CC BY
37
УДК 514.18:004
ПАРАМЕТРИЧНИЙ П1ДХ1Д ДО ПОБУДОВИ 3D-МОДЕЛI ТА КРЕСЛЕНИКА ЗУБЧАСТОГО КОЛЕСА В ПАКЕТ AUTODESK INVENTOR
С.М. ¡ванов, доц., к.т.н., О.О. Порхун, студ., А.С. Т1щенко, студ., Харкчвський нацюнальний автомоб1льно-дорожн1й ун1верситет
Анотаця. Пропонуеться параметричний nidxid до побудови 3D-моделi зубчастого колеса в naKemi Autodesk Inventor i3 застосуванням «параметричног оболонки». Проведений аналiз та математична обробка довiдкових даних дозволили скористатися основними геометричними параметрами зубчастого колеса як вихiдними при удосконаленш подання eлeмeнmiв складових передач для виконання гх креслениюв.
Ключов1 слова: зуб, цилтдричне зубчасте колесо, котчне зубчасте колесо, параметрична обо-лонка, Autodesk Inventor.
ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ ПОДХОД К ПОСТРОЕНИЮ 3D-МОДЕЛИ И ЧЕРТЕЖА ЗУБЧАТОГО КОЛЕСА В ПАКЕТЕ AUTODESK INVENTOR
Е.М. Иванов, доц., к.т.н., А.А. Порхун, студ., А.С. Тищенко, студ., Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет
Аннотация. Предлагается параметрический подход к построению 3D-модeли зубчатого колеса в пакете Autodesk Inventor с применением «параметрической оболочки». Проведенный анализ и математическая обработка справочных данных позволили воспользоваться основными геометрическими параметрами зубчатого колеса как исходными при усовершенствовании представления элементов составляющих передач для выполнения их чертежей.
Ключевые слова: зуб, цилиндрическое зубчатое колесо, коническое зубчатое колесо, параметрическая оболочка, Autodesk Inventor.
A PARAMETRIC APPROACH TO BUILDING 3D-MODELS AND DRAWING GEAR WHEELS IN THE PACKAGE AUTODESK INVENTOR
E. Ivanov, Assoc. Prof., Ph. D. (Eng.), A. Porkhun, St., А. Tishchenko, St., Khartov National Automobile and Highway University
Abstract. The task of making drawings of gears using 3D models in Autodesk Inventor package is dealt with. The methods to improve the execution of working drawings of parametric 3D models of gears with application of a parametric shell are developed. The use of basic geometric parameters of gear wheels as the initial parameters provided a general view of the 3D model «parametric shell». Performance of gear assembly «gear in the parametric shell» facilitates the creation of drawings in accordance with the requirements of USDD.
Key words: tooth, spur gear, bevel gear, parametric shell, Autodesk Inventor.
Вступ
Визначним досягненням в останш десятирiч-чя е швидкий розвиток обчислювально! тех-шки та створення на !! основi багатопланово! автоматизовано! системи комп'ютерно! гра-фки.
Сучасна комп'ютерна графша мае ряд pi3^-маштних застосувань, одним з яких е створення вiртуальних тривимiрних моделей та !х робочих креслениюв.
Необхщнють створення та розвитку штерак-тивного графiчного моделювання тривимiр-
них об'екпв pÍ3H0MaHÍTH0ro функщонально-го призначення зумовила розробку апаратно незалежних програмних пакета параметрич-ного SD-моделювання деталей, поверхонь, складальних одиниць i оформлення для ма-шинобудiвникiв. Найбшьш популярне сере-довище автоматизованого проектування -пакет Autodesk Inventor, продукщя компанп Autodesk. Пакет мае зручний iнтерфейс ко-ристувача, систему тдтримки проектування Decision Support System (DSS) i мультиме-дiйну систему допомоги, а для створення 3D-моделей елеменив конструкцiй деталей, вуз-лiв, механiзмiв та !х робочих креслениюв ви-користовуеться великий набiр шструменпв. Також створено умови для розробки параме-тричних 3D-моделей.
Аналiз публжацш
Однiею з головних труднощiв у процес по-будови кресленикiв елеменив зубчастих передач у середовищi автоматизованого проектування е подання геометрично! шформацп згiдно з ССКД [6].
Використання майстра проектування пакета Autodesk Inventor [3, 4, 10] дозволяе роз-робляти параметричш 3D-моделi цилшдрич-них та кошчних зубчастих колiс [1, 5, 6, 11]. Але тд час побудови креслень за 3D-моделями не враховуеться ряд особливостей: колеса викреслюють на креслениках умовно; зубчастi колеса здебшьшого зображають у розрiзi, при цьому зубщ завжди показують нерозшченими та без штрихування; на зоб-раженнях, перпендикулярних до осi колеса, розрiзи не застосовують (коли необхщно по-казати профiль зуба, застосовують мюцевий розрiз i проводять штрихування до лшп по-верхнi западин); зубчастий вшець зображають колами.
Мета i постановка завдання
Маемо на меп, використовуючи великий набiр iнструментiв середовища автоматизо-ваного проектування (пакет Autodesk Inventor), створити умови для удосконалення ви-конання робочих креслениюв параметричних 3D-моделей цилiндричних та кошчних зубчастих колю.
Подання цилшдричних зубчастих колю
Зубчастi колеса [1, 8, 11] можна умовно подшити на два елементи. Зубчастий вшець
(кшцево! ширини Ь) складасться з усiх зубцiв колеса, розташованих мiж поверхнею вершин i поверхнею западин зубцiв. Тiло колеса обмежусться поверхнею западин.
Дiлильними колами називають дотичнi кола пари зубчастих колю, що котяться одна по шшш без ковзання. На кресленику дшильш кола проводять штрихпунктирною лшею.
Основними величинами (елементами) зубчастих зачеплень е модуль т i число зубцiв г [1, 5]. При цьому начення модулiв для всх передач - величина стандартизована.
Дшильне коло (поверхня) дiлить зуб зубча-стого колеса на головку ha та нiжку зуба hf. Висота головки зуба береться рiвною модулю. Висота нiжки зуба зазвичай (для колю iз великими модулями) береться рiвною 1,25 модуля; для дрiбномодульних колiс (модулi менше 1 мм) висота нiжки - 1,3 модуля.
Для того щоб кресленик цилшдричного зуб-частого колеса [3, 4, 10] був виконаний вщповщно до ГОСТ 2.402-68 [5], було роз-роблено параметричну 3D-модель «цилш-дрична оболонка».
Для розробки 3D-моделi були використанi довiдковi даш (основнi геометричнi парамет-ри цилшдричного зубчастого колеса) [5, 6] як вихщш параметри.
Пюля аналiзу та математично! обробки довщково! шформацп запропоновано параметричну 3D-модель «цилiндрична оболонка», яка складаеться з 3 областей: цилшдрич-но! оболонки навколо зубчастого вшця, дiлильного кола i кола западин. Таке подання дозволяе вардавати властивостi кожно! области як окремо, так i в пакета
При побудовi есюзно! геометрп (замкнутого контуру товщиною ^ [3, 4, 7, 9, 10] необхщно витримувати виконання вказаних нижче умов:
- товщина t областей при використанш 3D-моделi «цилiндрична оболонка» для побудови кресленика зубчастого цилшдричного колеса повинна бути значно менше, шж товщина лшш на кресленику;
- внутршня ширина базового есюзу повинна дорiвнювати шириш зубчастого вiнця Ь;
- фаски на внутршнш грат базового есшзу повинн закшчуватися плавним переходом (радiусом не бiльше О (для уникнення додат-кових лшш на кресленику зубчастого колеса);
- довжини допом1жно! геометри для ство-рення областi дiлильного кола й област кола западин повинна перевищувати ширину зуб-частого вiнця Ь на 4 I
При створент ескiзу [4, 6] передбачена параметризация, тобто ескiзна геометрiя з накладеними на не! залежностями управлш-
С'
ня розмiрами. Так можливосп дозволяють ввести параметризацш виконання 3D-моделi «цилщдрична оболонка». Тодi при створент 3D-моделi пiд конкретне цилiндричне зубча-сте колесо достатньо в дiалоговому режимi ввести його основнi геометричш параметри (рис. 1, а).
Далi у файлi «Сборка» [3, 4, 10], використо-вуючи залежностi, яю керують положенням i поведiнкою компоненив складання, створю-емо складальну одиницю «Колесо зубчасте в цилiндричнiй оболонщ» (рис. 1, б, в).
б в
Рис. 1. Складальна одиниця «Колесо зубчасте в цилщдричнш оболонцi»
Для полегшення складання можна створити конструктивну пару «Колесо зубчасте-цилiндрична оболонка». За необхщност компонент складання 3D-модель «цилшдри-чна оболонка» можна сховати [3, 4, 10], прибравши видимють (рис. 1, в).
Подання кошчних зубчастих кол1с
Кошчш зубчастi колеса, як i цилiндричнi, зображуються на кресленику умовно. При цьому загальнi правила виконання креслени-к1в цилiндричних зубчастих колю, викладет в попередньому роздш, дiють i у випадку кресленика кошчних зубчастих колiс. Розмь ри елеменив цих колiс пiдраховують за тими ж формулами, що i для цилщдричних колiс. Оскшьки дiаметри, модуль, висота головки i тжки зуба конiчного зубчастого колеса е змшними за довжиною зуба Ь, то за дiаметр дiлильного кола беруть максимальне його значення. Значення модуля те беруть на зов-нiшньому додатковому конусi [1, 2, 5, 6, 11].
Основою для тдрахунку розмiрiв конiчних зубчастих колю е дшильний конус. По вершинах зубщв проходить конус вершин, а по западинах зубщв - конус западин. Крiм того, е додатковi дшильш конуси - зовтшнш i
внутрiшнiй. Твiрнi цих конушв розташованi пiд прямим кутом до твiрноi дiлильного конуса.
Для розробки параметрично! 3D-моделi «ко-нiчна оболонка» зручно (як i для цилшдрич-ного зубчастого колеса) скористатися довщ-ковими даними (основними геометричними параметрами конiчного зубчастого колеса) [1] як вихщними параметрами.
Пiсля аналiзу та математично! обробки до-вщково! шформаци для створення парамет-рично! 3D-моделi «конiчна оболонка» запро-поновано 3D-модель, яка складаеться з 4 елеменив: кошчно! оболонки конуса вершин, дшильного конуса, конуса западин та по-верхнi на кiнцевiй довжиш дiлильного конуса. Таке подання дозволяе варшвати власти-востi кожного елемента, як окремо, так i в пакета
При побудовi есюзно! геометрii (замкнутого контуру товщиною й) [1, 4, 10] (як i для циль ндричного зубчастого колеса) необхiдно ви-тримувати виконання поданих нижче умов: - товщина tk областей при використанш 3D-моделi «конiчна оболонка» для побудови кресленика зубчастого кошчного колеса по-
а
винна бути значно менше, шж товщина лшш на кресленику;
- внутрiшня ширина базового есюзу повинна дорiвнювати шириш зубчастого вiнця Ь.
При створенш ескiзу передбачена парамет-ризацiя, тобто есюзна геометрiя з накладе-ними на не! залежностями керування розмь рами i можливою поведiнкою геометри. Такi можливостi дозволяють ввести параметриза-цiю виконання 3D-моделi «конiчна оболонка». Тодi при створеннi 3D-моделi «конiчна
оболонка» пiд конкретне кошчне зубчасте колесо достатньо в дiалоговому режимi ввести його основш геометричнi параметри (рис. 2, а).
Далi (як i для цилшдричного зубчастого колеса) у файлi «Сборка» [3, 4, 10], використо-вуючи залежностi, якi керують положенням i поведiнкою компонентiв збiрки, створюемо складальну одиницю «Колесо зубчасте в ко-нiчнiй оболонцi» (рис. 2, б, в).
б
а
в
Рис. 2. Складальна одиниця «Колесо зубчасте в кошчнш оболонщ»
Для полегшення складання можна також створити конструктивну пару «Колесо зубча-сте-кошчна оболонка». А за необхщносп компонент складання 3D-модель «кошчна оболонка» можна сховати, прибравши види-мiсть (рис. 2, в).
- фаски на внутршнш гранi базового есюзу повиннi закiнчуватися плавним переходом (радiусом не бiльше tk) (для уникнення до-даткових лiнiй на кресленику зубчастого колеса);
- довжина поверхш на кшцевш довжинi дшильного конуса повинна бути значно менше, шж товщина лiнiй на кресленику.
Побудова кресленик^в складових елементiв передач iз застосуванням параметризацн
Аналiз основних геометричних параметрiв конiчних i цилшдричних колiс, якi викорис-товувались як вихщш параметри для побудо-ви параметрично! 3D-моделi «цилiндрична оболонка» та «кошчна оболонка», та порiв-няння етатв побудови моделей дали можли-вiсть побудувати параметричну 3D-модель «параметрична оболонка». Ця модель дозво-
ляе виконувати кресленик цилшдричного або кошчного зубчастого колеса вщповщно до стандарту.
Для побудови 3D-моделi «параметрична оболонка» створимо есюз, який буде об'ед-нувати ескiзну геометрiю «цилшдрично! оболонки» з ескiзною геометрiею «кошчно! оболонки» i витримувати виконання умов для обох ескiзiв.
Етапи об'еднання есюзно! геометрil з обов'язковим збереженням властивостей, дозволяючи створити параметричну 3D-модель «параметрична оболонка», яка задо-вольняе усiм перерахованим вище вимогам при виконаннi кресленика цилшдричного або кошчного зубчастого колеса, в робой не на-водяться.
На рис. 3, а-е, наведено вщмшнють форм «параметрично! оболонщ» залежно вщ зна-чень вихщних параметрiв. Скористаемось цим для створення кресленика цилшдричного зубчастого колеса та кошчного зубчастого колеса, враховуючи !х вихiднi параметри.
е
г
д
Рис. 3. Форми 3D-моделi «параметрична оболонка»
При створенш базового виду у файл кресленика обираемо вид складально!' одинищ «Колесо зубчасте в параметричнш оболонщ», перпендикулярний до осi колеса (рис. 4). Далi виконуемо фронтальний розрiз колеса так, щоб зубщ були нерозрiзаними (рис. 4). Фронтальний розрiз виконуеться при прихо-ванiй компонентi «параметрична оболонка» (рис. 1. в) або при вщображенш невидимих лшш базового виду.
властивост областей моделi для вщобра-ження дшильного кола, кола вершин i западин зубчастого вiнця вщповщно до стандарту [5] (рис. 5).
На зображеннях, перпендикулярних до ос колеса, розрiзи не застосовують. За необ-хiдностi показати профшь зубцiв застосо-вуеться мiсцевий розрiз на базовому видi на глибину > ¿-оболонки.
Рис. 4. Побудова фронтального розрiзу цилiндричного зубчастого колеса
Далi лши перетину перемiщаемо в невиди-мий шар та вщновлюемо приховану компоненту «параметрична оболонка» на базовому виглядi та фронтальному розрiзi складально! одиницi. Скориставшись шструментами «Свойства элемента» (базовий вид) i «Свойства ребра» (фронтальний розрiз), змiнюемо
Рис. 5. Зображення цилшдричного зубчастого колеса
Послвдовнютю створення базового виду та фронтального розрiзу кошчного зубчастого колеса, а також змшою властивостей областей моделi (рис. 6) сшвпадае з послщов-нiстю вiдображення цилiндричного зубчастого колеса (рис. 4, 5).
Рис. 6. Зображення кошчного зубчастого колеса
Зпдно з правилами виконання кресленикв зубчастих колю у правому верхньому кут кресленика на в1дстат 20 мм в^ верхньо1 лши рамки помiщають таблицю параметр1в, в якш зазначають необхiднi данi для виготов-лення i контролю зубчастого вшця.
Пакет передбачае створення та заповнення таблицi параметрiв безпосередньо у файлi кресленика: панель «Пояснение (ЕСКД)»; вкладка «Таблица»; iнструмент «Таблица».
Остаточний вигляд кресленика цилшдрич-ного та кошчного зубчастого колеса подано на рис. 7.
Рис. 7. Кресленик цилшдричного та кошчного зубчастого колеса
1нший спо^б створення i заповнення таблиц параметр1в передбачае пiдключення або впровадження зовшшшх файл1в (наприклад, файл AutoCAD), причому змши в зовшшшх файлах будуть вдображатися в таблиц] пара-метр]в.
Спос]б створення i заповнення таблиц] пара-метр]в, який передбачае пiдключення або впровадження зовшшшх файл1в, дозволяе вардовати основт геометричш параметри (рис. 3, а-е) параметрично1 3D-моделi «пара-метрична оболонка» ]з зовшшнього файлу, що дуже зручно в разi параметризаций
Висновки
Створення параметрично1 3D-моделi «цилш-дрична оболонка» та запропоноване подання цилшдричних зубчастих колю у вигляд складально1 одинищ «Колесо зубчасте в ци-лшдричнш оболонщ» значно полегшуе по-будову кресленика цилшдричного зубчастого колеса з довшьними основними геометрич-ними параметрами у пакет Autodesk Inventor.
Створення параметрично1 3D-моделi «котч-на оболонка» та запропоноване подання ко-тчних зубчастих колю у вигляд] складальнох'
одинищ «Колесо зубчасте в кошчнш оболонщ» значно полегшуе побудову кресленика цилшдричного зубчастого колеса з довшь-ними основними геометричними параметрами у пакет Autodesk Inventor.
Запропонована в робот параметризащя по-дання зубчастого колеса у виглядi узагальне-но! 3D-моделi «Колесо зубчасте в параметричнш оболонщ» з довшьними вихщними параметрами полегшуе побудову кресленика як цилiндричного, так i конiчного зубчастого колеса у пакет Autodesk Inventor.
Лiтература
1. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: в 3-х т. /
B.И. Анурьев. - М.: Машиностроение, 2006.
2. Бабулин Н.А. Построение и чтение машиностроительных чертежей: учеб. пособие для профессионального обучения рабочих на пр-ве / Н.А. Бабулин. - 8-е изд., перераб. - М.: Высш. шк., 1987. -320 с.
3. Банах Д.Т. Autodesk Inventor: [пер. с англ.] / Дэниэл Т. Банах, Трэвис Джонс, Алан Дж. Каламейя. - М.: Лори, 2006. -716 с. - Перевод изд.: Autodesk Inventor Essentials / Daniel T. Banach, Travis Jones, Alan J. Kalameja. - New York.
4. Гузненков В.Н. Autodesk Inventor в курсе инженерной графики: учебное пособие для вузов / В.Н. Гузненков,
C.Г. Демидов. - М.: Горячая линия - Телеком, 2009. - 146 с.
5. Сдина система конструкторсько! документации Основш положення: довщник: /За заг. ред. В.Л. 1ванова. - Львiв: НТЦ «Леонорм-стандарт», 2001. - 272 с. -(Серiя «Нормативна база тдприемства»).
6. 1нженерна та комп'ютерна графша: тд-ручник / В.С. Михайленко, В.М. Най-диш, А.М. Щцкоритов, 1.А. Скщан; за ред. В.С. Михайленко. - 3-е вид., пере-роб. i допов. - К.: Видавничий Дiм «Слово», 2011. - 352 с.
7. Концевич В.Г. Твердотельное моделирование машиностроительных изделий в Autodesk Inventor / В.Г. Концевич. - К. -М.: ДиаСофтЮП, ДМК-Пресс, 2007. -672 с.
8. Михайленко В.С. Инженерная графика / В.С. Михайленко, А.М. Пономарев. -
3-е изд. - К.: Вища школа, 1990. - 303 с.
9. Черников А.В. Адаптация пакета Autodesk Inventor для учебного процесса и научных исследований / А.В. Черников, Е.М. Иванов, Е.С. Грайворонский // Техшчна естетика i дизайн: мiжвiдом-чий науково-техшчний збiрник. - 2012. - Вип. 11. - С. 208-212.
10. Чершков О.В. Використання можливо-стей параметричного моделювання пакету Inventor в наукових дослщженнях та навчальному процес / О.В. Чершков // Прикладна геометрiя та шженерна графка. - 2008. - Вип. 80. - С. 98-102.
11. Литвин Ф.Л. Теория зубчатых зацеплений / Ф.Л. Литвин. - М.: Наука, 1968. -584 с.
References
1. Anur'ev V.I. Spravochnik konstruktora-mashinostroitelja [Reference designer-mechanical engineer]. V 3-h t. Moscow, Mashinostroenie Publ., 2006.
2. Babulin N.A. Postroenie i chtenie mashi-nostroitel'nyh chertezhej: Ucheb. posobie dlja professional'nogo obuchenija rabo-chih na pr-ve [Building and reading engineering drawings]: [ Textbook for vocational training of workers in manufacturing]. Izd. 8-e, pererab. Moscow, Vyssh. shk. Publ., 1987. 320 p.
3. Banah D.T. Autodesk Inventor: [per. s angl.] Moscow, Lori Publ., 2006. 716 p. Perevod izd.: Autodesk Inventor Essentials. New York.
4. Guznenkov V.N. Autodesk Inventor v kurse inzhenernoj grafiki [Autodesk Inventor in the course of engineering graphics]. Uchebnoe posobie dlja vuzov [Textbook for high schools]. Moscow, Gorjachaja linija - Telekom Publ., 2009. 146 р.
5. Edina sistema konstruktors'koi dokumen-tacii. Osnovni polozhennja. Dovidnik [Unified system for design documentation. The main provisions. Reference]: Ukr. ta ros. movami. Za zag. red. V.L. Ivanova. L'viv, Leonorm-standart Publ., 2001. 272 р. (Serija «Normativna baza pidpriemstva»).
6. Mykhaylenko V.Ye., Naydysh V.M., Pidkorytov A.M., Skidan I.A.; Za red. Mykhaylenko V.Ye. Inzhenerna ta komp'yuterna hrafika: Pidruchnyk [Engineering and computer graphics: Tutorial]. 3-ye vyd., pererob. i dopov. Kyiv, Slovo Publ., 2011. 352 р.
7. Koncevich V.G. Tverdotel'noe modeliro-vanie mashinostroitel'nyh izdelij v Autodesk Inventor [Solid modeling of engineering products in Autodesk Inventor]. Kyiv-Moscow, DiaSoftJuP, DMK-Press Publ., 2007. 672 p.
8. Mihajlenko V.G., Ponomarev A.M. Inzhe-nernaja grafika [Engineering graphics]. 3-e izd. Kyiv, Vishha shk. Publ., 1990. 304 p.
9. Chernikov A.V., Ivanov E.M., Grajvoron-skij E.S. Adaptacija paketa Autodesk Inventor dlja uchebnogo processa i nauchnyh issledovanij [Adaptation of the package Autodesk Inventor for the educational process and scientific research]. Tehnichna es-tetika i dizajn: Mizhvidomchij naukovo-tehnichnij zbirnik [Technical aesthetics and design: the Interdepartmental scientific-technical collection]. 2012, vol. 11. pp. 208-212.
10. Chernikov O.V. Vykorystannya mozh-lyvostey parametrychnoho modelyuvannya paketu Inventor v naukovykh doslidzhe-nnyakh ta navchal'nomu protsesi [Using the possibilities of parametric modelling package Inventor in the research and educational process]. Prykl. heometriya ta inzh. Hrafika [Applied geometry and engineering graphics], 2008. vol. 80. pp. 98-102.
11. Litvin F.L. Teorija zubchatyh zaceplenij [Theory of gearing]. Moscow, Nauka Publ., 1968. 584 p.
Рецензент: О.В. Чершков, професор, д.т.н., ХНАДУ.
