CC BY
74
УДК 004.925.84
РЕАЛИЗАЦИЯ МЕТОДИКИ СОЗДАНИЯ 3D ПАРАМЕТРИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ТИПОВЫХ ДЕТАЛЕЙ ГТД
© 2013 А.И. Рязанов, А.В. Урлапкин, Л.А. Чемпинский
Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королёва (национальный исследовательский университет)
Поступила в редакцию 02.12.2013
Разработана методика создания параметрических 3D моделей в среде программного комплекса SIEMENS NX. Рассмотрено создание параметрических моделей типовых деталей с помощью электронной таблицы MICROSOFT EXCEL и 3D модели комплексного представителя. На основе разработанной методики создана база параметрических моделей некоторых типовых деталей ГТД. Ключевые слова: 3D модель, семейство деталей, электронная таблица, комплексный представитель, параметрическая модель, конструктивный элемент.
Применение параметрических 3D моделей при проектировании узлов авиационных конструкций позволяет существенно сократить время на моделирование деталей. Данный подход позволяет в значительной степени автоматизировать процесс ручного построения 3D моделей, а иногда и полностью исключить его.
Методика создания параметрической модели предполагает последовательное выполнение нескольких этапов:
1) производится выборка чертежей деталей принадлежащих к одному типу;
2 ) выполняется анализ чертежей с целью выявления аналогий в конструкции;
3 ) конструкция группы деталей обобщается в комплексный или базовый представитель, который создается в виде модели;
4 ) создается матрица информации о геометрии отдельных представителей группы.
Такие матрицы могут включать от нескольких единиц до многих десятков деталей. Процесс создания 3D модели сводится к выбору строки матрицы с параметрами интересующего пользователя представителя группы.
В программном пакете Siemens NX создана база параметрических 3D моделей распространенных в авиастроение деталей. Весь объем созданных моделей можно разделить на классы: детали крепежа, стандартные и нормализованные детали, муфты, пружины. В рамках приведенной методики использованы различные подходы к построению обобщенных представителей деталей разных классов.
Рязанов Александр Ильич, ассистент кафедры механической обработки материалов. E-mail: [email protected] Урлапкин Александр Владимирович, студент. E-mail: [email protected]
Чемпинский Леонид Андреевич, кандидат технических наук, профессор кафедры производства двигателей летательных аппаратов. E-mail: [email protected]
Стандартные и нормализованные детали одного типа, как правило, конструктивно одинаковы. Комплексный представитель для параметризованных втулок, пробок, колец имеет такой же набор параметров, как и единичная деталь. Создание параметрической ЭЭ модели рассмотрим на примере стопорного кольца.
Кольцо стопорное предназначено для постановки в отверстие. Деталь характеризуется следующими параметрами (рис. 1): - внутренний диаметр;
32 - наружный диаметр;
Ь - толщина кольца;
Ь1 - расстояние между окружностью наружного и внутреннего диаметра, измеренное в верхней части кольца;
33 - диаметр отверстий под инструмент для обжатия;
Ш - радиус расположения центров отверстий под инструмент для обжатия;
К2 - радиус проушины;
Ь2 - величина прорези;
КЗ, К4, К5 - радиусы сопряжений и скругле-ний углов.
/7
Рис. 1. Параметры комплексного представителя кольца
Рис. 2. Операция вытягивания профиля эскиза
Построение комплексного представителя начинается с создания эскиза сечения, аналогичного главному виду на рис. 1. Для эскиза используются размеры одной из деталей группы.
Однозначное определение положения элементов эскиза друг относительно друга задается ограничениями:
• окружность расположения проушин (на рис. 2 задана штрихпунктирной линией) соосна с окружностью наружного диаметра;
• размер прорези задаётся с помощью вспомогательной прямой, для того чтобы при изменении этого размера соответственно изменялось угловое положение крайних линий прорези;
отверстие для инструмента соосно с дугой проушины.
После завершения построения эскиза происходит создание объёма; с помощью операции «Вытягивание». Эскиз вытягивается на величину толщины кольца (рис. 2).
Завершающей операцией создания модели является построение скруглений по всему контуру кольца. Для этого в диалоговом окне команды «Скругление ребра» указываются рёбра детали и задаются соответствующие величины радиусов.
3D модель комплексного представителя стопорного кольца приведена на рис. 3.
На следующем этапе создается матрица информации о геометрии отдельных представите-
Рис. 3. Комплексный представитель стопорного кольца
лей группы. В Siemens NX для создания такой электронной таблицы используется команда «семейство деталей» из меню «инструменты». Выбираются все параметризуемые размеры эскиза. На рис. 4 приведена таблица размеров всей группы стопорных колец в формате MICROSOFT EXCEL. В качестве поясняющей информации в таблицу добавлен эскиз с обозначенными на нем параметрами.
Выбрав строку с интересующим представителем и нажав «Создать деталь» в меню «Семейство деталей» получим файл с готовой 3D моделью. Построение модели происходит автоматически по выбранной строке размеров. Один файл с параметрической моделью может хранить в себе информацию о геометрии десятков и сотен деталей своей группы.
Аналогично выполнено создание параметрических моделей множества деталей типов «втул-
Рис. 4. Таблица параметров для группы деталей
ка» и «пробка», относящихся к классу стандартных и нормализованных, а также «болт», «винт», «гайка» и «шайба», принадлежащих к классу деталей крепежа.
Детали трубопроводов отличаются большим разнообразием конструктивных элементов. Фу-торка - соединительная деталь напорных трубопроводов для перевода трубы на меньший диаметр. Имеет наружную резьбу для соединения с трубой большего диаметра и внутреннюю резьбу для соединения с трубой меньшего диаметра. Среди футорок можно выделить различные типы, которые могут быть обобщены в один комплексный представитель (рис. 5). Футорки отличаются наличием конструктивных элементов: бурт шириной L2 и проточка шириной L3.
Комплексный представитель является логическим объединением всех конструктивных элементов встречающихся в группе деталей. Модель комплексного представителя футорки показана на рис. 6.
Бурт L2 и проточка L3 присутствуют не во всех деталях группы. В таблицу параметров вносится информация не только о величинах размеров эскиза, но и о наличие конструктивных элементов. В поле таблица вносится слово «yes» когда элемент нужно строить, и «no» когда данный элемент не требуется (рис. 7). Единичная деталь получается методом исключения конструктивных элементов из комплексного представителя.
Для удобства работы с параметрической моделью создается второй лист Excel, на котором располагаются размеры, приведенные на черте-
же и поясняющие рисунки. В Siemens NX для создания 3D модели методом вращения удобно в качестве образующего профиля использовать только половину осесимметричного эскиза. В этом случае диаметральные размеры задаются от оси, радиусами.
Пересчет указанных на чертеже диаметров в радиусы производят на втором листе таблицы.
Для построения моделей используется первый лист. Примеры отдельных деталей группы и соответствующие им строки в таблице показаны на рис. 8.
Обобщение геометрии группы деталей в комплексный представитель применено для создания деталей типов «муфта» и «пружина».
Детали более сложной геометрии не всегда могут быть сведены к комплексному представителю. Объединение всех конструктивных элементов группы в одну модель может приводить к конфликтам геометрии. Например, при пространственном наложение объемов вырезаемого паза и наращиваемого объема шлицов. Часто, подобные случаи являются конструктивно необоснованными и технологически невыполнимыми. При невозможности построения комплексного представителя выполнялось создание базового, построение которого едино для всех рассматриваемых деталей и не связано с включением конструктивных элементов специфичных для конкретных представителей группы. Базовый представитель является логическим пересечением всех конструктивных элементов встречающихся в группе деталей. Единичная деталь получается
Тип 1
Тип 2
П 12
13
ГХ:
П 12
Рис. 6. Комплексный представитель футорки
N о р О
р24 Р27 р32 Тпт_Вос1у(4) ЕУде_В1епс1(5)
360 1,2 5 по уез
360 1Д 16 уег по
360 1,1 5 по уе5
360 1,2 5 по уе5
360 1,2 5 по уе5
360 1,3 5 ПО уез
360 1Д 5 по уез
Рис. 7. Фрагмент электронной таблицы
Тип 3
Л2
§
Рис. 5. Эскизы группы деталей
методом добавления конструктивных элементов в базовый представитель.
Основываясь на описанном подходе создана параметрическая модель семейства деталей типа «стакан». В стаканах обычно размещают подшипники фиксирующей опоры валов. Базовый представитель стакана показан на рис. 9.
В базовый представитель включены следующие конструктивные элементы: корпус стакана, внутренний буртик для упора подшипника, наружный бурт с одним фланцем. Развивая базовый, можно получить модели отдельных предста-
Х14 -
А в « 0 1 Р н 1 1 1 к 1 м N О 1 Р 1 « .. .
1 РаП_Нате р9 рю рЛ р12 р13 р14 р16 р17 р20 р21 р22 р23 р24 р27 р32 Trim_Body(4)
2 019.1193^1 4,8 6,25 7,8 9 11,25 2 17 4 6,9 30 4 0 360 1,2 5 ПО
3 О19.Щ0 774— 5 5,9 7 8,5 2 18 2 5,5 30 3 0 360 16 уе5
4 019. 5 8 3 14 0 4 30 3 0 360 1,1 5 по
5 Лв.1194 6,3 8,25 13,25 2 19 4 3,9 30 4 0 360 1,2 5 по
6 01д. 1192 10,25 12,3 13,5 2 20 4 10,9 30 4 0 360 1,2 5 по
7 019« 182 12,2ЧЧч 13,65 15,2 16,5 19 "г1 4 14,4 30 4 0 360 1,3 5 по
В 019.1128 3,9 \5 5,9 7 8 2 16 5 30 3 0 360 ад 5 по
г1 """г-.
Рис. 8. Электронная таблица и примеры деталей группы
Рис. 9. Базовый представитель стакана вителей группы. После выбора строки в электронной таблице с параметрами детали система КХ автоматически достраивает 3Б модель по алгоритму, приведенному на рис. 10.
Алгоритм описывает построение всех деталей входящих в группу и исключает конфликты геометрии. Конструктивные элементы: фаска на левом торце СЬаш£ег (5) и скругление на стыке фланца и корпуса слева Edge_Blend (6) выполняются только в случае если наружный бурт с фланцами отстоит от левого торца (рис. 11а).
в)
Рис. 11. Вариант исполнения детали стакан
Рис. 10. Алгоритм создания 3D модели стакана
Аналогичное скругление справа Edge_Blend (9) выполняется, когда бурт с фланцами отстоит от правого торца. На многих деталях присутствует внутренний паз Extrude (10) со скруглениями Edge_Blend (11). Окружное положение фланцев в большинстве случаев имеет регулярный шаг и выполняется функцией Pattern_Face (13). Для расположения фланцев с различными угловыми шагами используются функции Pattern_Face (14) и Pattern_Face (15). Наружная проточка Extrude (12) показана на рис. 11в.
У части деталей группы срезается часть материала с наружного бурта и фланцев. Они имеют округлую Extrude (17) или прямоугольную форму Extrude (20) и выполняются по вспомогательным эскизам. Деталь с прямоугольными вырезами приведена на рис. 11б. Количество фланцев может быть различно и задается одним из параметров модели.
Созданная база параметрических 3D моделей создает возможность резкого снижения трудоемкости объемного и плоского геометрического моделирования за счет выбора из нее данных параметрических моделей деталей с нужной конфигурацией и автоматическому изменению их размеров до требуемых значений.
Одновременно с этим повышается качество процесса проектирования за счет точного построения геометрии соединений, появляется возможность инженерного анализа в среде CAE систем, возможность оптимизации конструкции на этой основе, возможность осознанного формулирования, назначения и уточнения технических требований на сборку и изготовление отдельных деталей.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. NX для конструктора-машиностроителя / П.С. Гончаров, М.Ю. Ельцов, СБ. Коршиков, И.В. Лаптев, В.А. Осиюк. М.: ДМК Пресс, 2010. 504 с.
REALISATION OF TECHNIQUE OF CREATION 3D PARAMETRIC MODEL OF GTE STANDARD PARTS
© 2013 A.I. Ryazanov, A.V. Uriapkin, L.A. Chempinskiy
Samara State Aerospace University named after Academician S.P. Koroiyov (National Research University)
Developed a method of creation of 3D parametric models in complex software environment SIEMENS NX. Consider creating parametric models of standard parts using a Microsoft Excel spreadsheet and 3D models of integrated representative. On the basis of the developed technique created a database of parametric models of some typical GTE parts.
Keywords: 3D model, family of details, a spreadsheet, an integrated representative, parametric model, the structural element.
Alexandr Ryazanov, Assistant Lecturer at the Machining Materials Department. E-mail: [email protected] Alexandr Urlapkin, Master Student. E-mail: [email protected]
Leonid Chempinsky, Candidate of Technical Science, Professor at the Department of Aircraft Engines Manufacturing. E-mail: [email protected]
