12. Трехмерное геометрическое конструирование. Модели и процедуры конструирования несущих конструкций эва.

Основные трехмерные несущие конструкции РЭА и ЭВА включают: 1) стойки, шкафы, отсеки, пульты (обычно модули четвертого уровня); 2) шасси, объемные панели, каркасы, блоки, приборы (модули второго и третьего уровней); 3) корпуса мехатронных изделий, основания, поддоны, корпуса изделий, куда встраивается РЭА или ЭВА. Эти конструкции могут выполняться каркасного, бескаркасного (оболочкового) или комбинированного типа. Конструктивными элементами являются стержни (профили), пластины, оболочки и литые (монолитные) детали. Конструкции выполняются сборными и сварными.

Модели (типовые схемы) геометрической компоновки изделий. Вид конструкции ЭВА определяется количеством уровней иерархии типовых модулей, наличием оригинальных узлов и их геометрической компоновкой, которая определяет выбор формы, размеров, взаимного расположения составляющих конструкции и способ их перемещения относительно друг друга.

Задача выбора оптимальной формы типовой конструкции ставится следующим образом: найти плоскую фигуру заданной площади, ограниченную замкнутой кривой минимального периметра, или пространственную фигуру заданного объема, ограниченную замкнутой поверхностью минимальной площади. Площадь или объем для размещения элементов схемы и конструкции зависят от количества оборудования, которое входит в состав изделия. Если элементы конструкции рассматривать как материальные точки, то искомыми фигурами являются круг и шар, которые теоретически обеспечивают минимум внешних элементов и их равноудаленность от центра.

Сферическая и цилиндрическая формы типовой конструкции не удовлетворяют указанным требованиям и не обеспечивают высокой плотности упаковки, т. е. эффективного использования объема типовой конструкции следующего уровня. Поэтому типовые конструкции рекомендуется разрабатывать в форме прямоугольного параллелепипеда. Отметим, что переход от круга к квадрату при условии равенства их площадей приводит к увеличению длины максимальной линии связи в среднем на 25%.

Как уже указывалось, под компоновочной схемой понимают взаимное расположение типовых конструкций. В располагаемом объеме входящие компоненты могут повторяться в одном (1D), двух (2D) или трех (3D) главных геометрических направлениях. Таким образом, в процессе конструирования возможен переход от одномерного к трехмерному конструированию: сначала конструируют линейки элементов, затем панели и панели компонуют в объем (блок или стойку).

Для удобства доступа к элементам, требующим подхода в эксплуатации, применяют следующие способы перемещения типовых конструкций: разворот (веерная конструкция), выдвигание или откидывание и раскрытие (книжная конструкция). Компоновку комплекса панелей, рам или стоек в стационарном оборудовании ЭВА можно выполнять в объеме прямого кругового цилиндра (осесимметричная конструкция). На практике применяют две основные компоновочные схемы: «крест» и «звезда». При выборе формы специальной ЭВА необходимо учитывать требование максимального использования объема контейнера заданной формы, в котором она устанавливается. Силовой основой несущей конструкции служат каркасы, рамы, оболочки.

Каркасы стержневого типа. Эти каркасы составляют пространственный остов несущей конструкции и обычно выполняются ортогонального построения. Каркасы сложной формы конструируют на основе ферм. “Проволочная” модель каркаса дана на рис. 6.14. Формализация стержневой конструкции, как указывалось выше, есть плоский или пространственный (3D) граф. Вершины графа соответствуют узлам, а ребра–стержням каркаса; векторное представление (рис. 6.15).

При разработке ЭВА используют унифицированные конструкции (УК), рекомендованные ГОСТ 25122 – 82, ГОСТ 20504 – 81, ГОСТ 26.204 – 83. Примеры см. [3] с. 195.

Несущие и защитные конструкции из листового материала (коробки, оболочки).Исходные положения для выполнения проектных процедур конструирования СБ единиц типа “коробка” и “оболочка”, их производных и деталей, составляющих эти объекты:

1. Гнездо деталей: несущие и защитные детали и сборочные единицы (приборные и вставные блоки и блочные каркасы из листа).

2. Форма: плоские и трехмерные ортогональные детали и СБ, составляющие коробки; Криволинейные поверхности (шаровые, конические, цилиндрические и другие поверхности второго порядка), составляющие оболочки.

3. Конструктивно-технолгическое исполнение из листа, соединение – сварка. Объемные детали (сборно-сварные и гнутые): коробка (прямой параллелепипед); кожухи (пятистенные, четырехстенные, трехстенные, уголковый); оболочковые – обечайки соответствующей формы.

4. Конструктивные детали: пластины, панели (передние), крышки, днища, стенки; конструктивные элементы: углы, швы, подсечки, отверстия, окна, вырезы, буртики, окантовки, жалюзи и др. Выполнение плоских деталей см. выше.

Основная структурная модель коробки – полый параллелепипед- может быть представлена единичным параметризированным кубом. Эта модель приведена на рис. 6.15. Морфология и конфигурация деталей на основе модели коробки показана на рис. 6.16.

Рассмотрим пример проектной процедуры конструирования коробки. Последовательность процедуры:

1. Вид объекта – сборочная единица. Назначить имя.

2. Функциональное назначение – несущая и защитная конструкция. Вид – оболочка. Форма габаритного объема – параллелепипед.

3. Конструктивное исполнение: из листа, соединение сваркой.

4. Основные технологические операции: раскрой, штамповка, гибка, отбортовка.

5. Базовая модель – единичный куб, преобразуемый параметрически в параллелепипед.

6. Структура конфигурации оболочки в зависимости от числа твердотельных граней N(рис. 6.18), гдеN= 1- 6. Например, еслиN=5, то сборочная единица “кожух” и вариант исполнения - открытая коробка. Формируется развертка коробки (рис. 6.17) в соответствии с числом граней.