10. Одномерное геометрическое конструирование. Модель и процедура конструирования объектов (стержни, линейки, трубопроводы, трассы и др.)

Рассмотрим модели и процедуры конструирования объектов, которые включают: стержни, линейки, гребенки, трассы (жгуты и трубопроводы) и др., имеющие структуру одномерной последовательности. Формализованной моделью этих объектов является одномерная схема компоновки (рис. 6.2, а) или трехмерная модель, например трубопровод (рис.6.2, б). . Строка символов является информационной моделью одномерной последовательности и включает позиции – знакоместа – для размещения цепочек символов (рис. 6.3). Аналогично строится модель из геометрических элементов последовательным их набором по ячейкам. Примером является расшивочная панель-гребенка (рис. 6.4). Стержень, как конструктивный элемент, могут быть представлены геометрической или твердотельной моделями (рис. 6.5).

Рассмотрим процедуру одномерного конструирования изделия в обобщенном виде:

1. Составить набор элементов, исходя из результатов схемотехнического или функционального проектирования. Выделить входной и выходной элементы. При необходимости провести преобразование элементов и назначение размеров.

2. Выбрать способ выполнения компоновки: одномерный по прямой, по заданной трассе или по фиксированным позициям.

3. Определить и разметить трассу, ввести векторы направленности.

4. Проанализировать структуру: геометрическая или топологическая, дискретная или непрерывная. Выделить позиции, стыки, разветвления.

5. Выполнить размещение элементов подстановкой в позиции в зависимости от функционального назначения или заданного схемой.

6. Провести размещение топологическое по критериям связности с последующим улучшением размещения перестановками.

7. Врезка новых элементов при необходимости.

8. Сформировать входные и выходные элементы, стыки, статические и кинематические соединения. Согласовать входы, выходы и разветвления с ответными элементами.

9. Анализ и оптимизация размещения. Включить элементы наполнения.

10. Оформить компоновку. Назначить все основные размеры – пример осесимметричная деталь (рис. 6.6).

Компоновка одномерной последовательности может быть регулярной или нерегулярной. Конструирование стержня как твердого тела представлено на рис. 6.7, где элементами наполнения по протяженности являются отверстия, пазы, бобышки, подсечки и др.

11. Двумерное геометрическое конструирование. Модели и процедуры конструирования объектов (печатные конструкции, панели, платы, рамы и детали из листа).

Основные двумерные конструкции выполняются в виде: 1) плоских стержневых сборочных единиц: укосин, рам или ферм; 2) плоских сборочных единиц панельного типа; 3) печатных конструкций; 4) деталей из листа. Моделями таких конструкций могут явиться графические (лист), многослойные графические, геометрические 2Dи твердотельные, когда задана постоянная толщина объекта, и их комбинации. Формальной моделью стержневой конструкции (рамы или фермы) является плоский неориентированный граф. Примеры моделей даны на рис. 6.8.

Конструирование рам.Рама представляет собой сборочную единицу, несущими элементами которой являются стержни, выполненные из нормализованных профилей или труб, листовых гнутых и штампованных деталей или литья. Стержни рамы соединяются узлами. Формальное описание рамы и варианты структуры рам приведены на рис. 6.9.

Узлы, соединяющие стержни выполняются неразъемными (сварка, пайка или на заклепках), разъемными (на винтах и болтах) и в виде кинематических пар. Правило конструирования узлов: исходя из положений статики, линии имитирующие стержни должны проходить через центр тяжести профиля и в узле должны пересекаться в одной точке, соответствующей вершине графа на формальной модели. Пример конструирования рамы дан на рис. 6.10.

В конструкциях ЭВА и РЭА рамы обычно относятся к конструктивным модулям четвертого уровня. Они используются для установки и крепления в них панелей с электронными узлами, блоками питания, электромеханическими узлами и др. Сами рамы устанавливаются в каркасы стоек или шкафов ЭВА.

Плоские сборочные единицы (СБ)ЭВА включают укладки и панели с односторонним размещением элементов разных габаритов и разной формы в располагаемой области; панели с двусторонним размещением элементов также разной формы и разных габаритов; панели с компоновкой типовых конструкций с повторением в двух главных геометрических направлениях.

Основной пример СБ ЭВА – печатная (коммутационная) плата или субблок. Она служит основанием для монтажа микросхем, бескорпусных радиоэлементов, радиодеталей и обеспечивает коммутацию всех элементов в соответствии с принципиальной электрической схемой. Разновидности печатных плат: печатные платы из стеклотекстолита (однослойные, двухслойные и многослойные); многослойные керамические платы; многослойные платы на основе полиамидной пленки; металлические основания, покрытые специальным диэлектриком.

Печатные конструкции разделяются на следующие объекты: информационные текстовые и кодовые детали; электрические коммутационные детали, микрополосковые платы СВЧ, оптические диски, матрицы, сетки и подобные элементы. К информационным и кодовым деталям относятся бирки, шильдики, торговые марки, табло, надписи, таблицы и др.; электрические коммутационные детали, включающие основания печатных плат с печатными проводниками, печатные роторы электродвигателей. Далее, подложки микросхем с плоскими электрорадиоэлементами и проводниками; микрополосковые платы, реализующие микрополосковые линии передачи СВЧ сигналов и состоящие из диэлектрической подложки, проводников полосковой линии и проводящего слоя на обратной стороне подложки. Оптические детали имеют прозрачный оптический элемент и нанесенный на него функциональный рисунок (перекрестия, кольца, символы, дифракционные решетки и т. д.). Морфологическая структура печатной конструкции дана на рис. 6.11.

Детали из листа.Рассмотрим конструирование плоских деталей из листа, к ним относятся простейшие детали: платы, панели, накладки, косынки, прокладки и т. п. К ним же можно отнести заготовки из листа для изготовления гнутых деталей и деталей, изготавливаемых вытяжкой. В эту группу отнесем также квазиплоские детали (рис. 6.13), которые имеют выпуклые местные элементы (отбортовки, жалюзи, подштамповки, рифты и т. д.). Данный класс деталей изготавливается холодной штамповкой или резкой с последующей слесарной обработкой.

Геометрически плоская деталь представляет собой полигон – контур и внутренняя область (рис. 6.12). Контур строится в виде замкнутой полилинии, в простейшем случае – ломаной или из элементарных геометрических фигур. Построив контур детали, и выбрав материал, оформляют необходимое число проекций (обычно не меньше двух) и наносят размеры всех элементов чертежа – графической модели детали. Сопрягаемые размеры должны иметь допуски.

Плоские детали рекомендуется конструировать под холодную штамповку, что позволяет: 1) изготавливать детали сложного контура; 2) обеспечивать взаимозаменяемость деталей; 3) сократить число операций, требующихся для изготовления деталей сложных форм; 4) использовать труд малоквалифицированных рабочих; 5) понизить себестоимость изготовления деталей.