Разработка 3D модели детали 'Поводок муфты'

Содержание

1. Разработка 3D модели детали «Поводок муфты»

1.1 Создание заготовки детали

1.1.1 Упрощенное построение изображения зуба. Моделирование зуба

1.2 Использование подпрограммы расчета Shaft 3D и создание модели поводка муфты по этим расчетам

2. Разработка 2D чертежа на основе 3D модели детали

. Разработка 3D модели заготовки

3.1 Создание 3D модели операционных заготовок методом добавляемых тел в системе «CATIA V5»

3.1.1 Создание аннотаций

3.1.2 Проектирование операционных заготовок методом добавляемых тел

.1.3 Создание операционных заготовок детали «поводок муфты» методом логической операции сборки

3.2 Создание 3D модели в системе «Компас V15»

4. Инженерный анализ операции механической обработки. Определение возможной деформации детали в процессе обработки

4.1 Алгоритм расчета твердотельной модели методом конечных элементов

5. Разработка 3D модели упрощенного станочного приспособления на операцию технологического процесса

Вывод

Список литературы

Приложение

.       
Разработка 3D модели детали «Поводок муфты»

.1 Создание заготовки детали

По чертежу деталь имеет шлицевые наружные и внутренние зубья, поэтому можно воспользоваться справочной литературой [6] где есть описание упрощенного построения зуба зубчатого колеса. Для начала создадим заготовку.

.        Выбираем плоскость XY для построения эскиза, входим в режим создания эскиза, нажав кнопку Эскиз.

Рисунок 1.1 Эскиз детали

2. Строим эскиз согласно рисунку: В нашем примере ось вращения смещена относительно контура будущего колеса, в результате при вращении контура будет образовано и посадочное отверстие.

. Выходим из режима создания эскиза, отжав кнопку  .

. Для создания тела вращения, выбираем команду Операция вращения и создаем объект.

Рисунок 1.2 Заготовка детали

.1.1   Упрощенное построение изображения зуба. Моделирование зуба

. Выбираем торцевую плоскость и строим на ней следующий эскиз согласно схеме упрощенного построения зуба. Линии построения создаем стилем линии - Вспомогательная, а контур зуба - Основная.

Рисунок 1.3 Эскиз упрощенного построения зуба

. Выходим из эскиза, выбираем команду Приклеить выдавливанием , установим величину выдавливания, равную ширине зубчатого венца.

Рисунок 1.4

В результате получим модель зуба.

Рисунок 1.5

. Выделяем зуб в дереве построения, если выделение снято, выбираем команду построения Массива по концентрической сетке.

Рисунок 1.6

. На панели свойств щелкаем левой кнопкой мыши на кнопке Ось и указываем, также щелчком мыши, цилиндрическую поверхность зубчатого венца или ступицы, в результате программа выберет ось массива, совпадающей с осью тела вращения. Задаем количество элементов массива (в нашем примере - 70).

Рисунок 1.7

5. Создаем объект.

Рис 1.8. Построение зубчатого венца

Таким же методом можно построить шлицы и на внутренней поверхности модели.

.2 Использование подпрограммы расчета Shaft 3D и создание модели поводка муфты по этим расчетам

. Создаем новую деталь. Вызываем библиотеку, нажав кнопку . Выбераем раздел Расчет и построение и в нем - КОМПАС-SHAFT 3D.

Рис 1.9

. Выбираем тип отрисовки В разрезе

Рис 1.10

2. Создаем ступицу колеса, для чего выбираем Внешняя цилиндрическая ступень, указываем плоскость для построения (например, Плоскость ZY) и задем параметры в диалоговом окне, после чего нажимаем кнопку с галочкой.

Рис 1.11

. Далее, будем моделировать зубчатый венец. Выбираем команду построения Шлицы эвольвентные, указываем плоскость построения зубчатого венца (торцевая плоскость ступицы - на экране будет подсвечена зеленым цветом), в результате появится диалоговое окно:

Рис 1.12

Далее проводим построение остальных поверхностей. Последовательно переходя по необходимым вкладкам.

Рис 1.13. Создание модели поводка муфты в подпрограмме Shaft 3D

В заключении нажимаем кнопку Генерация твердотельной модели на вкладке, система автоматически создает модель детали. Проставляем размеры и т.д.

Рисунок 1.14. Генерация твердотельной модели

.       
Разработка 2D чертежа на основе 3D модели детали

Создаем новый чертеж.

Рис. 2.1

На вкладке Виды  нажимаем кнопку Стандартные виды.

Рис. 2.2

Выбираем схему отображения модели. И нажимаем ОК, и нажимаем ОК, в результате получим готовый чертеж, в котором затем проставляем необходимые размеры и оформляем в соответствии с требованиями.

Рис. 2.3

Рис. 2.4. 2D - чертеж детали «Поводок муфты»

.       
Разработка 3D модели заготовки

.1      Создание 3D модели операционных заготовок методом добавляемых тел в системе «CATIA V5»

Система «CATIA v5» (Computer Aided Three-dimensional Interactive Application) - одна из наиболее распространенных систем автоматизированного проектирования высокого уровня. Это комплексная система автоматизированного проектирования (CAD), технологической подготовки производства (CAM) и инженерного анализа (САЕ), включающая в себя инструментарий трёхмерного моделирования, подсистемы программной имитации сложных технологических процессов, развитые средства анализа и единую базу данных текстовой и графической информации. Система позволяет эффективно решать все задачи технической подготовки производства - от проектирования до выпуска чертежей, спецификаций, монтажных схем и управляющих программ для станков с ЧПУ.

.1.1   Создание аннотаций

Для создания аннотации в системе «CATIA V5» используется модуль Functional Tolerancing & Annotations.

Все созданные аннотации хранятся в дереве построения в отдельной ветке наборы аннотаций.

Открыв модель, выбираем кнопку Dimensions для создания аннотаций размеров и проставляем все требуемые размеры. Редактирование размера происходит через меню свойства, где можно присвоить размеру какие-либо атрибуты.

Каждый размер закрепляется за плоскостью аннотаций. Для удобства можно создавать несколько плоскостей для каждой операции в отдельности, в которых будут содержаться размеры, необходимые на данной операции. Это упрощает вид дерева модели, что в свою очередь облегчает поиск нужных размеров в дереве построения.

.1.2 Проектирование операционных заготовок методом добавляемых тел

При проектировании деталей, получаемых традиционными способами механообработки, на основе CAD-моделей создаются операционные заготовки, которые содержат, помимо общей геометрической и конструкторской информации, геометрические и технологические данные о пооперационных преобразованиях заготовки в деталь - это могут быть элементы (примитивы), описывающие удаляемый материал, символы баз, технологические размеры, допуски формы и расположения поверхностей, параметры шероховатости. Таким образом, можно ввести понятие конструкторско-технологической модели детали (КТМД) - это разработанная конструктором модель (КМ), содержащая технологические данные (ТД):

.

Методика проектирования операционных заготовок, разработанная на кафедре технологии приборостроения СПбГУ ИТМО, основана на обратном преобразовании моделей операционных заготовок, при котором преобразование T начинается от модели детали (D) и заканчивается получением модели исходной заготовки (Z₀): T: D ® Z₀. В свою очередь, для каждой i-ой операции необходимо выполнить преобразование T_i модели Z_i^вых выходной заготовки в модель Z_i^вх входной операционной заготовки: T_i: Z_i^вых ® Z_i^вх. Преобразование T_i заключается в преобразовании формы и размеров выходной заготовки путем наращивания припусков на поверхностях выходной ТМОЗ (технологической модели операционной заготовки).

Так как входная заготовка Z_i^вх для i-ой операции является выходной заготовкой Z_i-1^вых для i-1 операции, то имеет место преобразование: T_i^': Z_i^вх ® Z_i-1^вых. Для этого преобразования возможны две ситуации. Если необходимо получить твердотельную модель Z_i-1^вых выходной заготовки для предшествующей операции, то Z_i-1^вых = Z_i^вх, где Z_i^вх твердотельная модель входной заготовки для i-ой операции. Если необходимо получить операционный эскиз, то сначала получают эскиз выходной заготовки Z_i-1^эвых путем проецирования твердотельной модели Z_i^вх на плоскости проекций чертежа. Далее Z_i-1^эвых дорабатывается до операционного эскиза. Доработка заключается в простановке баз и операционных размеров (ОР), выдерживаемых на i-1 операции, а также в указании качества обрабатываемых поверхностей (шероховатость, твердость, покрытие и т. д.). Таким образом, на основе ТМОЗ для выходных заготовок создается карта с операционным эскизом.

При проектировании КМОЗ необходимо, как минимум, следовать нижеприведенным условиям:

. КМОЗ должна быть информативна, т.е. включать в себя максимум технологических данных о детали: базы, технологические размеры и припуски, параметры шероховатости и т.д.

. КМОЗ должна быть ассоциативна с исходной моделью детали, т.е. изменения в модели детали должны отражаться и в моделях всех заготовок.

. ТМОЗ и модель детали должны содержаться в едином файле, чтобы не загромождать файловую систему и не нарушать структуры файлов в папке со сборкой изделия.

Общую схему проектирования ОЗ методом добавляемых тел можно выразить так, как показано на рис. 2.4:

На этом рисунке:

MD - твердотельная модель исходной детали;_i^вых - твердотельная модель выходной заготовки для i-той операции;

Рис. 3.1 Общая схема проектирования ОЗ методом добавляемых тел

_i^вх - твердотельная модель входной заготовки для i-той операции;_i - добавляемые тела для i-той операции;

ПЭ_i - предварительный операционный эскиз для i-той операции;

Э_i - окончательный операционный эскиз для i-той операции.

Как видно из рисунка, имеет место двухпроходная схема проектирования ОЗ. На первом проходе проектируются операционные заготовки и создаются предварительные операционные эскизы. В этих эскизах проставлены технологические базы и показана простановка операционных размеров.

На втором проходе выполняется расчет операционных размеров, который заключается в определении их номинала и точности.

3.1.3 Создание операционных заготовок детали «поводок муфты» методом логической операции сборки

При работе в системе «CATIA V5» можно выделить три основных метода создания операционных заготовок: метод булевых операций, метод сборки и метод логической операции сборки.

Непосредственно в этой работе создание операционных заготовок осуществляется методом логической операции сборки.

Данный метод использует модуль Part Design для создания операционных заготовок. При этом для каждого добавляемого тела создается свое тело (Body) со своим деревом построения, которые впоследствии объединяются в основном теле с помощью команды «логическая операция - сборка».

Достоинством данного метода являются удобное дерево построений, удобное редактирование добавляемых тел, единый файл, содержащий в себе все операции и добавляемые тела, относительно небольшой размер конечного файла, который немногим больше чем в методе булевых операций.

К недостаткам метода можно отнести более сложный способ создания аннотаций, чем в методе сборки, а так же высокую нагрузку на компьютер при отключении/включении добавляемых тел, так как это приводит к постоянным пересчетам формы модели заготовки.

Рис.3.2 3D-модель детали «Поводок муфты»

При создании заготовок использовался метод обратного преобразования моделей. Следуя этому методу, вначале, по конструкторскому чертежу, была создана модель готовой детали.

К модели детали методом логической операции сборки последовательно добавляются тела, которые полностью или частично (добавление упрощенного контура) являются снимаемым материалом (припуском) на операциях технологического процесса изготовления детали.

Рис.3.3 Дерево построения моделей операционных заготовок методом логической операции сборки

Активируя операцию сборки «На точение 2», получаем операционную заготовку на вторую токарно-винторезную операцию:

Рис. 3.4

Далее на созданных моделях операционных заготовок могут создаваться необходимые аннотационные размеры, а так же на основе этих моделей могут делаться чертежи операционных заготовок.

Использованный метод построения сборки позволяет избежать появления лишних линий и элементов на границах пересечения добавляемых тел и является наиболее удобным для проектирования сборок несложных моделей с небольшим количеством операций.

.2      Создание 3D модели в системе «Компас V15»

Для создания модели заготовки в среде САПР Компас необходимо определить размеры проектируемого изделия используя математическое моделирование на основе совмещенной схемы графов линейных и диаметральных размеров. Затем проводим размерный анализ, определяем номинальные и предельные размеры и в соответствии с требованиями к заготовке создаем эскиз внешнего контура модели.

Рисунок 3.5 Эскиз модели

Завершаем создание эскиза ожатием кнопки Эскиз и переходим на вкладку Операция вращением, где указываем созданный ранее эскиз заготовки и ось вращещия, при этом необходимо обратить внимание на пересечение оси с контуром.

Кнопка Создать объект завершает построение модели, затем проставляем необходимые размеры и технические требования к изделию.

Рис. 3.6

Рисунок 3.7. 3D модель заготовки

заготовка логический твердотельный

.       
Инженерный анализ операции механической обработки. Определение возможной деформации детали в процессе обработки

.1 Алгоритм расчета твердотельной модели методом конечных элементов

Создаем 3D модель.

Рисунок 4.1

Выбираем материал.

Рисунок 4.2

После выбора материала устанавливаем закрепление.

Рисунок 4.3

Далее прикладываем распределенную силу.

Рисунок 4.4

Распределенная сила F=7000 Н

Далее произвели разбиение и расчет. Выбираем генерацию КЭ сетки. При максимальной длине стороны элемента =5 ,

Максимальный коэффициент сгущения на поверхности = 1,

коэффициент разряжения в объеме = 1.

Рисунок 4.5

Делаем статический расчет.

Рисунок 4.6

Далее заходим в результаты и смотрим карту результатов.

Рисунок 4.7

Результат по перемещениям:

Рисунок 4.8

Вывод: в результате, мы выявили что в данной детали F=7000 H, в самом напряженным состоянии является max значение.

.       
Разработка 3D модели упрощенного станочного приспособления на операцию технологического процесса

Станочные приспособления являются одним из основных элементов оснащения металлообрабатывающего производства, позволяющих эффективно использовать в производственном процессе станки общего назначения. Применение приспособлений дает возможность специализировать и настраивать станки на заданные процессы обработки, обеспечивающие выполнение технологических требований и экономически рентабельную производительность. Приспособления с механизированным управлением во многих случаях позволяют автоматизировать процессы закрепления и освобождения деталей, что во многом приближает станки с таким приспособлением к условиям работы специализированного оборудования.

Использование приспособлений способствует:

повышению производительности и точности обработки;

облегчению условий труда, сокращению количества и снижению необходимой квалификации рабочих;

строгой регламентации длительности выполняемых операций;

расширению технологических возможностей оборудования;

повышению безопасности работы и снижению аварийности.[4]

Рис.5.2 Специальное приспособление с откинутой кондукторной плитой и без шайбы, которая прижимает деталь.

Рис.5.3 Специальное приспособление без установленной детали «Втулка».

В данной работе проектируется приспособление для вертикально-сверлильной операции - кондуктор.

Для проектирования технологической оснастки в данной работе использовалась система «Компас-3D».

Базирование заготовки в специальном приспособлении.

Рис.5.4 Установочная база.

Рис.5.5 Направляющая и опорная базы.

Вывод

В данной работе по чертежу «Поводок муфты» создана 3D модель детали. Модель содержит размеры, допуски взаимного положения поверхностей, шероховатости и другую информацию с чертежа детали.

Далее на основе 3D модели детали разработан 2D чертеж. Разработка модели заготовки произведена после размерного анализа и выявления припусков и предельных размеров заготовки.

Проведен инженерный анализ одной из операций механической обработки. Определена возможная деформации детали в процессе обработки.

В заключительной части расчетно-графической работы разработана 3D модель упрощенного станочного приспособления на одну из операций технологического процесса.

Список литературы

1. Аверченков В.И., Каштальян И.А., Пархутин А.П. САПР технологических процессов, приспособлений и режущих инструментов. -Мн.: Высшая школа, 1993. 288 с.

. Бочков А.Л. Трехмерное моделирование в системе Компас-3D (практическое руководство). - СПб: СПбГУ ИТМО, 2007. - 80 c.

3. Вардашкин Б.Н. и Шатилов А.А. Станочные приспособления. Справочник в двух томах. Москва "Машиностроение", 1984 год, под редакцией, том 1 - 592 с., том 2 - 656 с.

4. Куликов Д.Д., Гусельников B.C., Бабанин B.C., Шувал-Сергеев Н.А. Проектирование операционных заготовок в среде CAD-систем // Методическое пособие, СПб.: СПбГУ ИТМО, 2009. -66 с.

5. Косилова А.Г. Мещеряков Р.К. «Справочник технолога машиностроителя», М., Машиностроение, 1985, В 2-х томах.

. Федоренко В.А., Шошин А.И. Справочник по машиностроительному черчению. Л.: Машиностроение, 1976 год, -336 с

7. Яблочников Е.И., Комисаренко А.Л. Построение 3D-моделей изделий. СПб: СПбГУ ИТМО, 2007. - 39 с.

Приложение 1