополосный анализ начинается с создания сетки и проверки по коэффициенту Якобиана. Далее необходимо определить все параметры. К ним относятся:

Согласно ТЗ (рис. 19), берем диапазоны частоты и ускорения.

Рисунок 19 Параметры для кривой частот

Рисунок 20 Кривая частот

Рисунок 21 Результат расчета по оси X по напряжения.

Рисунок 22 Результат расчета по оси X по перемещению.

При наложении диапазона частот на резонансную втулка вырывается из корпуса в местах винтовых соединений и наибольшее перемещение приходится на верхнюю часть втулки.

Рисунок 23 Результат расчета по оси Z по напряжению

Рисунок 24 Результат расчета по оси Z по перемещению

Перемещению пришлось на винтовую часть около головки:

Рисунок 25 Винтовая часть погнута

Проведет расчет по оси Y.

Рисунок 26 Результат расчета по оси Y по напряжению

Рисунок 27 Результат расчета по оси Z по перемещению

Синусоидальные вибрации

Процедура анализа на синусоидальные вибрационные нагрузки однотипно, но значение другие, и она представлены в таблице выше.

Рисунок 28 Кривая частот

Рисунок 29 Результат расчета по оси Y по напряжения.

Основная нагрузка приходится на винтовые соединения, втулку вырывает из корпуса.

Рисунок 30 Результат расчета по оси Y по перемещению.

Рисунок 31 Результат расчета по оси X по напряжения.

Заметно, что по оси Х деталь деформировалась в сторону и основная нагрузка пришлась на винты. Особенно погнулся винт справа.

Рисунок 32 Результат расчета по оси X по перемещению.

Рисунок 33 Результат расчета по оси Z по напряжения.

Рисунок 34 Результат расчета по оси Z по перемещению.

Ударное воздействие (полусинус)

Амплитуда полусинусоидального импульса 1470 м/с² (150 g) длительностью 0,40,6 мс.

Расчетная формула запаса прочности такая же:

Расчет начинается с создания сетки и настройки параметров. Далее необходимо рассчитать нагрузочные значения:

• Определяем амплитуду полуволны: =150/1.78=84g;

Первая резонансная частота = 491 (рис. 10);

Определяем длительность полуволны:=800/491.04=1,62919518;

• Определяем частоту: =1000/3.2586=306.8999995445604;

Зададим нагрузку полусинус:

Рисунок 35 Полусинусоидальная кривая

Время окончания _n взял в 6 раз больше

Рисунок 36 Модальная временная

Рисунок 37 Результат расчета по оси Z по напряжению.

Рисунок 38 Результат расчета по оси Z по перемещению.

Рисунок 39 Ось Z

При ударе по оси Z основная нагрузка пришлась на винтовые соединения, а именно втулка стала вырываться из корпуса.

Рисунок 42 Ось Y

Рисунок 43 Результат расчета по оси Y по напряжению.

Рисунок 44 Результат расчета по оси Y по перемещению.

Рисунок 45 Результат расчета по оси Y по деформации

При прикладывании силы по оси Y втулка изгибается ближе к корпусу и вырывается из винтовых соединений.

Рисунок 46 Результат расчета по оси X по напряжению.

Рисунок 47 Результат расчета по оси X по перемещению.

Рисунок 48 Результат расчета по оси X по деформации.