10 - 2004

КОМПАС-Shaft 2D, или Сам себе расчетчик

Светлана Чиркова

Уважаемые читатели, знакомы ли вы с библиотекой КОМПАС-Shaft 2D (прежнее название — КОМПАС-Shaft Plus)? Если да, то вам будет интересно узнать о ее новых возможностях, а если нет, то вы тем более должны прочитать эту статью.

Сначала зададимся простым вопросом: чем чаще всего занимается на службе инженер-конструктор? Конечно, ответов будет множество. Не будем пока рассматривать ответы вроде «Бегает с извещениями», «Улаживает дела с технологами, металлургами, снабженцами и т.д.», «Ищет способы спасения деталей с просаженными размерами», а обратимся к более типичным вариантам: «Проектирует изделия», «Выпускает чертежи» и «Выполняет расчеты». Как раз для содействия в проектировании, выпуске чертежей и выполнении расчетов и существует КОМПАС-Shaft 2D, задача которого — ускорить все эти процессы, сделать их более удобными, дать возможность конструкторам оперативно вносить изменения в существующую конструкцию. Но обо всем по порядку.

КОМПАС-Shaft 2D — это не просто библиотека, а интегрированная система проектирования тел вращения. С ее помощью легко можно создавать параметрические модели валов и втулок, строить на их поверхностях шлицевые, шпоночные и резьбовые участи, канавки, кольцевые пазы и т.д. Количество ступеней модели может быть любым, а формы — различными: цилиндр, конус, шестигранник, квадрат, сфера. Кроме простых ступеней, модель может содержать элементы механических передач: цилиндрические шестерни с внешними и внутренними зубьями, конические шестерни с прямыми и с круговыми зубьями, элементы червячных, цепных, клиноременных и зубчато-ременных передач.

Процесс создания модели в КОМПАС-Shaft 2D настолько прост, что не требует изучения специальной литературы. Нужно только следовать рекомендациям создателей этой библиотеки и вводить параметры ступеней в соответствующих диалогах (рис. 1). При этом не понадобятся ни ГОСТы, ни справочники, поскольку библиотека содержит большое количество информационных таблиц со стандартизованными значениями вводимых величин.

Вся структура модели представляется в виде дерева ступеней и элементов, каждый из которых можно отредактировать.

Конечно, валы и втулки можно проектировать и без помощи КОМПАС-Shaft 2D, а передачи рассчитывать на калькуляторе и рисовать по одному зубу. Но это, во-первых, не очень удобно, во-вторых, не слишком быстро, а в-третьих (и это самое главное), в КОМПАС-Shaft 2D можно создать параметрическую модель, данные о которой сохраняются в библиотеке. Это означает, что для модификации ранее спроектированной конструкции нужно лишь скорректировать в стандартных диалогах некоторые параметры — и перестроение произойдет автоматически, а определение изменившихся прочностных свойств сведется к запуску расчетного модуля. В результате станет возможным создавать целый модельный ряд на основе одного прототипа, а также, исходя из критериев прочности и долговечности, находить оптимальные материалы и пропорции конструкции, рассматривая и рассчитывая множество различных вариантов.

По команде пользователя библиотека автоматически преобразует модель КОМПАС-Shaft 2D в чертеж, на котором, кроме фронтального вида конструкции, могут находиться виды модели слева и справа, а также сечения, выносные элементы, основные размеры и т.п. Пользователю останется лишь окончательно оформить чертеж. Фронтальный вид модели остается объектом библиотеки. Если возникнет необходимость посмотреть или изменить параметры ступеней, то можно вызвать КОМПАС-Shaft 2D двойным щелчком мыши по этому виду (рис. 2).

При работе с КОМПАС-3D плоская модель КОМПАС-Shaft 2D может стать прообразом твердотельной модели, которую можно сгенерировать нажатием одной кнопки на панели инструментов главного окна библиотеки. При этом в дереве построения модели КОМПАС-3D будут присутствовать те же элементы, что и в дереве ступеней и элементов модели КОМПАС-Shaft 2D (рис. 3).

КОМПАС-Shaft 2D с полным основанием именуется расчетной системой — здесь имеется набор инструментов для определения геометрических и прочностных характеристик элементов механических передач, зубчатых соединений, подшипников, валов. Расчет элементов механических передач подразумевает расчет геометрии, прочности и долговечности, а в некоторых случаях и теплостойкости. Предусмотрена возможность автономного расчета отдельной передачи или расчета в процессе проектирования модели. Путем варьирования условий нагружения либо конструктивных параметров можно быстро найти верное техническое решение и оформить его в чертежах (о процессе проектирования элементов механических передач в среде КОМПАС было подробно рассказано в № 8'2002).

В КОМПАС-Shaft 2D можно рассчитать шлицевое соединение на смятие и на износ. Если от технологов или снабженцев поступит предложение о замене материала детали, можно взять готовую модель, загрузить ее в КОМПАС-Shaft 2D, выбрать из справочника новый материал, уточнить его характеристики и в завершение запустить проверочный расчет шлицев (рис. 4). Всего через несколько секунд КОМПАС-Shaft 2D выдаст итоги расчета в виде таблицы, содержащей исходные данные и результаты вычислений. Если какое-либо из условий прочности не будет выполнено, можно распечатать отчет, который будет служить основанием для отклонения замены материала.

Новшеством КОМПАС-Shaft 2D является комплекс для расчета валов и подшипников. Конечно, опытному конструктору или расчетчику не составит большого труда достать с книжной полки два-три справочника, припомнить основы сопромата и теоретической механики, составить расчетную схему вала и часа через два-три выдать заключение о напряжениях, возникающих в опасных сечениях вала. Однако с помощью КОМПАС-Shaft 2D вы можете получить истинное удовольствие от простоты и эффективности решения этой же задачи.

Возьмем для примера многоступенчатый вал-шестерню, установленный в радиально-упорных конических роликовых подшипниках (рис. 5). Одной из его ступеней является косозубая цилиндрическая шестерня внешнего зацепления. На вал действуют вращающий момент и радиальные силы. Значения внешних сил известны; геометрические характеристики вала тоже определены. Сначала приложим к модели действующие нагрузки (величина вращающего момента была уже введена при расчете зубчатой передачи). Уточним, как действует вращающий момент — на весь вал или на его определенную часть. Затем укажем точку приложения радиальных сил или результирующего вектора, введем их величины и направления. Приложенные к конструкции внешние силы и моменты отобразятся на модели в виде стрелок.

При ручном расчете на этом этапе мы бы перешли к определению реакций в опорах, а в данном случае за нас все это сделает КОМПАС-Shaft 2D. Вызовем диалог для расчета подшипников (рис. 6). Силы, действующие на подшипники, уже определены, причем учтены как внешние нагрузки, так и нагрузки, воспринимаемые валом от зубчатой передачи. Зададим условия работы подшипников и выполним расчет на статическую и динамическую грузоподъемность, а также на долговечность и тепловыделение. Рассчитанные параметры будут представлены в виде таблицы, которую можно распечатать или сохранить в файле.

Итак, мы имеем расчетную схему и уже вычисленные реакции. Переходим непосредственно к расчету вала (рис. 7). Перед началом расчета можно уточнить минимальную чистоту обрабатываемой поверхности для конструктивных элементов: канавок, резьбы, шлицев, посадочных мест под подшипники и т.п., и выбрать для вала материал с другими свойствами.

Дальнейший процесс для пользователя предельно прост. Нужно только двойным щелчком мыши выбрать подлежащий расчету параметр (силу, момент, относительный прогиб, эквивалент­ное напряжение и т.д.), а результат расчета будет представлен в виде графика распределения величины соответствующего параметра по длине вала (эпюра). Эпюра изображается поверх модели вала (рис. 8). Это делается для того, чтобы можно было визуально оценить величину расчетного параметра на каждой ступени конструкции. Увидеть точно рассчитанное значение в любом сечении вала поможет трассировка графика.

Результаты расчета вала можно оформить как чертежи КОМПАС (рис. 9) или сохранить в формате FastReport.

Итак, весь процесс расчета вала — от приложения сил до получения твердых копий результатов расчета — занимает пять-десять минут. Может возникнуть законное сомнение: быстро-то оно быстро, но правильно ли? Опыт свидетельствует, что при расчете многочисленных тестовых примеров и реальных задач заказчиков расхождение между результатами ручного и машинного расчетов составило не более 2-2,5 %.

Еще одна особенность КОМПАС-Shaft 2D состоит в том, что система интегрирована с электронным справочником «Материалы и сортаменты». И если ваше предприятие уже перешло на работу с современной системой управления инженерными данными и жизненным циклом изделия ЛОЦМАН либо установило общий справочник материалов, то вы сможете выбрать материал для детали из единой информационной базы.

Так чем же чаще всего занимается на службе инженер-конструктор? Возможно, что многие читатели уже через некоторое время смогут уверенно ответить: «Работает с КОМПАС-Shaft 2D».

В ближайших номерах журнала вы сможете поближе ознакомится с еще одним новым решением компании АСКОН — интегрированной системой моделирования тел вращения КОМПАС-Shaft 3D».

«САПР и графика» 10'2004