Автоматизация расчета массовых характеристик прямоугольных электрических соединителей при помощи SOLIDWORKS API

Аннотация. В статье рассматривается вопрос вычисления расчетной массы прямоугольных соединителей, в состав которых входят детали с гальваническим покрытием, и предлагается способ его решения путем программной реализации алгоритма расчета массы покрытых деталей при помощи SOLIDWORKS API.

Ключевые слова: электрические соединители; электрические контакты; автоматизация проектных расчетов; SOLIDWORKS API

Введение

Масса – один из основных параметров любого изделия машино- и приборостроения. В сфере приборостроения, продукты которой используются в авиации и космонавтике, этот параметр играет важную роль.

При изготовлении прямоугольных электрических соединителей используются гальванические покрытия на основе драгоценных металлов, таких как золото, серебро и др. Наличие драгоценных металлов сказывается на цене готового изделия.

Для прямоугольных электрических соединителей масса изделия вычисляется как сумма масс, входящих в него компонентов, таких как изолятор, электрические контакты, экраны, корпуса, крепежные элементы (рис. 1).

Рисунок 1. Состав электрического соединителя

Современные CAD-системы позволяют производить расчет массы детали автоматически при указании материала изготовления и, как следствие, вычислять массу сборки. Однако, при проектировании трехмерных моделей контактов, корпусов и экранов электрических соединителей невозможно точно оценить влияние на итоговую массу гальванических покрытий (наносимых для улучшения токоведущих свойств или защиты) ввиду различия значений плотности материала.

Решить данную задачу возможно при помощи SolidWorks API, интерфейса, позволяющего разрабатывать пользовательские приложения для системы SolidWorks. С помощью API-приложений можно разработать специализированный модуль, добавляющий к базовым возможностям SolidWorks новые функциональные возможности.

Автоматизация расчета массы позволит сократить временные издержки при разработке КД и ТУ на этапах эскизного, технического и рабочего проектов опытно-конструкторских работ и более точно произвести предварительную оценку стоимости изделия.

Вычисление массы электрических соединителей

Массу электрического соединителя можно представить, как сумму масс его компонентов:

                                                                                             (1)

где М_С – масса соединителя; m_i  - масса детали соединителя; n – количество деталей в соединителе.

Можно выделить следующие типы деталей, входящих в состав соединителя: изоляторы, контакты, корпусные детали, экраны и крепеж. Гальваническому покрытию подвергаются, в основном, металлические детали с целью улучшения защитных (противокоррозионных) и токоведущих свойств. Следовательно, можно привести формулу (1) к следующему виду:

                                                                                   (2)

где m_j  - масса детали соединителя без гальванического покрытия; l – количество деталей в соединителе без гальванического покрытия; m_k  - масса детали соединителя с гальваническим покрытием; p – количество деталей с гальваническим покрытием.

Рассмотрим составляющие массы деталей с покрытием m_k:

                                                                         (3)

где – масса детали без покрытия, S_k – площадь поверхности детали,  – плотность материала покрытия, s- толщина покрытия по ГОСТ 9.303-84.

Также следует упомянуть факторы, которые невозможно учесть в рамках, представленных выше формальных выводов:

·неравномерность толщины гальванического покрытия по длине покрываемого изделия. Оптимальным решением является использование в качестве толщины покрытия среднее значение в пределах толщин, установленных ГОСТом;

·дефекты гальванических покрытий (пористость, трещины);

· дефекты поверхностей деталей, подвергаемых покрытию (царапины, следы инструмента, поры) и др.

Приведенные выше зависимости и указанные ограничения возможно представить в виде программы, позволяющей оценить массу электрического соединителя.

Структурно-функциональная схема программы

Сформулируем требования к программе, вычисляющей массу электрических соединителей:

· автоматизация вычисления массы возможна при помощи 3D моделей, поэтому необходимо предусмотреть доступ программы к  CAD-системе;

·пользователь программы должен иметь возможность выбирать сборочную единицу, для которой необходимо произвести данную операцию, поэтому требуется реализовать интерфейс для взаимодействия с пользователем;

·необходимо реализовать вывод результатов работы как при помощи пользовательского интерфейса, так и в текстовые редакторы для дальнейшей работы с ними;

·необходимо сохранять результаты расчетов в БД, чтобы, при необходимости, иметь возможность воспользоваться результатами уже произведенных расчетов.

На основании данных требований составим алгоритм работы программы (рис. 2).

Рисунок 2. Структурно-функциональная схема программы

На первом этапе пользователь работает с интерфейсом, при помощи которого указывает модель соединителя для которой необходимо выполнить расчет.

Данные из 3D-модели поступают в расчетный модуль, который при помощи алгоритма, изложенного далее производит расчет массы соединителя. Результаты расчетов сохраняются в БД и выводятся на экран пользователю.

Пользователь при желании экспортирует эти данные в текстовый редактор.

Алгоритм расчета массы

Рассмотрим подробнее работу расчетного модуля. После того как при помощи пользовательского интерфейса указана 3D-модель соединителя, для которой необходимо рассчитать массу, программа считывает количество деталей в соединителе(Cp), при этом перед началом работы расчетного модуля масса соединителя (Mc) обнуляется.

Рисунок 3. Алгоритм работы расчетного модуля

Далее для каждой детали проверяется наличие покрытия (булева переменная Plating). При проектировании соединителя пользователю необходимо указать наличие покрытия для детали. При отсутствии покрытия считанная масса детали суммируется с массой соединителя.

При наличии покрытия программа производит считывание количества поверхностей детали. Следующим шагом является получение площади каждой поверхности и умножение ее на толщину покрытия и плотность материала покрытия (произведение двух данных величин представлено параметром t). Суммируя данное произведение получаем массу покрытия(m_pl). По завершения вычисления массы толщины покрытия, она прибавляется к массе ранее обработанных деталей и массе обрабатываемой детали.

Возможностей SOLIDWORKS API для реализации программы

Для реализации разработанного алгоритма рассмотрим возможности интерфейса SOLIDWORKS API:

1.Интерфейс IModelDoc2 – базовый интерфейс, предоставляющий доступ ко всем документам SolidWorks;

2.Интерфейс IAssemblyDoc – предоставляет доступ к функциям для выполнения операций внутри сборки, таких как добавление новых деталей, условий сопряжения, скрытие и отображение компонентов;

2.1.Метод GetComponents – метод, возвращает массив деталей сборки;

3.Интерфейс IPartDoc – предоставляет доступ к функциям, выполняющим операции с деталями;

4.Интерфейс IMidSurface3 – предоставляет доступ к выбору поверхностей тела;

 4.1.Метод GetFaceCount – метод, возвращающий количество поверхностей;

5.Интерфейс IFace2 – предоставляет доступ к характеристикам поверхностей;

5.1.Метод GetArea – возвращает площадь поверхности;

6.Интерфейс IMassProperty –предоставляет доступ к массовым характеристикам объекта;

6.1.Свойство Mass – возвращает массу детали.

Указанные интерфейсы и методы позволяют в полной мере реализовать предложенный алгоритм.

Результаты

Результаты расчетов массы полученных при помощи описанного выше алгоритма для аналога розетки MW американского производителя соединителей Samtec (рис. 4) показали, что масса, рассчитанная при помощи алгоритма, на 15-20% больше массы соединителя без покрытия (в зависимости от количества контактов в соединителе). Что отличается от эмпирического коэффициента 1,1, используемого на практике.

Рисунок 4. Розетка CLM