• Твердотельное моделирование в КОМПАС-3D

• Практическое моделирование

• Интересные примеры

• Резюме

Любой человек, хоть немного работающий за компьютером, так или иначе сталкивается с трехмерной графикой. Многие просто не обращали на это внимания: наличие красивых элементов оформления, 3D-моделей и анимированных сцен давно считается нормой практически во всех коммерческих программных пакетах, приложениях Интернета, презентациях и рекламных роликах. Это неудивительно – ведь мы живем в мире, измеряемом тремя координатами. Нас окружают объемные объекты со свойственными им визуальными особенностями: цветом, прозрачностью, блеском и пр. Закономерно, что создатели компьютерных приложений стараются как можно больше приблизить элементы интерфейса и само изображение на экране к условиям реального мира – так оно и красивее, и привычнее для восприятия.

На сегодня использование трехмерной графики вышло далеко за пределы сферы информационных технологий. Кинематограф, компьютерные игры, машиностроение, архитектура и строительство – это далеко не полный перечень областей, в которых широко применяется 3D-графика. Некоторые отрасли человеческой деятельности (например, дизайн, инженерные расчеты, мультипликация, игры) уже просто невозможно представить без реалистичных 3D-изображений. Кажется, что так было всегда, но качественная графика, доступная широкому кругу пользователей ПК, появилась не так давно.

За кулисами 3D спрятан очень серьезный математический аппарат, реализованный в ядре графической системы и производящий трехмерные изображения. Математические зависимости, описывающие формирование цифровой модели реальных объектов, а также алгоритмы для просчета освещения трехмерных сцен (областей виртуального пространства, содержащих трехмерные объекты и источники света), были разработаны еще в 1960-х годах. Однако слабые возможности аппаратного обеспечения не позволяли в то время создавать даже совсем несложные 3D-изображения. Первые компьютерные программы, формирующие простые трехмерные модели на основе эскизов, были созданы в 1960-х годах в университете города Юты (США) Иваном Сазерлендом и Дэвидом Эвансом. Начиная с середины 1970-х годов их последователи Эд Катмулл, Джим Блинн, Би Тюн Фонг (все трое были студентами все той же кафедры компьютерной графики в Юте) продолжили развивать технологии работы с 3D-графикой и анимацией. Сначала мало кто воспринимал всерьез студенческие и аспирантские работы по формированию объемных изображений на экране компьютера. Однако фундаментальные исследования, проведенные в этот период, стали началом развития мощнейшей технологии, которая коренным образом изменила представление о возможностях применения компьютерной графики. До сих пор при визуализации используются материал Blinn, созданный Блинном, специальная модель освещения Phong Shading, основанная на расчете интенсивности света в каждой точке поверхности объекта и разработанная Фонгом, а также многое другое.

Со временем геометрические формы создаваемых на экране моделей усложнялись: наряду с простыми геометрическими примитивами и их комбинациями (куб, сфера, тор, различные тела, описываемые несложными алгебраическими уравнениями) появилась возможность поверхностного моделирования. При этом формируемая модель представляет собой поверхность, которая может состоять из множества полигонов (чаще всего треугольников). Развитие поверхностного моделирования стало большим шагом вперед и позволило создавать модели практически любой формы, включая модели живых организмов: людей, растений и т. п. Параллельно со сложностью форм 3D-моделей всегда стоял вопрос их реалистичности. Кроме собственно математического описания геометрии модели, которое бы максимально отвечало форме моделируемого и отображаемого объекта, требовалось его хорошее визуальное представление. Вот здесь очень кстати пришлись достижения ученых-физиков, изучающих оптику и различные формы излучения. Результаты их работ, касающиеся преломления, отражения, поглощения световых лучей, были положены в основу различных методов визуализации.

Стабильный рост производительности персональных компьютеров в начале 1990-х годов дал толчок развитию относительно недорогих приложений для трехмерного моделирования. Появление таких программных пакетов сделало 3D доступной для простых пользователей. При этом само моделирование перестало быть привилегией небольших групп ученых, занимающихся скучными исследованиями, или кинематографистов, имеющих доступ к мощным графическим станциям. Легкость в освоении, относительно небольшие требования к аппаратному обеспечению и поистине удивительные возможности таких систем обеспечили им быстрое распространение и большую популярность. Кроме того, развитие графических библиотек существенно способствовало популяризации программирования 3D-приложений, что еще более ускорило развитие и распространение трехмерной графики. В области дизайна и анимации вместе с производителями таких известных программ, как 3ds Max, Maya, SOFTIMAGE/XSI, LightWave 3D, на рынке появляются компании, занимающиеся разработкой узконаправленных специализированных модулей (плагинов) (Digimation, HABWare и пр.). В инженерном 3D-моделировании у «тяжелых» САПР-пакетов (CATIA, Unigraphics, Pro/ENGINEER) инициативу перехватывают более «легкие» и простые в освоении 3D-пакеты нового поколения: SolidWorks, Solid Edge, Inventor.

Следом за дизайном трехмерная графика незаметно проникла и в инженерное проектирование. Исторически сложилось так, что сфера промышленного проектирования жестко ограничена требованиями стандартов, которые касаются лишь плоского черчения. По этой причине переход на трехмерное моделирование в машиностроительном или архитектурном проектировании не был безболезненным. Однако богатство возможностей по созданию моделей сложных форм, легкость в проектировании и планировке, намного лучшие возможности для выявления ошибок на этапе проектирования и, самое главное, более наглядное представление объекта проектирования сделали свое дело. С середины 1990-х годов трехмерная графика стала широко применяться в инженерии.

Львиную долю среди программных средств для автоматизации инженерного проектирования занимают графические CAD-системы (Computer Aided Design – полуавтоматическое компьютерное проектирование). Они служат для создания трехмерных моделей машиностроительных агрегатов, изделий, зданий и т. п., формирования и оформления комплекта чертежей вместе с полным набором конструкторской документации, необходимой для выпуска изделия или построения объекта.

Помимо лучшего визуального представления (по сравнению с плоским изображением), трехмерные модели очень удобно использовать в инженерных расчетах. Для этого существует другой класс инженерных систем проектирования – CAE-системы (Computer Aided Engineering – автоматизированные инженерные расчеты). Расчет на прочность, кинематика и динамика, проливаемость пресс-форм, аэродинамические и гидравлические расчеты, имитация краш-тестов и многое другое стало простым и доступным с появлением программ такого класса. Инженер-конструктор получает просто фантастический инструмент: трехмерное представление напряжений в изделии, объемное распределение температур, пространственное моделирование потоков газов, смесей и жидкостей. И все это просто и наглядно – никаких «трехэтажных» формул, плоских графиков, диаграмм или приблизительных вычислений! Кроме того, любая трехмерная модель всегда точнее описывает объект, чем самое подробное двухмерное изображение. Да и формирование набора чертежей по построенной модели отнимет у вас не более двух-трех минут в любой современной CAD-системе (как это сделать в КОМПАС, было рассказано в гл. 2).

В этой главе речь пойдет о трехмерном твердотельном моделировании в системе КОМПАС-3D V10. Как и предыдущая, данная глава начнется с рассмотрения команд для работы в трехмерном редакторе КОМПАС-3D и приведения небольших и не очень сложных примеров, которые помогут вам освоиться в среде моделирования (если она еще не знакома вам). В завершении главы, когда вы уже освоите базовые принципы проектирования, будут приведены практические примеры. Мы рассмотрим разработку трехмерной модели знакомого вам одноступенчатого цилиндрического редуктора, а также некоторые необычные примеры разработок 3D-моделей с применением инструментария КОМПАС-3D из моей практики.

Моделирование – сложный процесс, результатом которого является законченная трехмерная сцена (модель объекта) в памяти компьютера. Моделирование состоит из создания отдельных объектов сцены с их последующим размещением в пространстве. Для выполнения трехмерных моделей объектов существует множество подходов. Рассмотрим основные из них, предлагаемые в наиболее успешных на сегодня программах 3D-графики:

• создание твердых тел с помощью булевых операций – путем добавления, вычитания или пересечения материала моделей. Этот подход является главным в инженерных графических системах;

• формирование сложных полигональных поверхностей, так называемых мешей (от англ. mesh – сетка), путем полигонального или NURBS-моделирования;

• применение модификаторов геометрии (используются в основном в дизайнерских системах моделирования). Модификатором называется действие, назначаемое объекту, в результате чего свойства объекта и его внешний вид изменяются. Модификатором может быть вытягивание, изгиб, скручивание и т. п.

КОМПАС-3D – это система твердотельного моделирования. Это значит, что все ее операции по созданию и редактированию трехмерных моделей предназначены только для работы с твердыми телами.

Твердое тело – область трехмерного пространства, состоящая из однородного материала и ограниченная замкнутой поверхностью, которая сформирована из одной или нескольких стыкующихся граней. Любое твердое тело состоит из базовых трехмерных элементов: граней, ребер и вершин (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Твердые тела: призма (состоит из семи граней) и шар (из одной грани)

Грань – гладкая (не обязательно плоская) часть поверхности детали, ограниченная замкнутым контуром из ребер. Частный случай – шарообразные твердые тела и тела вращения с гладким профилем, состоящие из единой грани, которая, соответственно, не имеет ребер.

Ребро – пространственная кривая произвольной конфигурации, полученная на пересечении двух граней.

Вершина – точка в трехмерном пространстве. Для твердого тела это может быть одна из точек на конце ребра.

Твердые тела в системе КОМПАС-3D создаются путем выполнения булевых операций над отдельными объемными элементами детали (призмами, телами вращения и т. д.). Другими словами, процесс построения состоит из последовательного добавления и (или) удаления материала детали. Контур формы добавляемого или удаляемого слоя материала определяется плоской фигурой, называемой эскизом, а сама форма создается путем перемещения этого эскиза в пространстве (вращение вокруг оси, выдавливание перпендикулярно плоскости эскиза, перемещение по траектории и пр.). В общем случае любое изменение формы детали (твердого тела) называется трехмерной формообразующей операцией, или просто операцией.

Формировать твердотельные модели в КОМПАС-3D можно в двух типах документов: КОМПАС-Деталь и КОМПАС-Сборка. В отличие от графических документов (чертеж и фрагмент), оба типа трехмерных документов равноценны, среди них нет главного или вспомогательного.

Документ Деталь предназначен для создания с помощью формообразующих операций и хранения модели целостного объекта (чаще всего какого-либо простого изделия, отдельной детали, компонента). Хотя, как было отмечено в гл. 1, вовсе не обязательно, чтобы модель в документе КОМПАС-Деталь отвечала реальной единичной детали на производстве. Например, никто не мешает представить вам в качестве единой детали трехмерную модель подшипника (в действительности состоящего из нескольких деталей), если вам так удобнее использовать его в сборках, параметризировать или редактировать.

В документе Сборка собираются в единый агрегат смоделированные и сохраненные ранее детали: вы сначала размещаете их в пространстве, сопрягаете вместе и фиксируете. Более того, в десятой версии программы функционал по наполнению сборок заметно расширился: теперь вы можете создавать прямо в сборке тела, которые будут принадлежать сугубо сборке (храниться в файле сборки, а не в отдельном файле детали или библиотеке стандартных элементов). Грубо говоря, начиная с десятой версии приложения сборка стала чем-то наподобие документа-детали, в который можно вставлять другие детали из несвязанных документов.

Необходимо также отметить, что в ранних версиях КОМПАС-3D при создании детали существовало жесткое ограничение: в документе КОМПАС-Деталь может быть выполнено только одно твердое тело. Вся геометрия построенной модели детали основывалась на одной базовой формообразующей операции (например, операции вращения или выдавливания), называемой основанием детали. Перед началом формирования 3D-модели, чтобы получить нормальную модель, всегда нужно было выбрать какой-либо элемент в реальном объекте, который бы служил базой для всех построений. Это связано с тем, что все последующие формообразующие операции отталкивались от основания детали, как бы нанизывались на него, и не могли выполняться отдельно. При неудачном выборе базового элемента последующие доработка и редактирование модели оказывались иногда очень затруднительными.

Начиная с КОМПАС-3D V8 Plus это ограничение снято. Теперь в детали, как и в сборке, можно создавать несколько не связанных друг с другом твердых тел (в сборке именно создавать, вставлять и ранее можно было сколько угодно). Такой подход получил название многотельного моделирования. Оно значительно упрощает разработку сложных деталей, снимая ограничения на создание моделей, которые раньше можно было получить лишь в режиме редактирования детали в сборке. Это значит, что булевы операции, которые до этого выполнялись только в сборке, теперь доступны при создании детали.

Многотельность также позволяет создавать модель «с разных сторон». Конструктору теперь необязательно отталкиваться от одной базовой операции в детали или элементов, привязанных к ней (что было не всегда оправдано с точки зрения удобства моделирования и последующего редактирования модели). Сейчас можно формировать модель, начиная с любой ее части, создавая сначала сколь угодно много отдельных тел, свободно размещенных в пространстве, и постепенно объединяя их по мере проектирования (рис. 3.2).

Рис. 3.2. Коленчатый вал: пример многотельного моделирования

При выполнении большинства операций в детали в связи с появлением многотельности добавился выбор нескольких вариантов (режимов) построения:

• при вырезании (удалении материала):

· вычитание элемента – удаление материала детали происходит внутри замкнутой поверхности, сформированной по заданному эскизу и типу операции (выдавливание, вращение и т. д.);

· пересечение элементов – удаление материала детали, находящегося снаружи поверхности, которая сформирована в результате операции;

• при «приклеивании» (добавлении материала):

· новое тело – добавляемый трехмерный элемент формирует в детали новое твердое тело, независимо от того, пересекается он с уже существующими телами или нет. Если создаваемый элемент не имеет пересечений или касаний с существующей геометрией детали, то эта функция включается автоматически;

· объединение – добавляемый элемент соединяется с твердым телом, с которым он пересекается;

· автообъединение – при этом система автоматически объединяет в одно тело существующий и новый элементы, если они пересекаются, или формирует новое тело, если они не пересекаются.

Результат формообразующей операции выбирается на вкладке Вырезание панели свойств при удалении или Результат операции – при добавлении материала (рис. 3.3).

Рис. 3.3. Выбор результата операции при добавлении материала

Очень важное понятие при многотельном моделировании – область применения операции. Представьте себе ситуацию, когда вследствие выполнения той или иной команды создаваемый элемент пересекает несколько твердых тел в модели. Какие действия предпримет система и какой результат будет у этой операции? Чтобы пользователь мог дать конкретный ответ на эти вопросы, и была реализована область применения операции. Например, если элемент выдавливания пересекает два (или более) тела, вы можете указать, с каким из этих тел объединять добавляемый элемент, объединять ли вообще или же формировать изо всех пересекающихся объектов одно твердое тело. Точно так же и при вырезании: настроив область применения операции, вы укажете, какие тела нужно «резать» (удалять часть их материала), а какие оставить нетронутыми. Другими словами, область применения операции – это набор тел, на которые распространяется действие текущей операции. Данный набор формируется простым указанием тел в окне представления модели после нажатия кнопки Ручное указание тел

на панели свойств.

Примечание

При добавлении материала к детали настраивать область применения операции можно только в режиме объединения (это естественно, так как в противном случае создается набор отдельных тел). Для операций удаления материала задать область применения операции можно всегда (конечно, если формообразующий элемент операции пересекается с другими телами модели).

Количество тел в текущей детали отображается в дереве построения в скобках справа от названия детали (рис. 3.4). При структурном отображении состава модели в дереве построения формообразующие операции, относящиеся к разным телам, показываются в отдельных группах.

Рис. 3.4. Количество тел в детали

Однако, наряду со многими преимуществами многотельного моделирования, способы получения нескольких тел в модели ограничены следующим.

• Каждое тело в модели детали должно быть неразрывным, из чего следует, что не допускается выполнение таких формообразующих операций, которые разделяют одно или несколько тел на части. Например, нельзя с помощью операции вырезания (или какой-либо другой) разбить тело на несколько нестыкующихся частей. Если вы точно знаете, что в вашей детали будет несколько разрозненных частей, необходимо сразу создавать их как отдельные тела.

• Нельзя перемещать тела в модели (как, например, детали в сборке), кроме как изменяя положения их эскизов.

• Невозможно копировать тела с помощью команд создания массивов. Тело, полученное в результате булевой операции или операции Зеркально отразить тело, также нельзя использовать в массивах. Более того, любые элементы тела, участвовавшего в булевой операции, также не получится размножить.

• При применении массивов в деталях с несколькими твердыми телами копируемые элементы (приклеенные или вырезанные) размещаются на том же теле, что и исходный элемент.

• При наличии пересекающихся, но разных тел в одной детали ассоциативные чертежи могут быть неправильно построены.

Мы уже выяснили, что КОМПАС – система твердотельного моделирования и что большинство операций по созданию моделей в ней основываются на эскизах (исключение составляют операции по созданию фаски, скругления, оболочки и т. п.). Эскиз – это обычное двухмерное изображение, размещенное на плоскости в трехмерном пространстве. В эскизе могут присутствовать любые графические элементы (примитивы), за исключением элементов оформления (обозначений) конструкторского чертежа и штриховки. Эскизом может быть как замкнутый контур или несколько контуров, так и произвольная кривая. Каждая трехмерная операция предъявляет свои требования к эскизу (например, эскиз для операции выдавливания не должен иметь самопересечений и т. п.). Об этих требованиях будет рассказываться при рассмотрении каждой отдельной команды. В дальнейшем нам постоянно придется создавать эскизы, поэтому считаю необходимым подробно описать порядок выполнения эскиза, чтобы больше не возвращаться к этому вопросу.

Последовательность построения эскиза для формообразующей операции такова.

1. Выделите в дереве построения или в окне документа плоскость, на которой планируете разместить эскиз (плоскость может быть стандартной или вспомогательной). Если в модели уже есть какое-либо тело (или тела), вы можете в качестве опорной плоскости эскиза использовать любую из его плоских граней. Выделить плоскую грань можно только в окне представления документа.

2. Нажмите кнопку Эскиз

на панели инструментов Текущее состояние. Модель плавно изменит ориентацию таким образом, чтобы выбранная вами плоскость разместилась параллельно экрану (то есть по нормали к линии взгляда).

Внимание!

Возможность автоматического изменения ориентации модели при запуске команды создания эскиза появилась только в КОМПАС-3D V8. Это, конечно, маловероятно, но если у вас установлена более ранняя версия, то после нажатия кнопки Эскиз модель не сдвинется с места. В таком случае перед каждым созданием эскиза для операции вам необходимо будет вручную устанавливать ориентацию модели нормально к плоскости эскиза. Для этого выделите плоскость и воспользуйтесь командой Нормально к

которая находится в раскрывающемся меню кнопки Ориентация

на панели инструментов Вид.

3. После запуска процесса создания эскиза компактная панель изменит свой вид (см. рис. 1.38). На ней будут расположены панели инструментов, свойственные как трехмерным, так и графическим документам системы КОМПАС-3D. Пользуясь командами для двухмерных построений, создайте изображение в эскизе. Для завершения создания или редактирования эскиза отожмите кнопку Эскиз. Компактная панель при этом восстановит свой прежний вид, а модель примет ту же ориентацию в пространстве, которая была до построения эскиза.

4. Эскиз останется выделенным в окне документа (подсвечен зеленым цветом), поэтому вы сразу можете вызывать нужную команду и создавать или вносить изменения в геометрию модели.

Примечание

Можно запустить формирование трехмерной формообразующей операции, не выходя из режима построения эскиза. Для этого необходимо всего лишь вызвать нужную команду с компактной панели (или с помощью команды меню). Система самостоятельно завершит редактирование эскиза и запустит соответствующую команду, основываясь на текущем эскизе.

Все трехмерные операции в КОМПАС-3D делятся на основные (то есть собственно формообразующие) и дополнительные. Основные операции включают команды для добавления и удаления материала детали, булевы операции, команду создания листового тела, а также команду Деталь-заготовка. Дополнительные операции представляют собой команды для реализации тех или иных конструкторских элементов на теле детали (фаски, скругления, отверстия, уклона, ребра жесткости и т. д.). В отдельную группу можно отнести команды построения массивов трехмерных элементов как в детали, так и в сборке. Есть также некоторые специфические команды, доступные только для сборки.

В соответствии с изложенной классификацией мы будем дальше рассматривать инструменты трехмерного редактора КОМПАС-3D.

Существует четыре основных подхода к формированию трехмерных формообразующих элементов в твердотельном моделировании. Эти подходы практически идентичны во всех современных системах твердотельного 3D-моделирования (есть, конечно, небольшие различия в их программной реализации, но суть остается той же). Рассмотрим их.

• Выдавливание. Форма трехмерного элемента образуется путем смещения эскиза операции (рис. 3.5, а) строго по нормали к его плоскости (рис. 3.5, б). Во время выдавливания можно задать уклон внутрь или наружу (рис. 3.5, в и г). Контур эскиза выдавливания не должен иметь самопересечений. Эскизом могут быть: один замкнутый контур, один незамкнутый контур или несколько замкнутых контуров (они не должны пересекаться между собой). Если вы формируете основание твердого тела выдавливанием и используете в эскизе несколько замкнутых контуров, то все эти контуры должны размещаться внутри одного габаритного контура, иначе вы не сможете выполнить операцию. При вырезании или добавлении материала выдавливанием замкнутые контуры могут размещаться произвольно.

Рис. 3.5. Выдавливание: эскиз (а), сформированный трехмерный элемент (б), уклон внутрь (в) и уклон наружу (г)

• Вращение. Формообразующий элемент является результатом вращения эскиза (рис. 3.6, а) в пространстве вокруг произвольной оси (рис. 3.6, б). Вращение может происходить на угол 360° или меньше (рис. 3.6, в). Обратите внимание, ось вращения ни в коем случае не должна пересекать изображение эскиза!

Рис. 3.6. Вращение: эскиз (а), полное вращение (б), вращение на угол меньше 360° (в)

Если контур в эскизе незамкнут, то создание тела вращения возможно в двух различных режимах: сфероид или тороид (переключение производится с помощью одноименных кнопок панели свойств). При построении сфероида конечные точки контура соединяются с осью вращения отрезками, перпендикулярными к оси, а в результате вращения получается сплошное тело. В режиме тороида перпендикулярные отрезки не создаются, а построенный трехмерный элемент принимает вид тонкостенного тела с отверстием вдоль оси вращения.

• Кинематическая операция. Поверхность элемента формируется в результате перемещения эскиза операции вдоль произвольной трехмерной кривой (рис. 3.7). Эскиз должен содержать обязательно замкнутый контур, а траектория перемещения – брать начало в плоскости эскиза. Разумеется, траектория должна не иметь разрывов.

Рис. 3.7. Кинематическая операция: эскиз и траектория операции (а), трехмерный элемент (б)

• Операция по сечениям. Трехмерный элемент создается по нескольким сечениям-эскизам (рис. 3.8). Эскизов может быть сколько угодно, и они могут быть размещены в произвольно ориентированных плоскостях. Эскизы должны быть замкнутыми контурами или незамкнутыми кривыми. В последнем эскизе может размещаться точка.

Рис. 3.8. Операция по сечениям: набор эскизов в пространстве (а), сформированный трехмерный элемент (б)

Перечисленных четырех способов обычно хватает для формирования сколь угодно сложных форм неорганического мира. Иногда, правда, бывает значительно легче сформировать объект, используя другие методы моделирования в других графических системах (речь идет о полигональном или NURBS-моделировании). Однако в 90 % случаев твердотельного инструментария достаточно для построения неживых объектов.

Все команды для построения и редактирования детали расположены на панели инструментов Редактирование детали (рис. 3.9). Для перехода к этой панели щелкните на одноименной кнопке компактной панели (разумеется, активным должен быть документ КОМПАС-Деталь).

Рис. 3.9. Панель инструментов Редактирование детали

Подобно прочим панелям инструментов, панель Редактирование детали содержит как одиночные кнопки, так и группы кнопок.

Первой идет группа кнопок, позволяющих добавить материал детали (или создать основание). В нее входят следующие команды:

Операция выдавливания;

Операция вращения;

Кинематическая операция;

Операция по сечениям.

Как видите, все эти команды отвечают определенному способу построения формы твердого тела, которые были описаны выше. Как правило, с одной из этих команд начинается построение твердого тела (хоть наличие единого основания для всей детали необязательно, но для конкретного твердого тела в модели оно, конечно, должно быть).

После создания любой формообразующей операции в дереве построения добавляется новый узел со значком выполненной операции и с ее названием, а в подчиненной ветке этого узла содержится перечень эскизов, используемых в операции (рис. 3.10). Названия всех операций по умолчанию совпадают с названиями их команд, кроме того, после двоеточия к названию добавляется порядковый номер операции (операции каждого типа имеют свою нумерацию). Вы можете настроить на панели свойств имя, отображаемое в дереве, до завершения создания операции или прямо в дереве построения после того, как формообразующий элемент или эскиз создан.

Рис. 3.10. Отображение последовательности операций в дереве построения модели

Еще одной операцией, с которой нередко начинается построение детали, является Деталь-заготовка

(ее кнопка следует сразу за группой команд добавления материала). Эта команда позволяет использовать в качестве заготовки другую, ранее построенную и сохраненную деталь. После вставки детали-заготовки в новый документ вы можете продолжить построение или редактировать заготовку так же, как если бы создали основание, например, при помощи обычной операции выдавливания. Заготовка может вставляться как самостоятельный объект (кнопка Вставка без истории на панели свойств) или с поддержкой связи с файлом источником (Вставка внешней ссылкой). Во втором случае все изменения в детали-образце будут переноситься в файл на вставленную заготовку. При установленном флажке Зеркальная деталь на панели свойств деталь-заготовка будет вставлена в документ в зеркальном отображении. Кнопка Деталь-заготовка доступна, только если в детали не создано еще ни одного объекта.

За командой вставки заготовки идет группа команд удаления материала детали (команды вырезания):

Вырезать выдавливанием;

Вырезать вращением;

Вырезать кинематически;

Вырезать по сечениям.

Как и команды добавления материала, они реализуют четыре основных способа формирования геометрии твердотельных моделей. Требования к эскизам этих операций такие же, как и для добавления материала. Единственное отличие – все эти команды неактивны, если в детали нет хотя бы одной операции добавления материала (это логично – вырезать можно только из чего-то уже построенного).

Группа команд для вырезания присутствует также и в документе КОМПАС-Сборка. В сборке с их помощью можно делать сквозные вырезы, проходящие через несколько деталей сразу. Изменение в геометрии каждой из деталей в сам документ (файл) детали не передается.

Важной особенностью всех команд добавления и вырезания является возможность формирования не только сплошных трехмерных элементов, но и так называемой тонкой стенки (рис. 3.11).

Рис. 3.11. Результат операции выдавливания в режиме построения тонкой стенки

Настройка параметров тонкой стенки осуществляется на вкладке Тонкая стенка панели свойств при выполнении любой из команд добавления или удаления материала. Раскрывающийся список Тип построения тонкой стенки содержит следующие варианты:

Нет – формообразующий элемент создается сплошным (нет тонкой стенки);

Наружу – тонкая стенка строится наружу от контура эскиза операции;

Внутрь – тонкая стенка строится внутрь от контура;

Два направления – тонкая стенка строится в обоих направлениях сразу, причем толщину стенки по каждому из направлений можно задавать различной;

Средняя плоскость – тонкая стенка строится на одинаковое расстояние (равное половине заданной толщины) в обе стороны от контура эскиза.

Примечание

Если в контуре эскиза для «приклеивания» или вырезания содержится незамкнутая кривая, то автоматически включается режим создания тонкой стенки, выдавленной наружу (при этом пункт Нет вообще недоступен в раскрывающемся списке Тип построения тонкой стенки).

При выполнении отдельных команд добавления или удаления материала (в частности, выдавливания и вращения) можно задавать направление операции. Оно указывает, в какую сторону относительно опорной плоскости эскиза будет происходить добавление или удаление материала. Можно выбрать одно из следующих направлений:

Прямое направление – эскиз формообразующей перемещается в направлении нормали к поверхности эскиза (это вариант задан по умолчанию);

Обратное направление – эскиз перемещается в противоположную от направления нормали сторону;

Два направления – эскиз смещается в обе стороны от опорной плоскости, при необходимости на различное расстояние или угол в каждую сторону;

Средняя плоскость – операция действует симметрично относительно плоскости эскиза, а смещение или поворот осуществляется на половину заданного расстояния или угла.

Направление выбирается (при запущенной команде выдавливания или вращения) из раскрывающегося списка Направление на вкладке Параметры панели свойств. Для удобства ориентации направление нормали к плоскости эскиза при выполнении операции указывается фантомной стрелкой. Как правило, нормаль всегда направлена наружу от тела детали. Для первого формообразующего элемента (основания) направление нормали совпадает с положительным направлением координатной оси глобальной системы координат, перпендикулярной к плоскости эскиза (то есть если эскиз лежит в плоскости XY, то направление нормали совпадет с направлением оси Z).

Примечание

Положение глобальной системы координат трехмерного документа вы всегда можете видеть в левом нижнем углу окна представления документа.

При выборе определенного направления в окне документа сразу изменяется фантом формообразующей операции. Фантом трехмерного элемента – это условное временное отображение изменений, которые коснутся детали при выполнении той или иной операции (рис. 3.12). Фантом трехмерного элемента всегда прозрачен, его контур отрисовывается серыми тонкими линиями. Отображение фантома всегда отвечает выбранным в данный момент настройкам текущей операции (направление и величина смещения, выполнение сплошным или тонкой стенкой и т. п.).

Рис. 3.12. Фантом операции выдавливания

Внимание!

Не путайте направление стрелки, отображаемой при выполнении формообразующей операции, с направлением операции или фантомом операции! Стрелка всегда показывает направление нормали к эскизу булевой операции (например, того же выдавливания). Направление операции определяет, в какую сторону относительно нормали будет происходить операция – по нормали, в противоположную или в обе стороны. Стрелка также не является фантомом операции или его частью. Фантом – это изменения в форме детали вследствие проведенной операции, зависящие от направления операции и не зависящие от направления нормали.

Для других команд добавления или удаления материала направление не задается, поскольку форма трехмерных элементов, полученных в результате выполнения этих команд, однозначно определяется формой и размещением эскизов, в них входящих.

Еще одной из главных формообразующих операций является Булева операция

Она доступна, только если в детали присутствует более одного тела. Данная операция предназначена для объединения, вычитания или пересечения указанных тел.

Эта операция очень полезна, хотя ее почему-то употребляют нечасто, а стараются получить модель с помощью других команд, зачастую ощутимо усложняя себе жизнь. Возможно, дело в привычке.

Рассмотрим действие данной операции на небольшом примере, заодно и закрепим все прочитанное до этого.

1. Создайте документ КОМПАС-Деталь. Вы уже знаете, что это можно сделать, вызвав окно Новый документ с помощью меню Файл > Создать или выбрав строку Деталь из раскрывающегося списка кнопки Создать на панели Стандартная.

2. Откроется пустой документ, в котором пока есть только три координатные плоскости. В окне дерева построения выделите плоскость XY и нажмите кнопку Эскиз на панели инструментов Текущее состояние.

3. В режиме построения эскиза перейдите на панель Геометрия компактной панели инструментов и нажмите кнопку Многоугольник (она находится в одной группе с кнопками команд построения прямоугольников). Создайте пятиугольник с центром в начале координат эскиза и радиусом вписанной окружности 20 мм (рис. 3.13). Завершите редактирование эскиза.

Рис. 3.13. Построение пятиугольника в эскизе

4. На компактной панели перейдите на панель Редактирование детали, на которой нажмите кнопку Операция выдавливания. Оставьте заданное по умолчанию направление операции в ту же сторону, что и направление нормали, а в поле Расстояние 1 введите значение 30. Нажмите кнопку Создать объект для формирования твердого тела выдавливанием. У вас должна получиться призма с равносторонним пятиугольником в основании.

Примечание

Можно не задавать параметры операций (расстояние или угол смещения, величину уклона и т. п.) в полях панели свойств. Есть другой способ, возможно, не такой удобный, но иногда более быстрый, – перетаскивание характерных точек трехмерного элемента. Как и в двухмерном изображении, в 3D-модели есть характерные точки, перетаскивая которые можно изменять тот или иной параметр так, как будто вы вводите его значение на панели свойств. Характерные точки отображаются на фантоме операции маленькими черными квадратами. При наведении указателя на точку возле нее всплывает подсказка с названием и текущим значением параметра (см. рис. 3.12). Нажмите кнопку мыши и перетаскивайте точку – соответствующий параметр будет изменяться, а его значение отображаться справа от указателя мыши.

5. Выделите верхнюю грань призмы в окне представления документа (то есть щелкнув на самой грани в модели). Грань должна подсветиться зеленым цветом. Опять нажмите кнопку для создания эскиза. Переключитесь на панель инструментов Геометрия и с помощью команды Дуга постройте дугу с центром в одной из вершин основания-пятиугольника и радиусом 20 мм. Поскольку этот эскиз предполагается использовать в операции вращения, обязательно создайте осевую линию (команда Отрезок, стиль линии Осевая) проходящую через конечные точки дуги (рис. 3.14).

Рис. 3.14. Эскиз для будущей операции вращения

6. Теперь попробуем создать трехмерный элемент, не выходя из режима редактирования эскиза. Не отжимая кнопку Эскиз, перейдите на панель Редактирование детали и щелкните на кнопке Операция вращения. На основе текущего эскиза сразу должна запуститься операция создания тела вращения. Необходимо настроить параметры команды таким образом, чтобы в результате ее выполнения получить сплошной шар, как отдельное твердое тело (это нужно, чтобы потом можно было применить булеву операцию). Для этого выполните следующее:

1) в группе переключателей Способ на панели свойств нажмите кнопку Сфероид, направление оставьте заданным по умолчанию (прямое), но проследите, чтобы в поле Угол прямого направления было задано значение 360;

2) перейдите на вкладку Тонкая стенка и из раскрывающегося списка Тип построения тонкой стенки выберите пункт Нет, чтобы запретить создание тонкой стенки и получить сплошной шар;

3) перейдите на вкладку Результат операции и нажмите кнопку-переключатель Новое тело, чтобы формируемый шар не был объединен с призмой.

7. Нажмите кнопку Создать объект. В результате получится сплошной шар радиусом 20 мм (рис. 3.15). Несмотря на то, что созданные объекты пересекаются, это все равно два разных твердых тела (о чем свидетельствует то, что в местах входа шара в призму нет четко обозначенных ребер).

Рис. 3.15. Два созданных тела в модели

8. Теперь можно перейти к демонстрации возможностей команды Булева операция. Нажмите соответствующую кнопку на панели Редактирование модели. В строке подсказок появится текст Выберите объекты для булевой операции. По очереди щелкните на каждом из двух тел в окне модели (сначала на призме, потом на шаре). При этом ребра каждого выбранного тела (а также значки трехмерных операций, образующих тело в дереве построения) будут подсвечены красным цветом. Результатом этой операции могут быть четыре разных тела:

• тело, полученное объединением призмы и шара (рис. 3.16, а). Для этого на панели свойств в группе кнопок Результат операции нужно нажать кнопку Объединение

Обратите внимание: в местах пересечения шара призмы появились ребра нового тела;

• тело, сформированное в результате вычитания шара из призмы, то есть вычитанием второго тела из первого (рис. 3.16, б). Для этого на панели свойств должна быть нажата кнопка Вычитание

• тело, полученное вычитанием призмы из шара (рис. 3.16, в). Поскольку вычитается всегда второе тело, вам необходимо изменить порядок указания тел. Этого можно добиться двумя способами. Первый – снять выделение с обоих тел, щелкнув на свободном пространстве модели, а затем заново указать тела для булевой операции, сначала щелкнув на шаре, а потом на призме. Второй и более правильный метод – изменить порядок тел в списке Список объектов на панели свойств (в этом списке каждое тело обозначается названием последней выполненной над ним формообразующей операции). Чтобы изменить порядок, выделите одно из тел и переместите его в списке, используя кнопки со стрелками, размещенные в верхней части списка (рис. 3.17);

• тело, сформированное в результате пересечения двух указанных тел (рис. 3.16, г). Для этого на панели свойств должна быть нажата кнопка Пересечение

Рис. 3.16. Результат выполнения булевой операции: объединение (а), вычитание (б, в) и пересечение (г)

Рис. 3.17. Изменение порядка выбранных тел в списке объектов булевой операции

Вы можете самостоятельно попробовать все четыре варианта команды Булевой операции. Для этого после ее выполнения выделите ее в дереве построения и вызовите команду контекстного меню Редактировать (в более ранних версиях программы – Редактировать элемент) (рис. 3.18). Запустится процесс редактирования выбранной в дереве операции: трехмерный элемент опять перейдет в фантомное состояние, а на панели свойств отобразятся настройки данной операции. Изменив какие-либо из значений параметров (в нашем примере – результат булевой операции), вновь создайте трехмерный элемент, нажав кнопку Создать объект.

Рис. 3.18. Контекстное меню трехмерного элемента, вызванное из дерева построения

В контекстном меню для трехмерных элементов присутствует еще несколько очень полезных команд (см. рис. 3.18).

• Удалить (или Удалить элемент в предыдущих версиях КОМПАС-3D) – удаляет трехмерный элемент из модели и дерева построения. При удалении определенного элемента из детали его эскиз (или эскизы) не удаляются, но удаляются все зависящие от него (условно подчиненные) трехмерные элементы (операции). Под условно подчиненными следует понимать такие операции, которые, хоть и являются отдельными трехмерными объектами, формируются на базе уже существующей геометрии модели и напрямую зависят от нее (являются производными). Например, если вы выполнили операцию выдавливания, после чего на пересечении граней полученного объекта создали скругления, то после удаления операции выдавливания все скругления будут также удалены!

Внимание!

Будьте осторожны при удалении тех или иных элементов детали – восстановить их, кроме как создав заново, будет невозможно!

• Скрыть – управляет отображением элемента детали, выбранного в дереве построения. После ее выполнения элемент будет скрыт (спрятан) в модели. Если вызывать контекстное меню для уже скрытого элемента, на месте этой команды будет команда Показать, включающая отображение объекта. Если вы скрываете какую-то часть твердого тела (одну операцию), то в модели будет спрятано все тело, в состав которого входит выбранная операция. Режим скрытия очень полезен для сложных моделей, особенно больших сборок. Скрытие отдельных элементов значительно облегчает работу с такой моделью, ее становится проще приближать, отдалять или поворачивать в окне представления.

• Отношения в дополнительном окне – команда позволяет создать дополнительное окно дерева модели и отобразить в нем объекты, являющиеся исходными и производными для объекта, выделенного в дереве.

• Указатель под выделенный объект – автоматически перемещает и устанавливает указатель, отсекающий операции построения в дереве под выделенный трехмерный элемент. Подробнее о данном указателе читайте далее.

• Исключить из расчета – исключает из расчета выбранную операцию, вследствие чего модель перестраивается так, как будто исключенной операции вообще нет в модели. Если элемент исключен, то вместо этой команды будет отображена команда Включить в расчет. При исключении трехмерного элемента из модели исключаются все его условно подчиненные элементы, однако при включении этого же элемента в структуру модели все подчиненные объекты останутся исключенными. Их придется включать вручную. Исключенные элементы отображаются в дереве построения светло-голубым цветом и помечены крестиком в левом нижнем углу.

• Исключить из расчета следующие – новая команда, позволяющая исключить из расчета детали все трехмерные формообразующие элементы, которые следуют за выделенным элементом (для которого было вызвано контекстное меню).

• Включить в расчет последующие – эта функция активирует ранее исключенные из расчета формообразующие элементы (если такие есть, конечно) во всех элементах, следующих ниже выделенного.

Как вы наверняка успели заметить, контекстное меню, вызываемое на объекте дерева построения модели, динамически изменяется в зависимости от состояния объекта. Более того, состав меню меняется даже для каждого отдельного типа объектов модели. Например, контекстное меню для эскиза будет иметь другой вид (рис. 3.19).

Рис. 3.19. Контекстное меню, вызванное в дереве построения для эскиза

Часть команд меню для эскиза имеет схожее назначение с командами трехмерных элементов (операций): Исключить из расчета, Исключить из расчета последующие, Включить в расчет последующие, Редактировать и Показать (эскиз после выполнения трехмерной операции сразу делается скрытым, исключение составляют эскизытраектории для кинематических операций, но они, если быть точным, и не входят в состав эскизов этой операции).

При редактировании эскиза трехмерная операция, в которую он входит, а также все операции в модели, следующие за этой операцией в дереве построения, блокируются (становятся недоступными). При этом в дереве модели возле их значков появляется изображение защелкнутого замка. Данные операции нельзя ни выделять, ни изменять до тех пор, пока не будет завершено редактирование эскиза. После выхода из режима редактирования эскиза все эти операции будут перестроены с учетом изменений в эскизе.

Есть в контекстном меню эскиза (см. рис. 3.19) и некоторые особенные команды:

• Изменить плоскость – позволяет переназначить опорную плоскость эскиза, правда, при этом могут быть утеряны все параметрические связи, наложенные на эскиз;

• Разместить эскиз – дает возможность изменять размещение всего изображения эскиза в пределах его базовой плоскости (подобно изменению точки привязки вида в чертеже).

Примечание

При запущенной на выполнение трехмерной операции контекстное меню в дереве построения нельзя вызвать.

Еще одной из основных формообразующих операций является создание листового тела. Функции для работы с листовыми моделями мы рассмотрим позже.

Перейдем к дополнительным командам, позволяющим легко реализовать различные конструкторские элементы на теле детали. Все эти команды доступны, только если в модели уже есть построенные тела, созданные с помощью одной или нескольких основных формообразующих команд. Трехмерные элементы, созданные с использованием дополнительных операций, находятся в зависимости от основных элементов. Эта зависимость строго однонаправленная, то есть редактирование производного элемента не влияет на состояние основного, но при изменении основного элемента дополнительный также изменит свою форму.

Одними из наиболее используемых дополнительных команд являются Фаска

и Скругление

(на панели Редактирование детали они объединены в одну группу). Для этих операций не требуется создавать эскиз. Вы лишь указываете радиус скругления или катет и угол фаски, а также ребра, на месте которых необходимо сформировать указанный конструкторский элемент. Для выделения ребра в 3D-модели подведите к нему указатель мыши и, когда справа внизу от указателя появится изображение маленького отрезка, щелкните на ребре кнопкой мыши. Ребро должно подсветиться красным цветом. За один вызов команды Фаска или Скругление можно создавать фаску или скруглить сколько угодно ребер (рис. 3.20).

Рис. 3.20. Результат выполнения команд Фаска и Скругление

Есть и другой способ выбора ребер для построения фаски или формирования скругления. В окне модели вы можете выбрать любую грань, тогда на всех ее ребрах будут созданы фаски или скругления указанных параметров. Выделить грань достаточно просто: подведите к ней указатель (возле указателя появится условное обозначение грани) и щелкните кнопкой мыши. Грань подсветится. Как и для большинства других трехмерных операций, создаваемые фаски или скругления сначала отображаются фантомами с характерной точкой, позволяющей прямо в окне модели редактировать их параметры.

При описании двух предыдущих команд был затронут вопрос выделения трехмерных элементов (ребер и граней) непосредственно на самой модели. Как вы уже заметили, система отслеживает, какой объект находится ближе всего к указателю мыши, и выдает своеобразную подсказку, что сейчас можно выделить. Иногда необходимо выделить объекты только какого-то одного конкретного типа, например только ребра или только вершины. В достаточно сложных моделях бывает нелегко выбрать нужный объект, так как мешают другие элементы, расположенные слишком близко. Например, при создании скругления необходимо выделять или снимать выделение только с ребер, а по короткому ребру очень сложно попасть щелчком кнопкой мыши в окне модели. Случайно щелкнув на грани (при запущенной команде Скругление), вы тем самым выделите все ее ребра, что только добавит вам лишних хлопот. Для решения этой проблемы в системе КОМПАС-3D есть возможность настройки фильтров выделения. Это можно сделать на панели инструментов Фильтры (рис. 3.21). С помощью кнопок на этой панели можно включить или выключить возможность выделения следующих объектов:

• граней;

• ребер;

• вершин;

• конструктивных плоскостей;

• конструктивных осей.

Рис. 3.21. Панель Фильтры

По умолчанию на этой панели нажата кнопка Фильтровать все, которая позволяет выделять все трехмерные элементы модели.

Продолжим рассмотрение дополнительных формообразующих операций для детали.

Команда Отверстие

очень удобна для быстрого создания различных отверстий со сложным профилем в теле детали. Эта команда доступна, если в модели выделена плоская грань, которая автоматически становится базовой для отверстия. Для формирования отверстия необходимо задать его координаты на базовой плоскости, а главное – выбрать тип (профиль) отверстия и определить его размеры. Тип отверстия можно указать на панели Выбор отверстия (рис. 3.22) вкладки Параметры панели свойств. В библиотеке отверстий содержатся как самые простые отверстия, например под ввинчиваемые болты, так и с очень сложным профилем, включающим всевозможные канавки, буртики и пр. Выбрав тип отверстия, задав координаты его центра и размеры, нажмите кнопку Создать объект – система выполнит все построение (то есть с помощью этой команды вы избавились от необходимости самостоятельно рисовать эскиз). Редактируется построенный объект не как обычная операция вырезания, а именно как отверстие. Вы можете изменить его профиль и построить заново, при этом вам не нужно будет перерисовывать эскиз.

Рис. 3.22. Выбор типа отверстия и задание его размеров

Примечание

У элемента, созданного с помощью команды Отверстие, все-таки есть эскиз (вы можете увидеть его в дереве построений, раскрыв узел операции отверстия). Однако этот эскиз содержит не изображение профиля отверстия, а всего лишь точку, обозначающую положение центра отверстия на опорной плоскости. Таким образом, редактируя этот эскиз (перемещая точку), вы изменяете положение отверстия на плоскости.

Команду Отверстие можно использовать и для сборки.

Команда Ребро жесткости

строит в детали одноименный элемент на основе эскиза, содержащего незамкнутый контур.

Еще одна из дополнительных команд – Уклон

– предназначена для придания уклона плоских граней, которые были перпендикулярны основанию (рис. 3.23). Эта команда отличается от уклона, придаваемого элементам выдавливания, следующими особенностями:

• уклон придается не всем граням относительно основания, а лишь выбранным пользователем;

• одновременно можно формировать уклон для граней, принадлежащих трехмерным элементам, которые сформированы разными формообразующими операциями;

• для операции не требуется эскиз.

Рис. 3.23. Две грани, наклоненные к основанию с помощью команды Уклон

Эта команда достаточно проста в применении. После ее вызова вы указываете плоскую грань – основание, после чего одну за другой – грани, которые нужно наклонить. Наконец, задаете угол уклона в поле Угол на панели свойств (выбранные грани отрисовываются фантомом в наклоненном состоянии) и подтверждаете создание уклона, нажав кнопку Создать объект.

Данная операция предназначена для придания небольших уклонов моделям деталей, которые предполагается изготовлять литьем. Таким образом, не редактируя эскизы и не искажая структуру модели, вы легко получаете нужные формовочные уклоны.

Совет

Если на ребрах наклоненных граней должно быть скругление, то его желательно делать уже после выполнения уклона. Операцию Уклон желательно применять на самом последнем этапе построения модели.

Используя команду Оболочка

вы сможете преобразовать твердотельную деталь в тонкостенную оболочку (рис. 3.24). При формировании оболочки вам следует лишь указать грань или грани, которые будут удалены с тела модели (на рис. 3.24 это нижняя опорная грань детали), а также задать толщину стенки.

Рис. 3.24. Сплошная деталь (а) и результат применения команды Оболочка (б)

Команда Оболочка очень полезна при проектировании различных корпусных деталей. Значительно проще сначала создать модель, полностью заполненную материалом, заботясь только о внешней форме, а не о внутренней полости, а затем с помощью одной команды превратить ее в тонкостенную деталь.

Совет

Если вы планируете применять операцию Оболочка, старайтесь не перегружать модель скруглениями.

Последними среди дополнительных операций являются команды создания сечений в модели: Сечение поверхностью

(рис. 3.25, а) и Сечение по эскизу

(рис. 3.25, б). Главное отличие этих команд в том, что для первой не требует создания эскиза, а для второй он обязателен (что и следует из названия команды).

Рис. 3.25. Результаты выполнения команд создания сечений: поверхностью (а) и по эскизу (б)

При выполнении сечения поверхностью вы указываете любую поверхность в модели (грань, вспомогательную плоскость) и направление операции (прямое или обратное). Поверхность не обязательно должна быть плоской. Направление в этой операции указывает, какую часть модели вырезать, другими словами, по какую сторону от указанной поверхности рассекать модель. Чаще всего эту команду используют для рассечения детали или сборки одной из ортогональных плоскостей, просто чтобы показать внутреннее строение модели.

Сечение по эскизу применяют, когда необходимо сформировать разрез более сложного профиля. Для этого выбирают какую-либо плоскость в модели, на которой создают эскиз профиля сечения. Затем, выделив эскиз, нажимают кнопку Сечение по эскизу и, задав направление (в модели оно будет показано стрелкой), создают вырез. Эскиз сечения должен содержать незамкнутый контур, концы которого желательно размещать за краями рассекаемой части детали. Эту команду применяют как для создания разреза в модели (то есть чтобы открыть ее внутреннее строение), так и как самостоятельный трехмерный элемент, формирующий какую-то часть геометрии модели.

Примечание

При выполнении команды Сечение по эскизу стрелка указывает направление вырезания материала при сечении, поскольку само вырезание происходит не перпендикулярно, а вдоль опорной плоскости эскиза. По этой причине направление нормали для команды Сечение по эскизу не имеет значения.

Как и команды вырезания и создания отверстий, обе команды построения сечений можно применять и для сборки.

Иногда после завершения редактирования эскиза или после включения в расчет ранее исключенных трехмерных операций модель отображается некорректно, а в дереве построений возле таких операций появляется восклицательный знак в красном кружке. Это свидетельствует об ошибках в трехмерных операциях. Их нельзя допускать в моделях. Ошибки бывают разными. Например, в результате перестроения одной из операций вы изменили форму модели так, что одно из отверстий (сформированных операцией вырезания) больше не пересекает тело детали, но ведь сама операция вырезания осталась в модели. Возникает ошибка, отверстие не вырезается, и вся последующая геометрия модели будет построена неправильно. Для устранения ошибок необходимо отредактировать эскиз или параметры неверной операции. Иногда достаточно изменить что-либо в построениях, предшествующих операции, в которой возникла ошибка.

Кроме того, иногда возникают диалоговые окна Что неверно?, которые говорят о невозможности выполнить ту или иную операцию (рис. 3.26). Появление этого окна означает, что один или несколько параметров на панели свойств заданы неверно. Такой ошибкой может быть, например, самопересечение контура операции выдавливания, отсутствие осевой линии в эскизе операции вращения, неверный эскиз операции вырезания, разделяющий тело на несколько частей, недопустимый радиус скругления и т. д. При появлении такого сообщения (в нем могут быть зафиксированы сразу несколько ошибок) завершение построения трехмерной операции невозможно.

Рис. 3.26. Сообщение об ошибке в эскизе

В отдельную группу следует отнести команды создания массивов элементов (хотя следует понимать, что эта классификация достаточно условна).

Для детали есть три разные команды создания массивов (на панели Редактирование детали их кнопки объединены в одну группу):

• Массив по сетке

– размещает копируемые элементы в узлах двухмерной сетки, количество копий по каждому из направлений задается отдельно. Сетка не обязательно должна быть ортогональной;

• Массив по концентрической сетке

– копии выбранных трехмерных элементов располагаются равномерно по концентрическим окружностям;

• Массив вдоль кривой

– создает одномерный массив трехмерных элементов, которые размещаются вдоль произвольной кривой.

Копировать с помощью этих команд можно не только один элемент (операцию), а сразу несколько (например, операцию выдавливания вместе со сформированными на ее гранях фасками или отверстиями). Выделять исходные объекты для копирования возможно как в окне модели, так и в дереве построения. Важно понимать, что операции создания массивов не предназначены для создания новых тел в модели, поэтому при задании параметров этих команд учитывайте, что копии трехмерного элемента должны быть приклеены (или вырезаны) к тому телу, которому принадлежит исходный элемент. Если хотя бы одна из копий выйдет за пределы своего тела, то система сообщит об ошибке и массив не будет создан.

Все три команды можно использовать и для сборки, но там они служат для копирования отдельных деталей, входящих в состав сборки.

Есть еще одна команда, предназначенная для копирования элементов модели, – Зеркальный массив

Она служит для создания зеркального отражения выбранных элементов модели относительно плоскости или плоской грани. Как и все прочие команды формирования массивов, Зеркальный массив не может создавать новые тела. А вот команда Зеркально отразить тело

(она находится в одной группе с командой зеркального массива) позволяет получить как одно целое тело, симметрично отразив созданную его часть относительно грани или плоскости, так и два отдельных, симметричных друг другу относительно выбранной плоскости.

Примечание

В версиях системы, предшествующих КОМПАС-3D V8 Plus (то есть до появления многотельного моделирования), команда Зеркально отразить тело называлась Зеркально отразить. Она предназначалась только для формирования целостной детали, имеющей плоскость симметрии, путем отображения части детали относительно одной из ее граней или плоскости, которая проходит через тело детали.

Мы рассмотрели практически все команды панели инструментов Редактирование детали (конечно, это не все, что есть в КОМПАС-3D: ведь существуют еще листовые детали, поверхности, вспомогательные объекты и пр.). Остались еще две операции, доступные только в режиме редактирования детали в сборке, но о них чуть позже.

При описании формообразующих команд я специально пропустил команды для создания листового тела. Листовое тело – это деталь КОМПАС-3D, представляющая собой трехмерную модель объекта (изделия), сформированного различными операциями над заготовкой из листового металла (гибка, ковка, штамповка и т. п.). Все команды для построения листовых деталей вынесены на отдельную панель инструментов – Элементы листового тела (рис. 3.27).

Рис. 3.27. Панель инструментов Элементы листового тела

Основной формообразующей командой для листовых моделей (рис. 3.28) является Листовое тело

Без выполнения этой команды любые другие операции по редактированию листовой детали будут недоступны. Процесс формирования листового тела подобен выполнению формообразующей операции выдавливания. Листовое тело создается путем перемещения эскиза листового тела в ортогональном направлении на некоторую величину (обычно небольшую – не более нескольких миллиметров).

Рис. 3.28. Листовое тело

После создания листового тела вы можете выполнять с ним различные операции, формируя деталь, которую весьма сложно было бы смоделировать с помощью только булевых операций (рис. 3.29).

Рис. 3.29. Пример листового моделирования

На листовом теле можно формировать следующие конструктивные элементы.

• Сгибы. Для создания этих трехмерных элементов на панели Элементы листового тела присутствуют следующие команды:

Сгиб;

Сгиб по линии;

Подсечка.

• Отверстия. Команды позволяют создавать отверстия как круглого, так и более сложного сечения:

Отверстие в листовом теле;

Вырез в листовом теле.

• Дополнительные конструктивные элементы (штамповка, жалюзи, буртик), которые представлены командами:

Открытая штамповка;

Закрытая штамповка;

Жалюзи;

Буртик.

• Замыкание углов, полученных при сгибах листового тела. Для этого существует специальная команда Замыкание углов

На данный момент в системе реализовано три способа замыкания: замыкание встык, замыкание с перекрытием и плотное замыкание. Для каждого способа можно выбрать различные виды обработки стыка: без обработки, стык по кромке (применим только для замыкания встык и плотного замыкания) и стык по хорде. Некоторые примеры замыкания углов показаны на рис. 3.30.

Рис. 3.30. Замыкание углов: плотное по кромке (а), встык без обработки (б), с перекрытием и обработкой стыка по хорде (в)

Кроме того, можно получить развертку листового тела (для этого есть специальная команда). В листовой модели вы также можете использовать любые булевы операции с панели Редактирование детали. Совместное применение команд листового и твердотельного моделирования предоставляет поистине колоссальные возможности проектировщику, что будет продемонстрировано на примерах.

В конце этого раздела несколько слов о способах редактирования трехмерных объектов в системе КОМПАС.

Во-первых, редактирование любого объекта можно запустить с помощью контекстного меню дерева построения.

Во-вторых, редактирование всех трехмерных операций (включая дополнительные операции, команды создания массивов и вспомогательных объектов) запускается двойным щелчком кнопкой мыши. Например, чтобы изменить настройки операции выдавливания, дважды щелкните на одной из граней, полученной в результате выполнения этой операции. Двойным щелчком можно также запустить редактирование эскизов, но поскольку в большинстве случаев они жестко привязаны к геометрии модели, по ним очень трудно попасть при двойном щелчке. Пытаясь щелкнуть на эскизе, вы, скорее всего, запустите процесс редактирования другого объекта. По этой причине эскизы лучше редактировать, используя команду Редактировать контекстного меню дерева построения.

Настройки операций можно изменять с помощью элементов управления на панели свойств или, в отдельных случаях, используя характерные точки фантомного изображения.

Надеюсь, вы уже хорошо освоили принцип создания трехмерных моделей в КОМПАС: все построение детали состоит из последовательного рисования эскизов и выполнения над ними (или же без них) формообразующих операций. Все вроде бы понятно, но, возможно, вас уже посещала мысль о том, что использовать ортогональные плоскости в качестве опорных явно недостаточно, а грани самой детали лишь в редких случаях могут служить подходящими базовыми плоскостями. Если вы еще не задумывались над этим вопросом, то попробуйте представить себе разработку какого-либо сложного изделия с помощью всего лишь трех ортогональных плоскостей. Это просто невозможно!

Как угодно разместить в пространстве модель плоскости для эскиза можно, используя вспомогательные объекты.

В системе КОМПАС-3D предусмотрено несколько типов вспомогательных объектов. Основные из них – конструктивные плоскости и конструктивные оси.

Конструктивные плоскости, как было отмечено, служат для определенного размещения эскиза в пространстве. Например, при помощи операции вырезания необходимо создать отверстие с осью, которая не перпендикулярна грани элемента, «приклеенного» выдавливанием. В таком случае вы не сможете использовать грань этого элемента в качестве опорной плоскости под эскиз. Для создания такого отверстия вам придется строить вспомогательную конструктивную плоскость под определенным углом, в которой и разместить эскиз.

Конструктивные оси обычно используются при создании массивов элементов, например для указания геометрической оси массива по концентрической сетке или направления в массиве по параллелограммной сетке (команда Массив по сетке) и т. п.

Команды для создания перечисленных элементов находятся на панели инструментов Вспомогательная геометрия (рис. 3.31).

Рис. 3.31. Панель Вспомогательная геометрия

Кроме инструментов для построения плоскостей и осей на этой панели присутствует команда Линия разъема

предназначенная для разбиения одной грани на несколько путем добавления ребер, а также группа из двух команд для создания контрольных точек трубопроводов (в книге они не рассматриваются).

Команды для построения вспомогательных осей (первая группа кнопок на панели Вспомогательная геометрия) включают следующие инструменты.

Ось через две вершины – создает ось через две вершины, которые указываются прямо на модели (ими могут быть вершины тела модели или пространственные точки).

Ось на пересечении плоскостей – строит ось на пересечении двух непараллельных плоскостей или плоских граней. Для построения конструктивной оси достаточно просто указать эти плоскости в дереве построения или в окне представления модели.

Ось конической поверхности – создает ось автоматически после указания в окне модели конической или цилиндрической грани.

Ось через ребро – строит ось, совпадающую с указанным прямолинейным ребром в модели.

Примечание

Если при построении любой оси на специальной панели управления нажата кнопка Автосоздание, то для подтверждения формирования оси не нужно каждый раз нажимать кнопку Создать объект. Выполнив необходимые условия конкретной команды (например, указав две плоскости для команды Ось на пересечении плоскостей или щелкнув на цилиндрической поверхности для команды Ось конической поверхности), вы сразу получите вспомогательную ось (убедиться в этом можно, просмотрев дерево построений). Не забывайте об этом, иначе вы можете сделать несколько одинаковых осей сразу, поскольку после автоматического создания выполнение текущей команды не завершается.

Вспомогательных плоскостей в системе намного больше, чем вспомогательных осей.

Смещенная плоскость – наверное, одна из самых востребованных команд вспомогательной геометрии. Именно этим инструментом мы будем пользоваться чаще всего при построении моделей, рассматриваемых в примерах. Она предназначена для создания вспомогательной плоскости, смещенной от указанной плоскости или плоской грани на определенное расстояние. Для построения такой плоскости необходимо сначала указать базовую плоскость или грань, после чего задать величину и направление смещения (рис. 3.32). Величину и направление смещения можно указать на панели свойств или с помощью перетаскивания характерной точки.

Рис. 3.32. Создание смещенной плоскости (параллельно плоскости XY)

Плоскость через три вершины – строит плоскость по трем указанным в модели вершинам. Вершинами могут быть как концы ребер (вершины тела модели), так и трехмерные точки в пространстве.

Плоскость под углом к другой плоскости – также часто употребляемая команда. Она позволяет строить плоскость, проходящую через прямолинейное ребро под заданным углом к базовой (указанной пользователем) плоскости.

Плоскость через ребро и вершину – плоскость строится подобно выполненной по трем вершинам, только вместо двух вершин указывается прямолинейное ребро.

Плоскость через вершину параллельно другой плоскости – плоскость строится через любую указанную в пространстве модели точку (трехмерную точку, вершину) и параллельно любой другой плоскости либо плоской грани.

Плоскость через вершину перпендикулярно ребру – плоскость создается перпендикулярно прямолинейному ребру (или оси). Для ее фиксации вдоль ребра необходимо указать произвольную точку, не лежащую на ребре. Эта точка будет принадлежать создаваемой плоскости и тем самым определит ее точное размещение в пространстве.

Нормальная плоскость – создает одну или несколько плоскостей, нормальных к цилиндрической или конической поверхности детали.

Касательная плоскость – плоскость строится касательно к указанной цилиндрической или конической поверхности. Для точного позиционирования вспомогательной плоскости необходимо также задать плоскую грань или плоскость, нормальную к цилиндрической или конической поверхности (то есть проходящую через ее ось).

Плоскость через ребро параллельно/перпендикулярно другому ребру – формирует вспомогательную плоскость, проходящую через первое указанное в модели ребро параллельно или перпендикулярно другому ребру. На панели свойств с помощью переключателя Положение плоскости можно задать, параллельно или перпендикулярно будет проходить плоскость. Данная вспомогательная плоскость используется редко.

Плоскость через ребро параллельно/перпендикулярно грани – действие команды аналогично предыдущей, только плоскость размещается параллельно или перпендикулярно не ребру, а выделенной грани.

Средняя плоскость – позволяет построить вспомогательную плоскость-биссектрису двугранного угла и иногда бывает очень полезной (рис. 3.33). Для построения такой плоскости достаточно указать две плоские грани или плоскости. Если заданные грани непараллельны, то построенная плоскость пройдет через линию их пересечения и будет размещена под одинаковым углом к каждой из них (бисекторная плоскость). В противном случае построенная плоскость будет точно посредине между двумя параллельными гранями или плоскостями.

Рис. 3.33. Построение средней плоскости между двумя ортогональными плоскостями: XY и ZX

Чаще всего из приведенных команд используются первые две и последняя, другие – значительно реже. Однако вы должны хорошо представлять себе, что предлагает система в качестве вспомогательного инструментария, поскольку в непростых ситуациях это может подсказать вам тот или иной способ построения сложной модели.

Трехмерные кривые – это тоже своего рода вспомогательные объекты. Они редко применяются самостоятельно. Как правило, они являются направляющими траекториями для кинематических операций, конструктивными осями при копировании по массиву и пр. Команды для построения трехмерных кривых находятся на панели инструментов Пространственные кривые (рис. 3.34), входящей в состав компактной панели. Панель Пространственные кривые также содержит команду для построения точки в трехмерном пространстве модели (трехмерные точки могут использоваться при построении вспомогательных осей, плоскостей и трехмерных кривых).

Рис. 3.34. Панель инструментов Пространственные кривые

С помощью команд этой панели инструментов вы можете строить различные трехмерные кривые.

Спираль цилиндрическая – служит для создания пространственной цилиндрической спирали. Для построения объекта необходимо указать опорную плоскость спирали (плоскость, с которой начнется построение витков спирали), задать координаты центра спирали (точку пересечения оси спирали с опорной плоскостью), а также диаметр витков. После этого необходимо указать собственно характеристики спирали. Это можно сделать, выбрав один из трех способов построения: по количеству витков и шагу; по количеству витков и высоте; по шагу витков и высоте.

Кроме того, можно задать направление построения спирали (по какую сторону от опорной плоскости) и направление навивки витков (левое или правое).

Спираль коническая – эта кривая строится аналогично цилиндрической спирали, за исключением того, что при задании диаметра витков придется указывать или диаметр верхнего и нижнего витков, или диаметр нижнего витка и угол наклона (угла конусности) спирали.

Ломаная – создает пространственную ломаную по точкам в модели. Отдельные сегменты ломаной можно строить перпендикулярно или параллельно объекту, указанному в окне модели.

Сплайн – строит пространственный сплайн. Команда бывает очень полезна при моделировании прокладки трубопроводов, линий электропередач, электрических жгутов и пр.

На первый взгляд может показаться, что функций для создания пространственных кривых слишком мало, однако, поверьте, этих четырех команд достаточно, чтобы сформировать в модели даже самую сложную кривую.

Поскольку в сборке есть также формообразующие операции (вырезание, команда Отверстие, копирование по массиву), которые при выполнении также требуют применения различных вспомогательных объектов, то все перечисленные в этом разделе команды доступны и в документе КОМПАС-Сборка.

И последняя команда, о которой хочу упомянуть в этом разделе, хотя она не относится к вспомогательным, – Условное изображение резьбы

панели Элементы оформления. Она предназначается для создания условного обозначения резьбы на валах или в отверстиях. Почему условного? Все дело в том, что любые сложные трехмерные объекты с криволинейными гранями весьма существенно «утяжеляют» (то есть замедляют работу, просмотр, редактирование документа) модель, особенно многокомпонентную сборку. К таким объектам относятся 3D-модели пружин, спиралей, изделий из проволоки со сложной конфигурацией и т. п., а также изображение резьбы. Как правило, в любой сборке крепежных элементов (болтов, винтов, гаек и пр.) отверстий под них всегда больше, чем других деталей. Представьте себе, что было бы, если бы на каждом, даже самом маленьком, болтике было трехмерное изображение резьбы. Большую сборку невозможно было бы даже вращать, не то что редактировать! Кроме того, как известно, весь крепеж стандартизирован. Никто при проектировании не изобретает новые болты с нестандартными шапочками или параметрами резьбы. Исходя из этого, можно сделать вывод, что само изображение резьбы в модели не столь важно. Тем не менее, по требованию тех же стандартов, на чертеже обязательно должно быть обозначение резьбы.

Именно поэтому в программе КОМПАС-3D (да и в других системах проектирования) было введено условное изображение резьбы, которая при моделировании отображается цилиндрическим контуром (рис. 3.35), а на ассоциативном чертеже – по всем правилам ГОСТ.

Рис. 3.35. Условное изображение резьбы

Примечание

Другие команды панели Элементы оформления, касающиеся создания трехмерных размеров и обозначений, будут рассмотрены в конце главы на практическом примере.

Все трехмерные объекты КОМПАС-3D наделены определенными свойствами. Общими для всех объектов, независимо от их типа, являются следующие свойства:

• наименование – это название трехмерного объекта (эскиза, операции, вспомогательной плоскости, детали, сборки и пр.). Наименование, которое система присваивает автоматически (например, Эскиз:1, Операция вращения:2), пользователь может изменить, обозначив принадлежность или назначение трехмерного элемента в модели. Наименование отображается в дереве построения модели возле значка каждой операции или элемента;

• видимость – это свойство управляет отображением трехмерного объекта в документе (скрытый или видимый). Переключение с невидимого на видимый режим осуществляется с помощью команд контекстного меню дерева построения: Показать и Скрыть соответственно;

• состояние – любой объект может быть включен или исключен из расчета. При исключенном из расчета элементе модель перестраивается так, как будто этого элемента вообще нет. Для управления состоянием также применяются команды контекстного меню дерева построения: Включить в расчет и Исключить из расчета;

• цвет – задает цвет объекта в модели. Это свойство недоступно только для значка начала системы координат, каждая стрелка которого имеет свой предустановленный цвет (ось X – красный, ось Y – зеленый, ось Z – синий). Цвет трехмерного объекта выбирается из раскрывающегося списка Цвет на вкладке Свойства панели свойств при создании каждого объекта. Если представленные в списке цвета вас не устраивают (в нем всего 40 цветов), вы можете воспользоваться стандартным диалоговым окном выбора цвета операционной системы Windows, в котором указать произвольный цвет. При задании цвета объекта вы также можете установить флажок Использовать цвет детали, в результате чего объект будет иметь тот же цвет, который задан для всей детали.

Полагаю, вы уже обращали внимание на еще одну команду контекстного меню, вызываемого в дереве построений, которая ранее не упоминалась в книге, – команда Свойства. С ее помощью вы получаете доступ ко всем свойствам данного объекта (как типичным – наименование, цвет и пр., так и специфическим).

У конструктивных плоскостей и осей обозначения начала системы координат модели и эскизов специфических свойств нет. У всех трехмерных операций, кроме перечисленных выше основных, есть еще особая группа свойств, существенно влияющих на отображение результатов этих операций в модели. Речь идет об оптических свойствах трехмерных элементов. Настраивать эти свойства можно на панели Оптические свойства (рис. 3.36) после выполнения команды Свойства контекстного меню (или прямо во время создания формообразующего элемента).

Рис. 3.36. Свойства трехмерного элемента на панели свойств

Примечание

Панель Оптические свойства и раскрывающийся список Цвет доступны, только если на панели свойств снят флажок Использовать цвет детали. В противном случае все настройки оптических свойств конкретного объекта (операции), как и его цвет, совпадают с соответствующими настройками всей детали.

Свойства материала детали настраиваются на панели Оптические свойства с помощью ползунков (значение каждого параметра задается в процентах). При изменении одного или нескольких свойств результат сразу будет отображен на демонстрационном шаре, размещенном в верхней части панели:

• Общий цвет – задает насыщенность цвета объекта;

• Диффузия – характеризует способность материала поглощать световые лучи;

• Зеркальность – управляет отражением света от поверхности объекта (0 – поверхность полностью матовая);

• Блеск – отвечает за размеры светового блика на поверхности детали (0 – размер светового пятна максимален);

• Прозрачность – задает прозрачность материала детали (0 – материал полностью непрозрачен, 100 – «идеальное» стекло). Управление этим свойством позволяет создавать материал наподобие стекла или полупрозрачного пластика;

• Излучение – характеризует способность собственного излучения материала (0 – материал не излучает свет). Этому параметру необходимо задавать максимальное значение при моделировании лампочек, светильников и т. д.

Используя цвет и оптические свойства, вы легко можете сделать деталь разноцветной, назначая отдельным операциям разные цвета и придавая им различные оптические свойства.

Кроме описанных свойств (оптические, наименование, видимость, состояние и цвет), деталь как целостный объект имеет еще несколько специфических.

• Обозначение – конструкторское обозначение конкретной детали, принятое на данном предприятии. Заполняется на панели свойств и позже может быть передано в ассоциативный чертеж модели.

• Наименование материала – название материала детали (марка стали, сплав, тип древесины и пр.). Название материала можно выбрать из небольшого списка, предоставляемого КОМПАС, или из огромного перечня библиотеки материалов и сортаментов (конечно, если она у вас установлена). По умолчанию в качестве материала детали используется Сталь 10 ГОСТ 1050—88.

• Плотность – плотность выбранного материала (г/см³). Если вы вставляете материал из списка КОМПАС или выбираете из библиотеки материалов и сортаментов, то значение этого свойства устанавливается автоматически.

В режиме сборки (то есть после вхождения какой-либо детали в состав сборки) у детали появляются дополнительные свойства. Их можно настроить после выполнения команды Свойства контекстного меню, вызванной для компонента сборки.

• Использовать цвет сборки – этому свойству отвечает одноименный флажок на панели свойств. При установленном флажке вся деталь закрашивается цветом, заданным для всей сборки.

• Использовать цвет источника – компонент сборки получает все цветовые и оптические настройки детали-источника. Чтобы можно было использовать флажок Использовать цвет сборки, флажок Использовать цвет источника должен быть снят.

• Фиксация – данное свойство указывает, зафиксирован или нет компонент в пространстве сборки. Зафиксированный компонент прочно закреплен в пространстве: его нельзя ни переместить, ни повернуть без снятия фиксации.

Сборка имеет значительно меньше свойств: наименование, обозначение, цвет и оптические свойства. Цвет и оптические свойства сборки зачастую не имеют никакого значения, поскольку цвета компонентов сборки лучше брать с деталей-источников. Это позволит избежать лишней путаницы в многокомпонентных сборках.

Я думаю, описанного выше достаточно, чтобы иметь представление о свойствах трехмерных объектов КОМПАС-3D. Теперь рассмотрим процесс создания трехмерных сборок подробнее.

Как уже неоднократно отмечалось, сборка – это трехмерная модель объекта, состоящая из нескольких деталей. Количество деталей в сборке не ограничено. Даже если в сборке всего одна деталь, она все равно считается сборкой. Известны трехмерные сборки, насчитывающие до нескольких тысяч компонентов. Компонентом сборки может быть твердотельная или листовая деталь КОМПАС-3D, вставленная в сборку или созданная прямо в ней, собственное тело или тела, принадлежащие документу сборки, трехмерный библиотечный элемент, деталь или поверхность, импортированные из другой системы трехмерного моделирования (с помощью одного из обменных форматов), а также другая сборка (в таком случае она называется подсборкой). В сборке, как вы поняли, также можно выполнять формообразующие операции, которые используются при построении деталей, и, самое главное, – формировать массивы компонентов.

Процесс формирования трехмерной сборки в системе КОМПАС-3D V10 состоит из нескольких этапов.

1. Вставка компонентов сборки (отдельных деталей из файлов или стандартных элементов из библиотек). Отдельные компоненты могут создаваться прямо в сборке.

2. Размещение каждого компонента определенным образом и задание нужной ориентации в пространстве сборки, а также при необходимости фиксация компонента.

3. Создание отдельных деталей прямо в сборке (не путать с созданием компонента в контексте сборки), то есть тел, которые будут сохранены вместе с файлом сборки.

4. Применение завершающих операций, таких как создание отверстий, фасок и пр., которые стали доступны для выполнения в документе сборки в десятой версии КОМПАС-3D.

Внимание!

Ни в коем случае не нужно путать процесс создания компонентов сборки в контексте сборки с построением тел прямо в сборке. Первая функциональная возможность существовала в программе уже достаточно давно и заключалась в построении отдельной детали в документе сборки в режиме так называемого контекстного редактирования (таким образом, пользователь имел возможность привязываться к уже существующим компонентам). Второй процесс стал возможен лишь в КОМПАС-3D V10. Суть его заключается в том, что в сборке создается отдельное тело или тела, которые не имеют собственных файлов, а хранятся непосредственно в документе сборки. Такие компоненты зафиксированы – их нельзя перемещать или сопрягать в пространстве с другими (вставленными) компонентами. Однако, с другой стороны, данный подход дает огромное преимущество в использовании формообразующих операций, которые ранее были возможны только в детали (например, создание фасок).

Чаще всего вставка и размещение компонента выполняются одновременно. Создание отдельных тел и доработка самой сборки выполняются при необходимости в отдельных случаях.

Основные команды для управления объектами сборки размещены на панели инструментов Редактирование сборки (рис. 3.37). По умолчанию эта панель расположена первой на компактной панели инструментов для активного документа КОМПАС-Сборка.

Рис. 3.37. Панель инструментов Редактирование сборки

Примечание

Состав компактной панели для документа КОМПАС-Сборка практически не отличается от состава компактной панели для документа КОМПАС-Деталь. Разница заключается в том, что на компактной панели для документа КОМПАС-Сборка есть панели инструментов Редактирование сборки и Сопряжения и нет панелей Условные обозначения и Элементы листового тела.

Первой на этой панели идет группа кнопок, содержащая всего две команды для создания компонентов сборки «на месте», то есть непосредственно в текущей сборке. Команда Создать деталь

служит для построения детали в так называемом режиме редактирования детали в сборке. Так называется процесс построения новой или изменения формы уже вставленной детали прямо в окне текущей сборки. При этом редактируемый компонент (активный) отображается синим цветом, а все остальные компоненты сборки (пассивные) – зеленым. Цвета контекстного редактирования детали в сборке можно настроить на вкладке Система окна Параметры (раздел Редактор моделей > Редактирование).

Кнопка Создать деталь активна, только если в сборке выделен хотя бы один плоский объект. После вызова этой команды появляется стандартное диалоговое окно сохранения файла, в котором вы должны указать имя и путь к файлу создаваемой детали. После этого система переходит в режим редактирования детали в сборке (при этом на панели Текущее состояние нажата кнопка Редактировать на месте

) и одновременно запускается команда создания эскиза на выбранной плоской грани или плоскости. Компактная панель принимает вид, свойственный документу КОМПАС-Деталь, после чего вы можете приступать к построению детали прямо в сборке. Для завершения построения детали и возвращения к нормальному режиму работы со сборкой отожмите кнопку Редактировать на месте.

Чтобы отредактировать уже существующую деталь, выделите ее в дереве построения или окне представления модели и нажмите кнопку Редактировать на месте. Запустится режим редактирования детали, в котором вы можете вносить в деталь любые изменения. Для завершения редактирования отожмите кнопку Редактировать на месте. Все изменения, выполненные в режиме редактирования детали в сборке, будут переданы в файл модели детали.

Вторая команда этой группы – Создать сборку

После нажатия данной кнопки, как и для детали, появится окно сохранения файла, в котором следует выбрать путь, по которому будет сохранен файл, и ввести имя создаваемой подсборки. Система перейдет в режим редактирования, только уже не детали в сборке, а подсборки в текущей сборке. Этот режим по внешним признакам ничем не отличается от такого же режима для создания или редактирования детали, однако компактная панель не изменит свой вид – ее состав останется типичным для документа КОМПАС-Сборка. В этом режиме вы можете наполнять подсборку любыми деталями точно так же, как и основную сборку, размещать и сопрягать добавленные компоненты. Для завершения редактирования опять же следует отжать кнопку Редактировать на месте. В дереве построения основной сборки появится новый узел, в состав которого будут входить все компоненты, добавленные в только что созданную сборку.

Вообще, оба описанных метода (создания детали или подсборки в контексте текущей сборки) применяются довольно редко. Немного чаще используется редактирование уже готовой детали в сборке. Однако главным способом формирования сборки является простое добавление полностью готовой детали из файла и ее размещение в трехмерной сцене. Для этой цели предназначена кнопка Добавить из файла

Перед окончательной фиксацией точки вставки компонента из файла он отображается в виде фантома, который можно свободно перемещать в пространстве модели. Причем при вставке детали фантом полностью отвечает форме добавляемой детали, а при вставке сборки фантом представляет собой лишь ее габаритный параллелепипед. Для вставки компонента достаточно просто щелкнуть в нужной точке окна документа. Первый компонент сборки после вставки всегда автоматически фиксируется, все последующие – нет.

Совет

Не старайтесь сразу точно попасть в нужную точку пространства сборки, где должен размещаться центр локальной системы координат добавляемого объекта. Как правило, точно попасть в эту точку просто невозможно (за исключением случаев, когда вам заранее известны ее координаты, и вы можете ввести их вручную или вы имеете возможность привязаться к какой-либо характерной точке сборки – вершине или началу координат). В большинстве случаев модель просто вставляется в любую точку пространства, после чего с помощью команд поворота, перемещения и наложения сопряжений должным образом размещается в сборке.

Для изменения положения компонента в сборке существуют команды перемещения и поворота.

Переместить компонент – предназначена для перемещения (без изменения ориентации) компонента сборки. Для перемещения достаточно щелкнуть на данной кнопке (при этом указатель примет форму четырехнаправленной стрелки), нажать кнопку мыши на нужном объекте и переместить его. Передвигать можно сразу несколько компонентов, предварительно выбрав их в окне модели или дереве построения. Во время перемещения можно включить режим контроля соударений, при котором система будет информировать вас о столкновении перемещаемой детали или подсборки с другими компонентами сборки. Точно разместить компонент в трехмерном пространстве с помощью перемещения невозможно, однако вы можете использовать автосопряжение (автоматическое наложение сопряжений между перемещаемым компонентом и близлежащими трехмерными объектами сборки). Переместить зафиксированный компонент нельзя.

Повернуть компонент – позволяет вращать (изменять ориентацию в пространстве) выбранный компонент вокруг центральной точки его габаритного параллелепипеда.

Повернуть компонент вокруг оси – дает возможность вращать выбранный компонент сборки вокруг оси или прямолинейного ребра (ребро может принадлежать вращаемому компоненту).

Повернуть компонент вокруг точки – служит для вращения компонента сборки вокруг вершины или трехмерной точки.

Все три кнопки, предназначенные для вращения, объединены в одну группу. При вращении компонентов, как и при их перемещении, можно включить режимы контроля соударений и автосопряжений.

Кнопки перемещения и вращения компонентов неактивны, если в сборке еще нет ни одного вставленного объекта. Кроме того, чтобы стали доступными команды вращения вокруг оси или точки, в модели должен быть выделен соответствующий трехмерный элемент.

Следующие группы кнопок реализуют формообразующие операции, доступные в сборке. Все эти команды полностью идентичны своим аналогам в документе КОМПАС-Деталь, за исключением команд создания массивов. Принцип работы данных команд тот же, но базовым элементом для копирования является не трехмерный элемент детали, а компонент (или компоненты) сборки.

Примечание

Все изменения в форме деталей, полученные вследствие применения формообразующих операций (например, вырезания) в сборке, не передаются в файлы моделей. Имеется в виду, что сами детали остаются такими же, какими были до выполнения операций.

Кроме того, в группе кнопок для создания массивов в сборке, по сравнению с деталью, добавилась одна команда – Массив по образцу

Она предназначается для построения массива компонентов сборки, который точно повторяет указанный массив-образец в детали, то есть копии базового компонента размещаются в узлах элементов массива-образца. Порядок работы с командой таков. Сначала вы указываете компоненты для копирования, затем выбираете в дереве модели в одном из узлов, отвечающем любой вставленной детали, массив, по подобию которого желаете разместить копии. Команда Массив по образцу очень полезна, когда вам необходимо разместить в сборке элементы крепежа в отверстиях, созданных с помощью одной из команд построения массивов в детали (например, крепежные винты в отверстиях фиксирующей крышки подшипника).

Последняя команда панели инструментов Редактирование сборки – Новый чертеж из модели

Она создает новый документ КОМПАС-Чертеж, содержащий ассоциативный вид с модели, для которой эта команда была вызвана. Перед вставкой вида в чертеж необходимо выбрать ориентацию модели, по которой будет сформирован вид, ввести имя и номер вида. При создании чертежа используются настройки по умолчанию (формат, ориентация и пр.). Но, как вы уже знаете, их совсем не сложно поменять с помощью Менеджера документа.

Удобным средством, позволяющим управлять состоянием компонентов сборки, является контекстное меню, которое можно вызвать в дереве построения (рис. 3.38). С помощью команд этого меню вы можете управлять видимостью компонента, устанавливать или снимать фиксацию с него, удалять компонент. Используя команду Редактировать на месте, вы можете запустить процесс контекстного редактирования выделенного компонента. Команда Редактировать в окне открывает новое окно (файл), в котором вы можете редактировать выбранную деталь или подсборку.

Рис. 3.38. Контекстное меню компонента сборки

Выше уже неоднократно упоминалось, что после размещения детали в сборке ее необходимо точно расположить относительно других компонентов сборки (например, привести зубчатые колеса передачи в зацепление, насадить колесо или подшипник на вал и т. п.). В автоматизированном проектировании это называется «наложить сопряжения на компоненты». На одну и ту же деталь можно наложить сразу несколько сопряжений. Иногда из-за ошибки проектировщика или при неправильном перестроении сборки действия некоторых сопряжений противоречат друг другу (то есть система не может разместить компонент таким образом, чтобы удовлетворить требованиям сразу нескольких сопряжений). При этом возникает ошибка – деталь не будет расположена должным образом, а в дереве построений соответствующая ветвь будет отмечена восклицательным знаком в красном кружке. Все сопряжения, наложенные на компоненты сборки, отображаются в дереве построения в одном узле под названием Группа сопряжений. Этот узел находится в самом низу дерева сборки.

Все функции для создания различных типов сопряжений представлены на панели инструментов Сопряжения (рис. 3.39).

Рис. 3.39. Панель инструментов Сопряжения

Параллельность – размещает деталь таким образом, чтобы ее выбранная грань (ребро) была параллельна плоской грани (ребру) другого компонента сборки. Порядок наложения сопряжения: вызываете команду и по очереди указываете элементы, которые необходимо разместить параллельно. Если элементы выбраны правильно и накладываемое сопряжение не конфликтует с другими сопряжениями, то сборка будет перестроена, а выбранные элементы окажутся параллельными друг другу.

Перпендикулярность – действие этого сопряжения подобно установлению параллельности, только выбранные элементы моделей (плоские грани или прямолинейные ребра) размещаются перпендикулярно.

На расстоянии – данный тип сопряжения употребляется чаще, чем два предыдущих, поскольку позволяет более точно задать относительное размещение компонентов. После вызова этой команды сначала указываются элементы двух компонентов, на которые накладывается сопряжение (плоские грани, ребра или вершины), после чего в поле Расстояние на панели свойств задается величина расстояния между компонентами. Если в качестве исходных элементов выбраны грани или ребра, то детали размещаются так, чтобы эти элементы оказались параллельны друг другу (и при этом удалены на заданное расстояние).

Под углом – позволяет разместить компоненты сборки таким образом, чтобы их элементы (грани или ребра), выбранные при вызове команды, находились под определенным углом. С помощью кнопок в группе Ориентация на панели свойств можно задавать направление отсчета угла.

Касание – устанавливает касание выбранных элементов. Следует отметить, что это не означает обязательный контакт двух тел. Например, если при вызове этой команды были указаны плоская и сферическая грани двух деталей, размещенных достаточно далеко одна от другой, то сборка перестроится так, что сферическая грань будет касаться плоскости (условной), в которой лежит плоская грань.

Соосность – одно из двух наиболее употребляемых сопряжений. Позволяет установить соосность выбранных элементов: осей, цилиндрических или конических граней. Эта команда применяется для посадки деталей на вал, центрирования отверстий в разных деталях, установки элементов крепежа (вставки болтов и винтов в отверстия, насадки шайб и гаек на болты и пр.).

Совпадение объектов – второе из наиболее используемых сопряжений. Служит для размещения деталей таким образом, чтобы они соприкасались по указанным при вызове команды граням или ребрам. Этот тип сопряжений позволяет установить, например, опорные поверхности шапочек болтов точно на поверхности одной из соединяемых деталей, упереть колесо, шкив или звездочку, посаженные на вал, в буртик вала и т. п.

Совет

При наложении сопряжений одна из деталей всегда остается недвижимой, а другая изменяет свое положение в процессе перестроения сборки. Иногда по ошибке или по невнимательности можно задать сопрягаемые компоненты в неправильной последовательности, что приведет к непредвиденному перестроению сборки. По этой причине перед наложением сопряжений всегда лучше фиксировать компоненты, которые должны оставаться неподвижными. Советую всегда фиксировать тот компонент, который вообще не предполагается больше перемещать в пространстве сборки.

Наложение слишком большого количества сопряжений на пару деталей чревато ошибками при перестроении сборки или при добавлении новых сопряжений. По данной причине лучше применять только самые необходимые сопряжения (обычно хватает сопряжений Соосность и Совпадение объектов). Для этого при вставке новой детали из файла в сборку следует стараться разместить ее как можно ближе к тому месту, где она должна быть зафиксирована в сборке. Используйте команды вращения и перемещения компонентов для того, чтобы придать как можно более точное положение в пространстве компоненту без применения сопряжений, и лишь после этого накладывайте сопряжения.

После того как детали зафиксированы и их взаимное размещение вас полностью устраивает, сопряжения можно удалить. Однако не слишком увлекайтесь удалением сопряжений. Конечно, если вы на 100 % уверены, что такая-то деталь будет находиться в определенной точке пространства и ее точно не придется перемещать, то удаление сопряжений только упростит сборку и наложение новых сопряжений на другие компоненты. Вместе с тем некоторые сборочные единицы часто уже после их сборки в модели приходится перемещать или сопрягать как один объект (например, зубчатое колесо всегда насажено на вал, венец червячного колеса – на обод и т. д.). Сопряжения между такими компонентами не рекомендуется удалять, поскольку вы никогда заранее не знаете, как их придется перемещать. Например, при наложении сопряжения Соосность и Совпадение между цилиндрическими поверхностями вала под колесо и отверстием в колесе вы можете перемещать (сопрягать с другими деталями) один вал. При перестроении сборки сработают сопряжения, наложенные на пару вал – колесо, и колесо останется насаженным на вал при любых его перемещениях или изменениях ориентации.

Развитие технологий постоянно предъявляет все более жесткие требования к инженеру-конструктору. На первое место в современном конструировании выходят скорость и динамичность выполнения проектов (чертежей или моделей) в графическом редакторе, а также возможность быстрого внесения в них изменений при необходимости. Причем все это не должно отражаться на качестве выполняемых работ. Наверное, каждому инженеру приходилось не раз сталкиваться с задачей создания чертежа или модели на основе уже существующего, когда, казалось бы, детали не очень различаются, но перерисовывать нужно все заново. Для решения этой проблемы существуют специальные средства, с помощью которых можно задать определенные связи между отдельными компонентами графического элемента или модели, позволяющие при последующей разработке типовых конструкций не переделывать всю модель, а изменить лишь несколько параметров. Процесс задания таких зависимостей называется параметризацией объекта. Параметризация разрешает многократно использовать один раз построенную модель и значительно сокращает время на формирование новых ее модификаций.

Суть параметризации состоит в том, что пользователь может присваивать переменные состоянию трехмерных объектов, а также их характерным параметрам (например, величине выдавливания, уклона, угла вращения, размерам геометрических примитивов эскизов и т. п.). Эти переменные можно вводить в различные выражения в специальном редакторе формул, устанавливая определенные математические зависимости между ними так, чтобы при изменении одного (или нескольких) параметров автоматически изменялись все остальные переменные модели. В результате получится параметрическая модель, для создания типовых модификаций которой достаточно просто изменить значение одной или нескольких переменных.

Примечание

Здесь идет речь о параметризации трехмерных моделей, включая двухмерные изображения в эскизах операций. Параметризацию можно также использовать и в графических документах, однако такое встречается крайне редко.

Параметризация трехмерной модели начинается с параметризации эскизов трехмерных операций. Команды для наложения параметрических зависимостей между элементами плоского изображения находятся на панели инструментов Параметризация (рис. 3.40). Эта панель доступна на компактной панели инструментов при создании или редактировании эскиза.

Рис. 3.40. Панель инструментов Параметризация

Используя команды этой панели, на графические объекты можно накладывать ограничения по горизонтали, вертикали, устанавливать совпадение или выравнивание характерных точек, фиксировать положение точек, жестко задавать положение размера и пр. Мы не будем детально рассматривать эти команды, потому что при включенной параметризации эскиза ограничения на объекты накладываются автоматически. Установка ограничений, которые будут накладываться при вводе геометрических объектов, производится на вкладке Новые документы окна Параметры в разделе Модель > Эскиз > Параметризация (рис. 3.41).

Рис. 3.41. Установка ограничений, автоматически накладываемых на графические объекты эскиза

Автоматическая параметризация очень удобна. Фактически, система выполняет большую часть работы по наложению ограничений, вам же остается только нанести размеры на эскиз, назначить переменные и установить зависимости между ними. Однако при автоматической параметризации могут возникнуть непредвиденные проблемы. Например, после параметризации эскиза и попытки изменить один из размеров программа выдает сообщение, что система не имеет решений. Многих пользователей это приводит в тупик, поскольку далее они ничего не могут сделать с эскизом. На самом деле в этом сообщении нет ничего страшного: система просто уведомляет вас о том, что на параметризированный графический объект наложены лишние ограничения, которые и не позволяют изменить его размер. Достаточно просто удалить лишнее ограничение, и двухмерное изображение будет корректно перестраиваться. Просмотреть и удалить ограничения можно с помощью команды Показать/удалить ограничения

панели инструментов Параметризация. После нажатия данной кнопки выберите объект с наложенными ограничениями (щелкните на нем в документе), после чего на панели свойств должен отобразиться список его ограничений (рис. 3.42), в котором следует выделить и удалить все лишнее.

Рис. 3.42. Список ограничений графического объекта

Совет

Если после удаления ограничений графический объект все равно не желает перестраиваться, это значит, что на все изображение наложено слишком много ограничений. В таком случае их лучше удалить все сразу и заново параметризировать объект. Для удаления всех параметрических связей служит команда Удалить все ограничения

После нажатия данной кнопки, выделяя по очереди каждый объект и вызывая команду Параметризовать объекты

установите требуемые типы ограничений вручную. Точно так же (с помощью команды Параметризовать объекты) необходимо параметризировать эскиз, если во время его вычерчивания в настройках была полностью отключена параметризация.

Рассмотрим практический пример разработки несложной параметрической модели.

Создайте новый документ КОМПАС-Деталь и сразу сохраните его под именем Параметризация.m3d. Убедитесь в окне Параметры, что в системе включена полная параметризация эскизов, после чего можно приступать к построению.

1. Запустите создание эскиза, в качестве базовой плоскости которого выберите XY. Нажмите кнопку Прямоугольник по центру и вершине на панели инструментов Геометрия и постройте квадрат с центром в точке начала координат и длиной стороны 48 мм. Если у вас была включена параметризация, то система должна автоматически наложить на созданное изображение следующие ограничения:

· совпадение точек отрезков-сторон квадрата в его вершинах;

· горизонтальность – на горизонтальные отрезки (стороны) квадрата;

· вертикальность – на вертикальные отрезки.

Чтобы убедиться в этом, выделите любой отрезок и выполните команду Показать/удалить ограничения контекстного меню.

2. Теперь необходимо задать переменные для изображения эскиза так, чтобы при изменении одной из них квадрат перестраивался, сохраняя положение своего центра и равенство длин сторон. Для этого перейдите на панель инструментов Размеры и нажмите кнопку Линейный размер. На панели свойств в группе кнопок Тип нажмите кнопку Вертикальный, чтобы включить создание вертикального размера. Установите размер от центра квадрата, совместив первую точку размера с точкой начала координат, до его верхней горизонтальной стороны, привязав вторую точку к вершине квадрата (рис. 3.43).

Рис. 3.43. Простановка первого параметрического размера

Поскольку на геометрические объекты наложены ограничения, после фиксации размера система сразу предложит установить его значение и присвоить ему переменную (рис. 3.44). Назовите эту переменную b, а ее значение пока оставьте таким, какое есть (равное половине длины стороны квадрата). На размере немного ниже размерной надписи в скобках будет отображено имя, присвоенное размеру переменной.

Рис. 3.44. Присвоение значения и имени переменной параметризированного размера

Примечание

Отредактировать значение или имя переменной можно, дважды щелкнув на размерной надписи параметризированного размера или нажав кнопку Установить значение размера

на панели инструментов Параметризация.

Теперь немного отвлечемся от документа детали. Для задания параметрических зависимостей между переменными как чертежа, так и модели, в КОМПАС-3D существует специальное окно – редактор формул. Оно вызывается с помощью кнопки Переменные

панели инструментов Стандартная или команды меню Вид > Панели инструментов > Переменные. В этом окне отображаются все переменные, которые были присвоены параметризированным размерам графического документа, эскиза или модели. В нем также задаются значения этих переменных и вводятся формулы, по которым они будут рассчитываться. Окно редактора формул может быть зафиксировано у одной из сторон главного окна программы, отображаться в плавающем состоянии (то есть скрываться за границей окна, когда неактивно), размещаться свободно в пределах главного окна или вообще не отображаться на экране. По умолчанию окно переменных закрыто.

1. Не выходя из режима редактирования эскиза, вызовите окно Переменные и убедитесь, что в нем автоматически появилась добавленная в эскизе переменная b (рис. 3.45).

Рис. 3.45. Окно Переменные

2. Вернитесь в окно документа детали и добавьте еще один размер, фиксирующий расстояние от центра квадрата до его вертикальной стороны (назовите ее переменной b_), а также два линейных размера, обозначающих длину сторон квадрата (присвойте этим размерам переменные a и a_) (рис. 3.46). Новые переменные должны сразу появиться в списке переменных эскиза на вкладке Переменные окна редактора формул. В столбце Выражение редактора формул напротив переменных b_ и a_ введите имена переменных b и a, чтобы сделать их равными.

Рис. 3.46. Параметризированный эскиз

3. Если вы сейчас измените значения этих переменных, то объект перестроится, но не сохранит форму квадрата. Это объясняется тем, что переменные пока не связаны между собой. Чтобы задать определенную зависимость между ними, в столбце Выражение редактора формул напротив переменной a введите выражение 2*b (рис. 3.47). После этого можете изменять значение переменной b параметризированного эскиза, и при этом квадрат будет правильно перестраиваться.

Рис. 3.47. Задание выражения для переменной

В столбце Выражение можно вводить уравнения, неравенства (например, чтобы ограничить какой-либо параметр), а также логические выражения типа a ? b : c (если a – истина, то выполняется оператор b, иначе – c). Уравнения или неравенства могут содержать математические выражения неограниченной сложности, включающие любые математические функции. Синтаксис уравнений, неравенств и логических выражений подобен синтаксису языка программирования C (если вы с ним сталкивались, то у вас не возникнет сложностей при вводе формул). Подробно с требованиями к написанию формул вы можете ознакомиться в справочной документации к системе КОМПАС-3D.

4. Завершите редактирование эскиза, отжав кнопку Эскиз на панели инструментов Текущее состояние.

5. Щелкните на кнопке Операция выдавливания панели инструментов Редактирование детали и выдавите эскиз на 48 мм в прямом направлении. В результате вы должны получить куб.

6. Теперь посмотрите в окно Переменные. В нем значительно увеличилось количество переменных. Это переменные, позволяющие исключить из расчета тот или иной трехмерный элемент модели (плоскость, операцию, эскиз), переменные операций (в нашем случае – величина выдавливания и угол уклона), а также внешние переменные эскизов. Чтобы использовать все эти переменные в выражениях, им сначала лучше присвоить псевдонимы (в столбце Выражение таблицы переменных). Напротив переменной v29 (такое значение было по умолчанию присвоено величине выдавливания) операции выдавливания введите имя переменной h. Переменная автоматически добавится в верхнюю часть списка переменных (рис. 3.48). Переменной h сразу поставьте в соответствие переменную a (поставив переменную a в столбце Значение напротив переменной h). Обратите внимание, что при выполнении трехмерной операции все параметрические размеры эскиза отображаются на экране. Такое новшество стало доступно пользователям десятой версии программы.

Рис. 3.48. Переменные модели

Примечание

Переменные детали также можно сделать внешними. Тогда они будут видны в редакторе формул для сборки. Чтобы сделать переменную внешней, ее необходимо выделить и выполнить команду контекстного меню Внешняя.

7. В результате выполненных действий мы получили полностью параметризированную модель куба. Измените значение переменной b в списке переменных эскиза и нажмите кнопку Перестроить

на панели инструментов Вид. Модель куба перестроится, и при этом значения его параметров изменятся таким образом, чтобы ребро куба равнялось 2 · b.

8. Немного усложним модель и добавим на все грани куба скругления радиусом 5 мм (рис. 3.49).

Рис. 3.49. Скругление ребер параметрического куба

В окне Переменные появятся новые переменные операции скругления, среди которых и радиус скругления. Задайте этой переменной выражение b/4 (рис. 3.50).

Рис. 3.50. Добавление переменных и выражений в модели

9. Измените еще раз значение b и убедитесь, что модель перестраивается полностью, включая эскиз, операцию выдавливания и скругления. Не забывайте перестраивать модель после каждого изменения значения переменной. Вы можете изучить разработанную модель, открыв файл Параметризация.m3d, который находится в папке Examples\Глава 3 прилагаемого к книге компакт-диска.

Думаю, нет смысла дальше развивать пример. Аналогичным образом вы можете строить сколь угодно сложные трехмерные модели (как сборки, так и детали) и параметризировать их, начиная от изображения эскиза и заканчивая размещением компонентов сборки. Использование параметризации вместе со средствами создания ассоциативных чертежей позволяет в десятки раз сократить время подготовки конструкторской документации, особенно если вы часто сталкиваетесь с проектированием типовых изделий. Конечно, на создание сложного параметрического чертежа или модели уйдет намного больше времени, ведь реальные изделия гораздо сложнее кубов со скругленными ребрами, однако при последующей разработке типовых моделей вы сможете сэкономить очень много времени. Другими словами, если вы уверены, что ваша деталь уникальна, не будет видоизменяться, служить прототипом для других изделий или использоваться другими проектировщиками, параметризацию в модели лучше отключить, чтобы лишние ограничения не мешали работать. Однако если вы считаете, что деталь или сборка, которую вы выполняете, может эффективно использоваться в последующих разработках – не бойтесь потратить лишнее время на создание полной параметрической модели. Поверьте, это окупится с лихвой.

Однако перед тем, как перейти к практическому моделированию, справедливо будет отметить, что редактор формул версии V10, как и сам принцип работы с переменными, существенно отличается от предыдущих версий программы.

Во-первых, появилась возможность присваивать значение переменной в модели другой переменной, взятой с совершенно другой модели, таким образом, связывая эти переменные.

Во-вторых, состав колонок редактора формул данной версии программы КОМПАС-3D изменен, кроме того, теперь не обязательно присваивать переменным псевдонимы – все они участвуют в выражениях под своими именами (ранее в КОМПАС-3D необходимо было обязательно вводить псевдоним для переменных параметров модели).

В третьих, для работы с эскизом теперь используется тот же редактор формул, что и для работы с целой моделью (то есть все переменные эскиза сразу видны в модели). Ранее переменные из эскиза не отображались в редакторе формул после выхода из режима редактирования эскиза. Чтобы работать с такими переменными, их сначала нужно было объявить внешними в эскизе.

А самое главное – появилась возможность формирования таблиц переменных. Таблица переменных – это таблица предопределенных значений переменных модели, хранящаяся в отдельном файле. Ее можно открывать из редактора переменных, выбирать определенный ряд значений и присваивать его переменным модели. Данная возможность позволяет формировать различные конфигурации какого-либо изделия, если большинство его параметров изменяются дискретно и имеют строго нормированные значения.

Более подробно о работе с переменными в КОМПАС-3D V10 вы можете узнать, используя справку к программе.

Разработка трехмерной модели – сложный творческий процесс, который предполагает у проектировщика не только знание предмета проектирования и программных средств, но и наличие неординарного и гибкого мышления. Почему это творческий процесс? Потому что одну и ту же модель, даже для уже полностью разработанного изделия, можно построить различными способами. В своей практике я неоднократно сталкивался со случаями, когда файл одной и той же детали, смоделированной разными людьми, различался в объеме в 2–3 раза! И это все из-за нерационально выбранного способа построения.

Чтобы было понятнее, о чем речь, приведу простой пример. На рис. 3.51 и рис. 3.52 показано одно и то же твердое тело, построенное двумя разными способами: на рис. 3.51 с помощью вращения, а на рис. 3.52 – используя выдавливание.

Рис. 3.51. Тело, полученное вращением

Рис. 3.52. Тело, полученное выдавливанием

Казалось бы, все нормально. Однако во втором случае мы имеем две формообразующие операции и, соответственно, два эскиза. Помимо того что на построение такой модели затрачивается больше времени, она и перестраивается медленнее по сравнению с первой моделью.

Примечание

Утверждение, что модель, созданная с использованием большего количества операций, перестраивается медленнее и «весит» больше, не всегда верно. Все зависит от типа трехмерной операции. Например, операция прямого выдавливания всегда перестраивается быстрее, чем операция кинематического выдавливания вдоль сложной направляющей (спирали, например). Однако для сложных по конфигурации деталей, которые имеют большое количество разноплановых операций в дереве модели, это утверждение справедливо. Чем меньше команд вы используете при построении такой детали, тем легче ее будет редактировать, вращать, приближать, отдалять и тем меньше места будет занимать ее файл на жестком диске.

Выбор рационального способа построения детали значительно влияет и на формирование сборки. Любую деталь желательно сразу строить так, чтобы ее как можно проще и легче можно было позиционировать в сборке. Позже будет показано, как разумно выбранный способ построения деталей значительно упрощает процесс сборки объекта.

Рассмотрим некоторые правила, которые помогут сделать проектируемые модели более изящными и рациональными. Их необязательно придерживаться, а в отдельных случаях даже эти рекомендации не действуют. Однако для тех, кто только учится трехмерному моделированию, полагаю, они будут весьма полезны.

• Старайтесь строить модель с использованием как можно меньшего количества трехмерных формообразующих операций. Один из способов достижения этого – рациональное построение эскизов.

• В КОМПАС-3D есть команды, которые за один вызов позволяют выполнять несколько формообразующих операций. В таком случае следует выполнять как можно больше операций за один сеанс работы с такой командой. Например, в детали необходимо сделать скругления радиусом 5 мм на нескольких ребрах. Вам следует сделать их за один вызов команды Скругление, даже если ребра не стыкуются между собой. Из этого правила следует, что такие операции, как Скругление, Фаска, Уклон и пр., желательно выполнять на завершающем этапе построения модели, когда вся основная геометрия уже построена.

• Перед началом формирования детали хорошо продумайте все этапы ее построения. Особое внимание уделите созданию основания. Если при доработке модели вы выполняете операцию сечения, которая удаляет из модели все основание, то возможно возникновение ошибок расчета модели. Этого следует избегать.

• Не перегружайте модель вспомогательной геометрией: используйте при возможности плоские грани модели в качестве опорных плоскостей, а в качестве осей или направляющих – ребра.

• Старайтесь строить деталь так, чтобы ее как можно проще было разместить в сборке. Например, вы можете не начинать построение, отталкиваясь от одной из базовой плоскостей, а создать смещенную плоскость, удалив таким образом деталь от точки начала координат. Или строить деталь так, как будто она наклонена под определенным углом, под которым она должна быть размещена в сборке.

• Как в детали, так и в сборке для копирования типовых элементов максимально используйте команды создания массивов.

• Если вы не создаете параметрическую модель, то:

· отключите параметризацию;

· зафиксируйте деталь после ее окончательного размещения в сборке и удалите ненужные сопряжения.

Если вы будете придерживаться этих правил, вам будет проще не только проектировать, но и редактировать или дорабатывать модель.

Скажу еще несколько слов о способах моделирования в КОМПАС-3D. Справочная документация к системе предлагает два основных способа построения: снизу вверх и сверху вниз. Способ проектирования снизу вверх подразумевает построения каждой детали отдельно с последующим их добавлением в сборку. Проектирование сверху вниз – это последовательное создание всех деталей прямо в сборке. Честно говоря, я очень редко сталкивался с проектированием моделей способом сверху вниз. Чаще всего применяется смешанный способ, при котором большая часть деталей проектируется и редактируется отдельно, а потом вставляется и размещается в сборке. Некоторые компоненты, которые при построении требуют привязки к тем или иным объектам сборки, можно создавать в режиме контекстного редактирования. Какой из предложенных способов удобнее – решать вам.

На этом большом практическом примере мы рассмотрим процесс построения трехмерной модели редуктора, вычерчивание которого было описано в гл. 2. Выбранный способ построения – снизу вверх, то есть сначала мы создадим по очереди все модели деталей, составляющих редуктор, после чего соберем их в сборку.

Перед началом работы рекомендую создать отдельную папку, в которую вы будете сохранять модели деталей редуктора (а их будет немало) и сам файл сборки. Кроме того, при построении эскизов мы часто будем использовать двухмерные изображения чертежа, созданного в примере гл. 2. По этой причине скопируйте этот чертеж в созданную папку. Вы можете также взять файл этого чертежа _РЕДУКТОР.cdw из папки Examples\Глава 2\Редуктор цилиндрический компакт-диска, прилагаемого к книге.

Как и при черчении, начнем моделирование с детали зубчатого колеса.

Поскольку наш пример учебный, при моделировании зубчатого колеса будут допущены некоторые упрощения. В частности, вместо эвольвент, формирующих профиль зуба, мы будем строить обычные дуги, максимально приближая их к эвольвенте и стараясь не нарушить зацепление. Это связано с тем, что построить эвольвенту вручную не так просто, кроме того, точно смоделированные эвольвентные зубья очень долго перестраиваются. Однако вам не стоит беспокоиться – сама модель от этого нисколько не пострадает.

Создайте новый документ КОМПАС-Деталь, сохраните его под именем Колесо зубчатое.m3d в директорию, отведенную для файлов редуктора. Установите в детали ориентацию Изометрия XYZ (с помощью раскрывающегося меню кнопки Ориентация на панели Стандартная). В принципе, это делать необязательно. Мне, например, так привычнее. Вы можете не устанавливать такую изометрию. Однако при этом учтите, что в качестве опорных у вас буду использоваться ортогональные плоскости, отличные от приведенных в примерах. Во всех моделях рассматриваемого в примере редуктора установлена именно такая ориентация.

В общих чертах порядок построения колеса следующий: сначала необходимо смоделировать заготовку колеса с помощью операции вращения, потом вырезать шпоночный паз и отверстия в дисках, и последнее – сформировать зубчатый венец.

Итак, приступим.

1. Выделите в дереве построения плоскость XY и нажмите кнопку Эскиз. Постройте в эскизе контур половины сечения зубчатого колеса. Можете вычерчивать его, как было описано в гл. 2 (главное, чтобы оно имело точные размеры), но значительно проще скопировать этот контур из чертежа редуктора (с верхнего вида). Не забывайте, что контур эскиза не должен содержать разрывов или пересекать сам себя. Кроме того, в эскизе обязательно должна быть одна ось – горизонтальный отрезок, выполненный стилем Осевая и проходящий через точку начала координат эскиза (рис. 3.53).

Рис. 3.53. Эскиз базовой операции вращения колеса

Обратите внимание, все фаски и скругления, которые должны быть на колесе, нарисованы уже в эскизе на углах контура. Тем самым вы избегаете необходимости создавать эти трехмерные элементы с помощью отдельных операций в модели.

Примечание

Модель редуктора не параметризируется, чтобы не усложнять пример, поэтому параметризацию эскизов на время построения можно отключить.

2. Выделите эскиз и нажмите кнопку Операция вращения на панели инструментов Редактирование детали. На вкладке Тонкая стенка панели свойств из раскрывающегося списка Тип построения тонкой стенки выберите значение Нет. Остальные настройки не изменяйте и нажмите кнопку Создать объект. В результате вы должны получить заготовку зубчатого колеса (рис. 3.54).

Рис. 3.54. Заготовка зубчатого колеса

3. Выделите всю деталь (самый верхний элемент дерева построения) и выполните команду Свойства детали контекстного меню. Назначьте детали какой-либо другой цвет, более напоминающий сталь, и установите следующие значения оптических свойств:

· Общий цвет – 25 %;

· Диффузия – 50 %;

· Зеркальность – 60 %;

· Блеск – 40 %;

· Излучение – 85 %.

4. Теперь приступим к созданию отверстий в диске колеса и шпоночного паза в ступице. Выделите в дереве построения плоскость ZY и запустите процесс построения эскиза. В этом эскизе разместите четыре отверстия диаметром 83, 7 мм. Центры отверстий должны лежать на окружности диаметром 258 мм (см. рис. 2.143). Профиль выреза шпоночного паза можно просто скопировать с деталировочного чертежа зубчатого колеса и немного дорисовать (рис. 3.55).

Рис. 3.55. Эскиз для вырезания отверстий в дисках и шпоночного паза в ступице

Примечание

На этом и последующих рисунках эскизов в модели отключен режим отображения Полутоновое. Это сделано для того, чтобы на рисунках в книге лучше были видны линии изображения эскиза (эскиз показан утолщенными линиями, а все остальное – каркасное отображение модели, если смотреть на нее по нормали к плоскости эскиза).

5. Завершите создание эскиза и выполните команду Вырезать выдавливанием, установив направление выдавливания – Два направления, и величину выдавливания – Через все для обоих направлений. Обратите внимание: такое же удаление материала можно было выполнить с помощью двух операций вырезания: сначала отверстий на толщину диска, а потом паза – на ширину ступицы. Однако более рациональным является приведенное здесь решение, когда профили всех вырезов собраны в одном эскизе, а вырезание осуществляется насквозь через всю модель (в оба направления от плоскости эскиза). Полученная модель показана на рис. 3.56.

Рис. 3.56. Модель колеса без зубчатого венца

Теперь перейдем к самому сложному – созданию зубчатого венца колеса. Формирование будет происходить следующим образом: сначала мы выполним один вырез между зубьями в заготовке колеса, потом построим конструктивную ось, совпадающую с геометрической осью колеса, и скопируем полученный вырез по кругу (количество копий будет равно количеству зубьев). На словах это кажется несложным, но выполнить это не очень просто.

Как сформировать собственно вырез между зубьями? Если бы мы создавали прямозубое колесо, то это было бы несложно. Достаточно было бы выполнить эскиз профиля выреза между зубьями колеса в торцевой плоскости колеса, после чего вырезать его выдавливанием через все колесо. Однако у нас косозубое колесо с углом наклона линии зуба 15°. В этом случае вырез пройдет вдоль криволинейной траектории, огибающей поверхность венца колеса, проекция которой на нормальную плоскость составит указанный угол с осью колеса.

Существует много способов построения такого выреза. Они существенно зависят от программных средств для моделирования, предлагаемых тем или иным графическим редактором. В КОМПАС-3D наиболее удобны и приемлемы в плане ресурсоемкости два метода построения вырезов косозубого колеса.

Первый вариант – выполнение выреза по сечениям. При этом в модели колеса строятся эскизы-сечения, плоскости которых удалены от боковой поверхности колеса на величину l = i · b / (n_с – 1), где i – порядковый номер эскиза, b – ширина колеса, n_с – количество сечений или эскизов. Первый эскиз лежит на торцевой плоскости зубчатого венца, последний – на противоположной торцевой плоскости, остальные равномерно размещены между ними. Каждая плоскость (сечение) содержит эскиз профиля выреза между зубьями, повернутый на угол ? относительно изображения предыдущего эскиза. Этот угол определяется соотношением ? = l · tg ? / d_к, где ? – угол наклона линии зуба, d_к – делительный диаметр зубчатого колеса (рис. 3.57).

Рис. 3.57. Зависимость угла поворота эскиза ? от расстояния до плоскости эскиза l

Данный способ подходит для программной реализации зубчатого венца, когда можно создать цикл, в котором одна за другой будут строиться смещенные плоскости, а в них – эскизы сечений, смещаемые на угол ?. Создав операцию вырезания по сечениям, вы получите достаточно точный вырез между зубьями, однако этому методу свойственны некоторые недостатки. Материал, который вырезается между двумя смежными эскизами, все равно вырезается по прямой. Из этого вывод – чем больше эскизов, тем точнее получатся зубья в колесе, но при слишком большом количестве зубьев существенно затрудняется их построение и замедляется перестроение зубчатого венца. Хотя, в принципе, для не слишком широких колес достаточно всего 3–5 эскизов.

Второй способ – выполнение выреза между зубьями кинематической операцией. Суть метода состоит в том, что в модели колеса строится сегмент пространственной кривой, имитирующий линию наклона зуба. Вдоль этой кривой «протягивается» профиль выреза, формируя таким образом идеально точный вырез между зубьями. Кривая – это фрагмент спирали, угол подъема витков которой равен углу 90° – ? (как вы уже знаете, ? – угол наклона линии зуба). Такая спираль должна иметь очень большой шаг и малое количество витков (намного меньше единицы). Как построить такую спираль, будет описано далее, поскольку именно этот способ (как более точный) мы выберем для формирования выреза между зубьями зубчатого колеса.

Продолжим работу над моделью.

1. Выделите торцевую поверхность (плоскую боковую грань) обода колеса и постройте параллельную ей вспомогательную плоскость на расстоянии 2,5 мм (это для того, чтобы эскиз выреза в колесе размещался в той же плоскости, что и в шестерне, поскольку ширина шестерни больше ширины колеса на 5 мм). Чтобы выполнить данную операцию, используйте инструмент Смещенная плоскость панели Вспомогательная геометрия. Запустите процесс построения эскиза. В принципе, эскиз можно размещать в любом месте вдоль делительной окружности на вспомогательной плоскости. Однако вспомните одну из рекомендаций по построению трехмерных моделей: детали желательно создавать так, чтобы их как можно легче было разместить в сборке. Зубчатое колесо при сборке редуктора придется сопрягать с шестерней, а поскольку зацепление в рассматриваемой детали косозубое, это сделать будет не так просто (если вырезать зубчатый венец неаккуратно). Решение напрашивается само собой: необходимо так создавать вырез зубьев на колесе и шестерне, чтобы сразу после вставки в сборку они вошли в зацепление. Этого можно достичь, вырезая первыми в колесе и шестерне именно ту пару зубьев, которая и будет находиться в зацеплении. По данной причине мы создавали смещенную плоскость, а не строили эскиз прямо на боковой поверхности обода.

2. Постройте в эскизе вспомогательные окружности, обозначающие делительный диаметр, а также линию выступов и впадин зубьев. Создайте горизонтальную вспомогательную прямую, проходящую через центр колеса (точка начала координат эскиза). С помощью инструмента Вспомогательная прямая панели Геометрия отложите вниз от этой горизонтальной прямой шесть вспомогательных линий так, чтобы все они проходили через точку начала координат и были смещены между собой на угол ?/8, где ? = 360° / zк (zк – количество зубьев колеса). В нашем случае этот угол будет равен 0,633° или 0°38'. Разделение угла профиля зуба ? на восемь частей условно и принято для облегчения построения (так будет проще сформировать зацепление). Не забывайте, что мы строим зубья упрощенно!

3. Привязываясь к сетке вспомогательных линий, постройте контур профиля выреза между зубьями (рис. 3.58). Вместо эвольвент создайте обычные дуги (команда Дуга по 3 точкам). Эти дуги обязательно должны проходить через точки зацепления, находящиеся на пересечении вспомогательной делительной окружности, а также первой и пятой вспомогательных прямых соответственно (учитывая только те прямые, которые откладывались под углом ?/8 от горизонтали). При желании вы можете также создать скругления на головках и ножках вырезаемых зубьев. Завершите редактирование эскиза.

Рис. 3.58. Эскиз профиля выреза между зубьями

4. Теперь самое интересное – формирование спирали-направляющей. Перейдите на панель инструментов Пространственные кривые. В окне модели выделите вспомогательную плоскость (плоскость, в которой лежит эскиз выреза) и нажмите кнопку Спираль цилиндрическая на панели Пространственные кривые. Используя элементы управления на вкладке Построение панели свойств, настройте параметры создаваемой спирали следующим образом:

· способ построения – По числу витков и шагу;

· количество витков – 0,04 (определяется конструктивно во время построения таким образом, чтобы виток спирали был чуть больше ширины колеса);

· шаг витков – 4721,8 мм (как определяется, рассказано ниже);

· направление построения – Обратное направление (обратное относительно нормали к базовой плоскости спирали);

· направление навивки – Правое;

· начальный угол спирали – 182°. Это угол, который задает начало первого витка на опорной плоскости спирали. Он определяется приблизительно при построении (необходимо, чтобы начало витка попало внутрь контура эскиза выреза между зубьями – точное значение не важно);

· начальная точка спирали – совпадает с точкой начала координат опорной плоскости (то есть лежит на оси колеса);

· диаметр витков спирали (задается на вкладке Диаметр панели свойств) – равный делительному диаметру колеса (404 мм).

Нажмите кнопку Создать объект для завершения формирования спирали (рис. 3.59). Полученный объект лишь отдаленно напоминает спираль вследствие большого заданного шага витков и чрезвычайно малого их количества. Однако с математической точки зрения – это именно спираль. Для нас же главное, что эта кривая идеально описывает пространственное положение линии наклона зуба в косозубом колесе.

Рис. 3.59. Построение спирали-направляющей для вырезания материала между зубьями (способ отображения модели – Без невидимых линий)

Наверняка все написанное выше вызвало у вас больше вопросов, чем дало ответов относительно того, как сформировать направляющую для построения косых зубьев. Пока еще не понятно, откуда взялась величина шага витков, столь огромная и вместе с тем столь точная, где в параметрах спирали указывается угол ее подъема (зависящий от угла наклона линии зуба) и почему можно утверждать, что данная спираль и есть линия наклона зубьев колеса.

На самом деле все просто. Угол подъема витков спирали (обозначим его ?) определяется из соотношения tg ? = h / l, где h – высота спирали, l – длина витков. Соответственно, длину и высоту витков можно определить из уравнений: h = t · n и l = ? · d · n, где t – шаг спирали, n – количество витков спирали и d – диаметр спирали. Подставляя предыдущие два выражения в уравнение для определения tg ?, получим tg ? = t / (? · d). Зная, что угол ? = 90° – ?, не составит особого труда определить из последнего уравнения требуемый шаг спирали: t = ? · d · tg (90° – ?). Подставив сюда значение диаметра спирали (404 мм) и угла наклона линии зуба (15°), вы получите величину шага спирали – 4721,8 мм.

Теперь все готово для кинематического вырезания.

1. Нажмите кнопку Вырезать кинематически панели инструментов Редактирование детали. Щелкните на кнопке Сечение на вкладке Параметры панели свойств, затем сразу выделите эскиз профиля выреза между зубьями в дереве построения. Эскиз в окне модели и в дереве построения должен подсветиться красным цветом, а в поле справа от кнопки Сечение должно отобразиться его наименование (у меня это Эскиз:3). Далее щелкните на кнопке Траектория и в дереве построения или прямо на модели выделите спираль. На модели сразу сформируется фантом операции вырезания. Проследите, чтобы в группе кнопок Движение сечения была нажата кнопка Сохранять угол наклона. Подтвердите выполнение операции, нажав кнопку Создать объект. Мы получили первый вырез в зубчатом венце колеса (рис. 3.60).

Рис. 3.60. Вырезание зубьев в колесе

2. Дальнейшая доработка модели не вызывает особенных трудностей, ведь нам осталось всего лишь размножить построенный вырез. Перейдите на панель Вспомогательная геометрия и нажмите кнопку Ось конической поверхности. После этого щелкните в модели на внутренней поверхности отверстия под вал. Если на панели специального построения нажата кнопка Автосоздание, то вы сразу получите нужную вспомогательную ось. В противном случае придется самостоятельно нажать кнопку Создать объект.

3. Вернитесь на панель Редактирование детали, где нажмите кнопку Массив по концентрической сетке. В дереве построения детали в качестве объекта для копирования выделите операцию кинематического вырезания. После этого щелкните на кнопке Ось массива панели свойств, а в дереве построения выделите строку, соответствующую созданной оси конической поверхности. В окне модели отрисуется предварительный фантом массива (по умолчанию в нем лишь четыре копии). В поле N 2 на панели свойств введите количество копий по кольцевому направлению, равное количеству зубьев колеса (71), и нажмите кнопку Создать объект. Трехмерная модель косозубого зубчатого колеса выполнена (рис. 3.61)! Для лучшего представления модели спрячьте спираль, вспомогательную ось и плоскость, воспользовавшись командой Скрыть контекстного меню дерева построений.

Рис. 3.61. 3D-модель косозубого зубчатого колеса

Можете ознакомиться с этой моделью, загрузив ее из файла Колесо зубчатое.m3d, который находится в папке Examples\Глава 3\Редуктор цилиндрический прилагаемого к книге компакт-диска.

Если у вас возникли какие-либо трудности на любом этапе построения, не отчаивайтесь. Любую операцию или эскиз в модели можно просмотреть, запустив их редактирование. Кроме того, вы можете шаг за шагом повторить весь процесс построения модели, используя для этого дерево построения. В нижней части дерева всегда располагается горизонтальная черта или планка. Если подвести к ней указатель мыши, то он примет вид двунаправленной вертикальной стрелки. Щелкнув на данной планке, вы можете перетаскивать ее мышью вверх по дереву. При этом все операции, которые окажутся ниже планки, будут отменены для модели, то есть исключены из расчета. Данная функция предоставляет очень хорошую возможность по обучению моделированию в КОМПАС-3D: вы поднимаете планку на самый верх дерева, оставляя включенным в расчет только основание детали, а затем постепенно опускаете ее вниз, обращая внимание на те операции, которые вызвали у вас затруднения. По ходу опускания планки модель будет отстраиваться, полностью повторяя все этапы построения.

Примечание

Как вы помните, в КОМПАС-3D V10 появилась весьма удобная команда контекстного меню Указатель под выделенный объект, позволяющая перемещать планку прямо под выделенный элемент в дереве построения.

Дерево построений позволяет также изменить порядок формообразующих операций. Щелкнув кнопкой мыши на узле, обозначающем ту или иную трехмерную операцию, вы можете переместить ее в любое место дерева. Нажав кнопку Перестроить после этого, вы измените строение модели с учетом изменений в дереве. Однако редактирование детали с помощью перетаскивания операций чревато большим количеством ошибок после перестроения. Например, вы можете перетащить операцию Скругление выше формообразующей операции, в результате которой появились ребра, использованные затем для скругления. А если возникнет ошибка, то все настройки операции Скругление будут утеряны. Даже если после этого вы вернете операцию на место, ошибка не исчезнет, так как были утеряны все связи (грани и ребра, указанные при скруглении).

Следующей деталью, которую мы создадим, будет модель ведомого вала редуктора, то есть того вала, на котором будет размещаться смоделированное зубчатое колесо.

Создайте новый документ КОМПАС-Деталь, установите в нем ориентацию Изометрия XYZ и сохраните этот файл под именем Вал ведомый.m3d. Откройте файл сборочного чертежа редуктора – мы воспользуемся частью его изображения для формирования контура эскиза вала.

Любой вал (кроме коленчатых, конечно) – это тело вращения, поэтому очевидно, какую формообразующую операцию мы будем использовать в качестве базовой при моделировании.

1. Выделите в дереве построений плоскость XY и нажмите кнопку Эскиз. Перейдите в окно представления сборочного чертежа и скопируйте половину контура ведомого вала (выделите изображение вала на виде сверху, нажмите сочетание клавиш Ctrl+C и укажите точку привязки – точку начала координат вида). Вернитесь в окно модели и вставьте изображение вала, совместив точку привязки с началом координат эскиза. Поверните вставленное изображение вокруг начала координат на 90° против часовой стрелки. Отредактируйте контур, чтобы в нем не было самопересечений и постройте небольшие скругления (1–1,6 мм) в местах перехода одной ступени в другую. Это делается для того, чтобы позже не применять лишние операции для создания скруглений и фасок на теле модели (рис. 3.62). Не забудьте построить ось вращения, если вы не скопировали ее с чертежа.

Рис. 3.62. Эскиз вала (скругления показаны увеличенно)

2. Нажмите кнопку Операция вращения на панели Редактирование детали. Поскольку контур эскиза не замкнут, то операция автоматически будет настроена на создание тонкостенного тела. Чтобы этого избежать, на панели свойств обязательно нажмите кнопку Сфероид, после чего перейдите на вкладку Тонкая стенка и в списке Тип построения тонкой стенки выберите пункт Нет. Нажмите кнопку Создать объект для завершения выполнения операции вращения (рис. 3.63).

Рис. 3.63. Начало формирования модели вала

3. В свойствах детали выберите другой цвет вала, а также установите следующие значения оптических свойств:

· Общий цвет – 80 %;

· Диффузия – 80 %;

· Зеркальность – 70 %;

· Блеск – 10 %;

· Излучение – 20 %.

Осталось создать шпоночные пазы на выходном участке вала и ступени вала под колесо. Размеры шпонок приведены в гл. 2 (глубина паза на выходной ступени – 7, 5 мм, в ступени под колесо – 9 мм), но мы, как обычно, скопируем их изображения в эскиз со сборочного чертежа редуктора.

1. Активируйте панель инструментов Вспомогательная геометрия и в группе команд построения вспомогательных плоскостей нажмите кнопку Смещенная плоскость. В качестве базовой укажите плоскость ZX, щелкнув на ней в окне модели или дереве построения. Выберите прямое направление смещения создаваемой плоскости и введите значение величины смещения, равное половине диаметра ступени вала под колесо (42,5 мм). Нажмите кнопку Создать объект, после чего завершите выполнение команды.

2. Выделите вспомогательную плоскость и создайте на ней эскиз шпоночного паза. Перейдите на панель Редактирование детали и нажмите кнопку Вырезать выдавливанием. Установите прямое направление выдавливания и задайте величину (глубину) вырезания, равную 9 мм (рис. 3.64). Нажмите кнопку Создать объект для завершения построения шпоночного паза.

Рис. 3.64. Процесс вырезания шпоночного паза

Примечание

Если у вас вдруг нет под рукой сборочного чертежа редуктора, вы можете вставить контуры шпоночных пазов из библиотеки, как это было описано в гл. 2, или воспользовавшись командой Эскиз из библиотеки контекстного меню для выделенной плоскости или плоской грани. Эта команда позволяет сформировать в эскизе профиль того или иного конструктивного элемента, в частности и профиль сечения призматического шпоночного паза.

3. Повторите все указанные действия для выходного участка вала (вспомогательную плоскость сместите на 35, 5 мм в прямом направлении, а паз вырежьте на глубину 7, 5 мм). Создайте небольшое скругление (радиус 0,6 мм) на нижних гранях обоих пазов. Отключите видимость вспомогательных плоскостей, чтобы они не портили внешний вид вала.

Вот и все, модель ведомого вала редуктора готова (рис. 3.65). Не забудьте сохранить документ перед продолжением работы.

Рис. 3.65. 3D-модель ведомого вала редуктора

Вы можете изучить полученную деталь, открыв файл Вал ведомый.m3d из папки Examples\Глава 3\Редуктор цилиндрический прилагаемого к книге компакт-диска.

Если вы помните, ведущий вал и зубчатая шестерня в нашем редукторе выполняются вместе. Создание этой детали во многом будет напоминать построение двух предыдущих, однако при моделировании вала-шестерни будет описано несколько неочевидных моментов. Во-первых, это положение эскиза выреза между зубьями (оно должно быть таким, чтобы после вставки шестерни в сборку зацепление получилось само собой), а во-вторых, это размещение самой модели в пространстве документа детали.

Поскольку в редукторе ось шестерни смещена от оси колеса по горизонтали на величину межосевого расстояния, предлагаю строить модель вала-шестерни не в начале координат, а сместив ее по оси Z на расстояние a_?, что позволит при сборке вставить модель шестерни, привязываясь к точке начала координат, и ничего больше не подгонять. Если при этом будет правильно размещен эскиз выреза между зубьями, то сборка зубчатого зацепления произойдет автоматически и вам не нужно будет накладывать ни одного (!) сопряжения на зубчатую пару. Этот пример очень хорошо продемонстрирует, насколько может упроститься сборка агрегата благодаря разумному построению его отдельных деталей.

1. Нажмите кнопку Смещенная плоскость на панели Вспомогательная геометрия и постройте вспомогательную плоскость, удаленную относительно плоскости XY (базовой) на расстояние 259 мм в обратном направлении (против направления оси Z). Эта вспомогательная плоскость и будет теперь базовой для модели шестерни.

2. Выделите смещенную плоскость и запустите процесс построения эскиза на ней. Сформируйте контур вала-шестерни подобно тому, как мы формировали контур эскиза ведомого вала в предыдущем примере (рис. 3.66). Не забудьте создать скругления в эскизе в местах перехода одной ступени в другую, а также проследите, чтобы в контуре не было разрывов и самопересечений.

Рис. 3.66. Эскиз контура ведущего вала-шестерни

3. С помощью Операции вращения создайте основание модели вала-шестерни (вал необходимо выполнить сплошным сфероидом без тонкой стенки). На выходной ступени создайте шпоночный паз (эскиз можно скопировать с чертежа редуктора или построить самостоятельно по известным размерам) точно так же, как и для ведомого вала. Сначала создаем вспомогательную плоскость, а затем вырезаем паз выдавливанием на глубину 5, 5 мм (рис. 3.67). В свойствах детали настройте оптические свойства вала-шестерни по своему усмотрению.

Рис. 3.67. Начало формирования модели ведомого вала

Далее приступаем к построению зубчатого венца. Порядок его формирования не отличается от создания зубчатого колеса: сначала создаем один вырез, а затем копируем его по концентрической сетке. Сам вырез между зубьями будет сформирован с помощью кинематического вырезания.

1. Выделите правую боковую грань шестерни (правую, если смотреть на вал-шестерню с колеса). Запустите процесс создания эскиза, в котором создайте эскиз выреза между зубьями (рис. 3.68).

Рис. 3.68. Эскиз выреза между зубьями шестерни

Порядок построения эскиза следующий:

1) создайте вертикальную вспомогательную прямую, смещенную влево от начала координат эскиза на 259 мм;

2) постройте горизонтальную прямую, проходящую через центр начала координат. С помощью команды Вспомогательная прямая панели Геометрия постройте две линии, смещенные между собой на угол ?/8 вниз от горизонтальной прямой и четыре вспомогательных линии с таким же смещением вверх по горизонтали. Все эти линии должны проходить через точку начала координат. Угол ? равняется 360° / z_ш (z_ш – количество зубьев шестерни). Для нашей шестерни этот угол равен 2,25° (2°15');

3) создайте три окружности, выполненные стилем линии Вспомогательная, обозначающие делительную окружность, окружность впадин и выступов зубьев;

4) сформируйте изображение эскиза, как показано на рис. 3.68. Вместо эвольвент, как было сказано, постройте дуги по трем точкам. Создайте также небольшие скругления на ножке и головке зубьев. Верхнюю дугу немного выгните вверх, чтобы она прошла выше окружности вершин зубьев – при таком ее размещении вы можете быть уверены в том, что нужный шар материала будет вырезан полностью.

Примечание

Если вы совместите оба эскиза вырезов между зубьями колеса и шестерни в одной плоскости, то увидите, что вырезаемая пара зубьев соприкасается точно в точке зацепления. Зубья не очень точные, зато само зацепление выдержано достаточно четко.

2. Создадим направляющую для кинематического вырезания. Принцип построения повторяет процесс создания направляющей для вырезания первой пары зубьев колеса (команда Спираль цилиндрическая панели Пространственные кривые), поэтому далее приведены только параметры спирали:

· способ построения – По числу витков и шагу;

· количество витков – 0,125 (определяется конструктивно);

· шаг витков – 1332,4 мм (рассчитывается по формуле, выведенной ранее для угла наклона линии зубьев 15° и диаметра витков 114 мм);

· направление построения – обратное;

· направление навивки – левое;

· начальный угол спирали – 0° (по умолчанию витки должны начинаться непосредственно с эскиза, если вы разместили его, как показано на рис. 3.68);

· точка привязки – координаты в опорной плоскости спирали (–259;0);

· диаметр спирали – 114 мм.

Для подтверждения построения спирали нажмите кнопку Создать объект.

3. Все готово для кинематического вырезания. Нажмите кнопку Вырезать кинематически на панели инструментов Редактирование детали и укажите в качестве исходных объектов для операции эскиз профиля выреза и спираль-направляющую. Полученный вырез показан на рис. 3.69.

Рис. 3.69. Вырезание зубьев на шестерне

4. И наконец, размножим вырезы и сформируем зубчатый венец. С помощью команды Ось конической поверхности создайте конструктивную ось шестерни. Для этого после вызова команды укажите любую цилиндрическую поверхность вала-шестерни.

5. Нажмите кнопку Массив по концентрической сетке на панели Редактирование детали. В качестве оси для копирования укажите только что созданную конструктивную ось, а объектом копирования будет служить операция кинематического вырезания. Задайте количество копий по кругу равное 20 (количество зубьев шестерни) и нажмите кнопку Создать объект. Используйте команду Скрыть контекстного меню, чтобы убрать из модели вспомогательные элементы: две конструктивные плоскости, спираль и ось массива. 3D-модель вала-шестерни готова (рис. 3.70).

Рис. 3.70. 3D-модель ведущего вала-шестерни

Файл этой модели Ведущий вал-шестерня.m3d находится на прилагаемом к книге компакт-диске в папке Examples\Глава 3\Редуктор цилиндрический.

Корпусные детали механизмов (у нас это корпус и крышка редуктора) весьма сложны для моделирования из-за наличия различных конструктивных элементов: опорных лап, фланцев, бобышек, отверстий под крепежные болты и т. п. Более того, любая такая деталь (неважно, это корпус редуктора или самолета) кроме технологических должна отвечать определенным эстетическим требованиям, что еще более усложняет проектирование и моделирование изделия.

Известно, что чем сложнее деталь, тем больше способов для ее создания можно придумать. Очевидно, что способ для построения корпуса редуктора, предложенный в этой книге, далеко не единственный и, возможно, не самый лучший. Однако я считаю его самым простым и наиболее подходящим для обучения разработке действительно сложных моделей. Можете быть уверены: если вы самостоятельно и, главное, досконально разберетесь в приведенном примере, вы сможете создать любые другие детали.

Начнем, как обычно, с создания документа КОМПАС-Деталь, установки ориентации Изометрия XYZ и сохранения пока еще пустого документа в файл под именем Корпус.m3d.

Очень важно для столь больших и сложных моделей правильно выбрать часть детали, которая будет служить основанием в модели. Предлагаю в качестве основания принять фланец корпуса, потому что именно его длина и ширина определяют габариты корпуса, что позволит нам при дальнейшей разработке модели так или иначе от него отталкиваться.

1. Выделите плоскость ZX и запустите процесс создания эскиза на ней. Размеры фланцев корпуса мы проработали при выполнении чертежа редуктора. Можете построить их снова в эскизе (в гл. 2 это было детально описано), а можете скопировать изображение из чертежа (вида сверху). Если вы решили копировать изображение, привязываться нужно к точке начала координат вида (пересечение осей), поскольку мы будем строить корпус, как и другие детали, таким образом, чтобы сразу вставить его в сборку и не спрягать.

2. Перед продолжением работы эскиз нужно немного подправить. Во-первых, следует убрать изображение опорных поверхностей бобышек и мест крепления крышек подшипников – они будут формироваться позже. Во-вторых, следует оставить на фланце все изображения отверстий (отверстий именно во фланцах, а не в бобышках). В-третьих, весь эскиз необходимо повернуть на 90° против часовой стрелки. Полученный эскиз должен выглядеть как на рис. 3.71.

Рис. 3.71. Эскиз для формирования фланца корпуса

3. После завершения редактирования эскиза создайте фланец, выдавив эскиз с помощью команды Операция выдавливания в сторону, противоположную нормали, на расстояние 13 мм (толщина фланца корпуса). Лучше в поле Расстояние 2 на панели свойств ввести значение 13, 01, а не ровно 13. Это связано с тем, что в дальнейшем мы будем «приклеивать» к фланцу стенки и другие элементы корпуса, и будет лучше, если они будут немного пересекаться (при «приклеивании» встык позже могут возникнуть ошибки расчета геометрии модели, не зависящие от пользователя).

4. Перейдем к созданию стенок корпуса. Начнем с передней стенки. Выделите нижнюю плоскую грань фланцев и вызовите команду Эскиз. Привязываясь к уже существующей геометрии 3D-модели, постройте эскиз, показанный на рис. 3.72. Расстояние между параллельными линиями контура равно толщине стенки корпуса, то есть 8 мм. Закончите построение эскиза, отжав кнопку Эскиз на панели Текущее состояние.

Рис. 3.72. Эскиз профиля передней стенки редуктора

5. Теперь начните создание эскиза в плоскости ZY. Нарисуйте в нем кривую, очерчивающую изгиб передней стенки редуктора (рис. 3.73). Ее также можно скопировать с главного вида чертежа редуктора (так будет даже точнее). При создании этого эскиза необходимо учесть, что система, устанавливая ориентацию по нормали к плоскости эскиза, разворачивает модель вверх дном. Это значит, что изображения всех эскизов, размещенных в плоскости ZY или параллельных ей плоскостях (которые отвечают изображениям главного вида), придется рисовать симметрично относительно горизонтальной оси. Проще говоря, «вверх ногами».

Рис. 3.73. Изгиб передней стенки редуктора: кривая на чертеже (а) и ее размещение в эскизе (б)

Внимание!

Начало траектории должно лежать точно в плоскости эскиза кинематической операции. Из этого следует, что если вы выдавили фланец на 13, 01 мм, то и ордината начала траектории во втором эскизе должна равняться 13, 01 мм. Не больше и не меньше (потому что эскиз лежит в нижней горизонтальной грани фланца). Иначе вы просто не сможете выполнить кинематическую операцию.

6. Создав эти два эскиза, нажмите кнопку Кинематическая операция панели Редактирование детали и постройте переднюю стенку редуктора. В качестве базового эскиза укажите профиль стенки, а в качестве траектории – только что созданную кривую-контур корпуса. В группе кнопок Движение сечения нажмите кнопку Параллельно самому себе. Создайте кинематическую операцию. В результате к фланцу редуктора будет «приклеена» его передняя стенка (рис. 3.74).

Рис. 3.74. Добавление передней стенки корпуса редуктора

7. Аналогично создайте и заднюю стенку корпуса редуктора. Эскиз кинематической операции будет иметь ту же форму, что и на рис. 3.72, только разместится на левой стороне фланца (в режиме редактирования эскиза – в нижней части эскиза). Направляющую можно скопировать с главного вида чертежа. Полученная стенка показана на рис. 3.75. Направляющие обеих операций кинематического «приклеивания» больше не будут использоваться, поэтому их можно спрятать.

Рис. 3.75. Добавление задней стенки корпуса редуктора

8. Теперь можно перейти к построению боковой стенки. Ее можно выполнить обычным выдавливанием на величину толщины стенок, просто заполнив материалом детали промежуток между задней и передней стенками корпуса. Эскиз операции выдавливания должен повторять контуры краев уже построенных стенок и фланца корпуса (рис. 3.76). Опорная плоскость эскиза – внутренняя торцевая грань фланца (вдоль его длинной стороны). Полагаю, вам будет несложно его построить.

Рис. 3.76. Эскиз для выдавливания боковой стенки корпуса редуктора

9. Завершив построение эскиза, выполните операцию выдавливания, установив обратное направление действия операции, а величину выдавливания равной 8 мм (рис. 3.77).

Рис. 3.77. Добавление боковой стенки корпуса редуктора

Вторую боковую стенку пока не создавайте, мы к ней приступим чуть позже.

10. Следующим шагом в построении модели корпуса будет создание мест крепления крышек подшипников. Вернитесь к чертежу редуктора и определите расстояние от внешней поверхности боковой стенки редуктора до опорной поверхности, на которую ложится торец крышки подшипника. Это расстояние составляет 40 мм. Создайте плоскость, смещенную наружу из корпуса редуктора, удаленную на указанное расстояние от внешней поверхности корпуса (напомню, для этого следует воспользоваться командой Смещенная плоскость).

Эту плоскость желательно сразу сделать невидимой. Создайте на этой плоскости эскиз, состоящий из полуокружности радиусом 100 мм (радиус крышки подшипника ведомого вала) с центром в точке начала координат и отрезка, соединяющего концы построенной дуги (рис. 3.78). Завершите создание эскиза.

Рис. 3.78. Эскиз для формирования мест крепления крышек подшипника

11. Теперь создайте точно такой же эскиз на внешней грани боковой стенки корпуса (на той грани, относительно которой и была смещена на 40 мм вспомогательная плоскость). Только радиус полуокружности сделайте немного больше, например 106 мм, чтобы место крепления крышки было сформировано с небольшим уклоном. Обязательно соедините концы построенной дуги отрезком.

12. Нажмите кнопку Операция по сечениям на панели Редактирование детали. В качестве исходных объектов для данной команды укажите два только что созданных эскиза. В модели сформируется место под крышку подшипника ведомого вала (рис. 3.79) с небольшим уклоном, поскольку радиус полуокружности второго эскиза мы принимали немного большим.

Рис. 3.79. Место крепления крышки подшипника

13. Аналогично постройте место крепления крышки подшипника ведущего вала. При этом используйте уже созданную смещенную плоскость и внешнюю грань стенки корпуса. Радиусы полуокружностей составляют 88 и 94 мм соответственно (размеры под крышку подшипника быстроходного вала). Кроме того, центры окружностей смещены в эскизах влево на величину межосевого расстояния передачи (259 мм). Материал, как и для тихоходного вала, добавьте с помощью операции по сечениям.

14. Как видите, на корпусе вокруг мест крепления крышек не хватает бобышек под болты, стягивающих корпус и крышку редуктора. Создадим их. Выделите плоскость ZX и постройте в ней эскиз первого сечения бобышки (рис. 3.80). Координаты центра полуокружности посмотрите на чертеже. Они должны совпадать с координатами центра отверстия под болт в бобышке, а радиус полуокружности задайте равным 25, 5 мм.

Рис. 3.80. Эскиз первого сечения бобышки

15. Наверное, вы уже поняли, что бобышки мы также будем создавать с помощью операции по сечениям. Из этого следует, что нам необходимо выполнить хотя бы еще одно сечение. Постройте вспомогательную плоскость, параллельную плоскости ZX и смещенную вниз от нее на величину 70 мм (высота бобышек, определенная с чертежа). Создайте на этой плоскости эскиз, в котором разместите окружность радиусом 16 мм. Центр окружности должен иметь те же координаты, что и центр дуги в эскизе первого сечения.

16. По двум построенным эскизам создайте операцию по сечениям, в результате получится первая бобышка со стороны ведомого вала. Чтобы создать вторую такую же бобышку (рис. 3.81), зеркально отобразите ее относительно плоскости XY. Для этого используйте команду Зеркальный массив панели Редактирование детали, после вызова которой сначала выделите в дереве построения плоскость симметрии, а затем объект для копирования – операцию по сечениям, сформировавшую первую бобышку. Для создания зеркальной копии нажмите кнопку Создать объект.

Рис. 3.81. Бобышки

17. По такому же принципу строятся бобышки на местах крепления крышек ведущего вала. Однако перед тем, как выполнить зеркальное отображение, необходимо будет создать вспомогательную плоскость, параллельную плоскости XY и смещенную от нее в обратном направлении на величину межосевого расстояния. Именно эту плоскость следует указать при следующем выполнении команды Зеркальный массив для создания копии бобышки справа от тихоходного вала.

18. Создадим отверстия под крепежные болты в местах крепления крышек подшипников. Выделите боковую плоскую грань, на которую будут устанавливаться крышки, и вызовите команду Отверстие на панели инструментов Редактирование детали. На панели Выбор отверстия укажите отверстие под именем Отверстие 04 и задайте для него следующие значения параметров: диаметр зенковки D – 13 мм, диаметр отверстия d – 12 мм (диаметр фиксирующих крышку винтов) и глубина отверстия H – 30 мм. Введите координаты точки привязки центра отверстия на опорной плоскости: абсцисса – 0, ордината – 85 (значение ординаты положительное, поскольку ось Y в эскизах на плоскостях, параллельных плоскости ZY, направлена вниз).

19. Выполните еще пять таких же отверстий на той же плоскости со следующими координатами: на ведомом валу – (–73, 61; 42,5) и (73, 61; 42,5), на ведущем валу – (–259; 75), (–194, 05; 37, 5) и (–323, 95; 37, 5). Координаты размещения отверстий можете рассчитать вручную, исходя из того, что радиусы размещения болтов на крышках ведомого вала – 85 мм, ведущего – 75, а болты смещены между собой на 60°. Однако значительно проще измерять эти координаты по центрам изображений шапочек фиксирующих винтов на главном виде чертежа редуктора. Отверстия под винты показаны на рис. 3.82.

Рис. 3.82. Отверстия под фиксирующие винты в местах крепления крышек подшипников

20. Добавим днище модели корпуса. Эскиз для этого элемента копировать неоткуда, поэтому придется использовать смекалку и пространственное мышление и выполнить его самостоятельно. Оптимальной плоскостью для размещения эскиза является XY. Начните создания эскиза и добавьте в него следующие вспомогательные прямые:

· четыре горизонтальных прямых. Первая из них должна быть смещена вниз от оси X на 262 мм (самая нижняя точка редуктора), две следующие обозначают толщину днища (они выше первой прямой соответственно на 4 и 12 мм), и последняя прямая обозначает толщину опорного фланца корпуса, равную 17 мм (то есть абсцисса этой прямой составляет –245 мм);

· три вертикальных прямых. Первая будет проходить через точку начала координат, а две другие должны быть смещены от нее на 77, 5 и 144, 75 мм вправо. Последние две вертикальные линии обозначают границы опорных лап корпуса.

21. Отталкиваясь от точек пересечения вспомогательных линий и используя команду Непрерывный ввод объектов панели Геометрия, постройте контур поперечного сечения днища (рис. 3.83).

Рис. 3.83. Эскиз сечения днища корпуса

Совет

Можно сначала выполнить лишь половину эскиза, а затем симметрично отобразить ее относительно вертикальной осевой.

22. Закончив построение эскиза, вызовите команду Операция выдавливания. Выберите направление выдавливания – Два направления, задайте величину выдавливания в прямом и противоположном направлениях по 129 и 273 мм соответственно (эти значения устанавливаются на главном виде чертежа). Выполните операцию.

23. Нам необходимо создать два ребра жесткости в модели: по одному под каждой крышкой подшипника. Начнем с ребра жесткости на месте крепления крышки ведомого вала. Выделите в дереве модели ортогональную плоскость XY и постройте в ней эскиз ребра (рис. 3.84). Размеры не имеют большого значения, главное, чтобы концы контура, который в данном случае состоит всего из одного отрезка, находились в теле детали.

Рис. 3.84. Эскиз ребра жесткости

24. Выйдите из режима редактирования эскиза и нажмите кнопку Ребро жесткости на панели Редактирование детали. Настройте параметры операции следующим образом:

· положение ребра – в плоскости эскиза;

· направление построения – обратное;

· угол наклона – 3°;

· способ построения тонкой стенки (настраивается на вкладке Толщина) – Средняя плоскость;

· толщина ребра (задается на вкладке Толщина) – 4 мм.

После этого нажимайте кнопку Следующий сегмент (она размещена на вкладке Параметры) до тех пор, пока стрелка, отображающая направление построения уклона на фантоме операции, не будет указывать в сторону боковой стенки редуктора. После этого можете завершить настройку параметров операции и создать ребро жесткости (рис. 3.85).

Рис. 3.85. Ребро жесткости: общий вид (а) и уклон в сторону корпуса (б)

25. Аналогично выполните второе ребро, размещаемое под местом крепления крышки быстроходного вала. В качестве базовой плоскости для его эскиза выберите плоскость, относительно которой выполнялось зеркальное копирование правой бобышки на быстроходном валу (напомню, эта плоскость параллельна плоскости XY и находится на расстоянии 259 мм от нее). Параметрам формообразующей операции Ребро жесткости задайте такие же настройки, как и при построении первого ребра.

26. Вас, несомненно, интересует, как долго в модели будет оставаться огромная дыра на месте второй боковой стенки и не пора ли выполнять все описанные выше действия (создание отверстий, бобышек, ребер и т.п.) с другой стороны корпуса редуктора. Поспешу вас обрадовать: ничего подобного делать не придется! Все указанные элементы можно просто зеркально отразить.

Нажмите кнопку Зеркальный массив на панели Редактирование детали. Укажите в качестве плоскости симметрии плоскость ZY, а в качестве объектов копирования следующие элементы детали (их лучше выделять в дереве построения):

· операция выдавливания боковой стенки;

· операции добавления материала по сечениям, формирующие места крепления крышек и бобышки на корпусе;

· все отверстия под фиксирующие винты;

· ребра жесткости.

Нажмите кнопку Создать объект, чтобы получить зеркальную копию выбранных элементов (рис. 3.86).

Рис. 3.86. Применение зеркального копирования при моделировании детали корпуса

27. Добавим в модели отверстия под болты в бобышках и отверстия в самом корпусе под подшипники обоих валов.

Для эскиза отверстий в бобышках выберите верхнюю плоскую грань фланцев, совпадающую с ортогональной плоскостью ZX. Само изображение эскиза скопируйте с вида сверху чертежа редуктора (при копировании в качестве базовой точки следует выбрать точку начала координат вида, а после вставки  изображение повернуть на 90° против часовой стрелки). Для формирования отверстий в бобышках воспользуйтесь инструментом Вырезать выдавливанием панели Редактирование детали. Следует выбрать прямое направление вырезания (то есть в направлении нормали к плоскости эскиза), а величину выдавливания задать равной 70 мм (высота бобышек).

Эскиз отверстий под подшипники будет содержать две окружности с диаметрами, равными диаметрам внешнего кольца подшипников ведущего и ведомого валов (соответственно 120 и 140 мм). Центр первой окружности (для ведомого вала) совпадает с точкой начала координат эскиза. Центр второй (меньшей) окружности смещен на 259 мм вправо по оси X (рис. 3.87). Сам эскиз должен быть размещен на плоскости ZY.

Рис. 3.87. Эскиз отверстий под подшипники в корпусе

28. Создайте отверстия с помощью вырезания выдавливанием. Направление вырезания – Два направления, способ выдавливания по каждому из направлений – До ближайшей поверхности. При выборе такого способа выдавливания нет необходимости указывать точное значение величины выдавливания – система определит его автоматически. Подтвердив выполнение операции вырезания, вы получите практически готовую модель корпуса редуктора (рис. 3.88).

Рис. 3.88. Вырезание отверстий под болты в бобышках и под подшипники в корпусе

29. Для большей реалистичности модели добавьте скругления внутри и снаружи корпуса, на кромках, фланцах и пр. (рис. 3.89). Радиусы скруглений определяйте конструктивно. Постарайтесь за один вызов команды Скругление выполнять как можно скруглений ребер с одним радиусом.

Рис. 3.89. Скругления в модели

Иногда при попытке скругления нескольких ребер сразу система выдает сообщение Невозможно выполнить операцию скругления. Это означает, что программе не удается корректно рассчитать скругление определенного радиуса на каком-либо из выделенных ребер. В таком случае придется методом последовательного исключения перебирать все ребра или изменять их радиус, пока скругление не выполнится.

Совет

При выполнении операции Скругление вам в основном придется работать только с ребрами в окне модели. Чтобы другие объекты при этом не мешали, настройте фильтр выделения таким образом, чтобы система «видела» только ребра. Для этого активируйте панель Фильтры компактной панели и нажмите кнопку Фильтровать ребра. После выполнения скруглений снимите действие фильтра, щелкнув на кнопке Фильтровать все.

Модель практически готова, за исключением одного маленького, но непростого элемента: в передней стенке редуктора необходимо сформировать нишу, куда будет вставлен маслоуказательный жезл.

1. Запустите процесс построения эскиза на плоскости ZY. Перенесите в него с чертежа контур выступа на корпусе, в который вставлен маслоуказательный жезл. Обратите внимание: простым вращением мы не сможем получить трехмерный элемент требуемой формы, поэтому пока скопировать необходимо только образующую конуса-ниши, а отрезок, обозначающий опорную поверхность ниши, не трогать. Не забудьте, что после копирования изображения в эскиз его нужно будет симметрично отобразить относительно оси X.

2. Постройте отрезок стиля Осевая, совпадающий с обводом корпуса (то есть с проекцией линии внешней поверхности передней стенки на плоскость эскиза). Создайте перпендикулярную вспомогательную прямую к этому отрезку (команда Перпендикулярная прямая панели Геометрия), проходящую через точку пересечения проекции опорной плоскости ниши для жезла и контура обвода корпуса. Создайте еще одну вспомогательную прямую так, чтобы она совпадала с первым (скопированным с чертежа) отрезком. Удлините этот отрезок вдоль построенной прямой до точки пересечения вспомогательных линий. Создайте еще один отрезок от точки пересечения прямых по нормали к осевой линии. Полученный эскиз показан на рис. 3.90.

Рис. 3.90. Контур ниши под маслоуказательный жезл

3. Выполните команду Операция вращения панели Редактирование детали для только что сформированного эскиза. Настройте ее на создание сфероида, после чего на вкладке Тонкая стенка запретите выполнение тонкой стенки. Из раскрывающегося списка Направление выберите пункт Средняя плоскость, а в поле Угол 1 введите значение 180 (в результате эскиз будет повернут на 90° в каждую сторону от плоскости эскиза). Завершите выполнение операции (рис. 3.91).

Рис 3.91. Начало формирования ниши в корпусе под маслоуказательный жезл

4. Создайте еще один эскиз в этой же плоскости. В нем разместите один отрезок, который обозначит опорную поверхность ниши. Скопируйте его из чертежа, но обязательно проследите, чтобы его первая точка не располагалась на передней стенке редуктора, а лишь максимально приближалась к ней. Вторая точка отрезка должна немного выступать за контур-образующую ниши (рис. 3.92).

Рис. 3.92. Эскиз для формирования опорной поверхности под жезл

4. Основываясь на последнем эскизе, выполните команду Сечение по эскизу панели Редактирование детали. Проследите, чтобы на панели свойств было выбрано прямое направление отсечения.

5. Создайте еще один эскиз на плоской грани, образованной сечением по эскизу. В нем прямо под ручкой постройте окружность с диаметром, равным диаметру ступени жезла (рис. 3.93). С помощью измерений на чертеже определяем этот диаметр (он составляет 16 мм). Для данного эскиза проделайте операцию вырезания выдавливанием на расстояние 12 мм в прямом направлении (глубину вырезания также получаем с чертежа).

Рис. 3.93. Эскиз первого отверстия в нише

6. Аналогично выполните еще одно вырезание, уже собственно отверстия в корпусе под жезл. Разместите окружность диаметром 9 мм на той же плоскости, что и предыдущий эскиз. Величину выдавливания определите произвольно, исходя из того, что отверстие должно насквозь проходить через переднюю стенку, но при этом не затронуть днище корпуса. Рекомендую принять расстояние вырезания равным 100 мм. Проследите также, чтобы центры окружностей двух последних эскизов точно совпадали (можно просто скопировать первую окружность во второй эскиз, привязываясь к началу координат, а потом уменьшить ее диаметр до 9 мм), иначе отверстия в нише будут несоосны. Полученное отверстие для маслоуказательного жезла показано на рис. 3.94.

Рис. 3.94. Ниша под маслоуказательный жезл

И последнее – вырежьте в опорных лапах отверстия под фундаментные болты.

Таким образом, мы завершили создание сложной модели корпуса одноступенчатого редуктора, для чего нам пришлось выполнить более трех десятков формообразующих операций и множество сложнейших эскизов (рис. 3.95).

Рис. 3.95. 3D-модель корпуса редуктора

Если у вас возникнут затруднения на любом этапе построения, загрузите и проанализируйте модель из файла Корпус.m3d, который находится на прилагаемом к книге компакт-диске в папке Examples\Глава 3\Редуктор цилиндрический. При необходимости запустите редактирование любой трехмерной операции, чтобы ознакомиться с ее настройками, или редактирование эскиза, чтобы детально изучить находящееся в нем изображение.

Еще одна корпусная деталь не менее сложной конфигурации, чем корпус, – это крышка редуктора. Несмотря на некоторые существенные отличия внешнего вида, порядок ее построения будет таким же, как и процесс создания корпуса. Более того, большинство конструктивных элементов (фланцы, места крепления крышек подшипников, бобышки) выполняются аналогично тем же элементам на корпусе редуктора. С учетом этого процесс формирования трехмерной модели крышки будет приведен в упрощенном виде.

Создайте новый документ, установите ориентацию Изометрия XYZ и сохраните его в папку проекта под именем Крышка редуктора.m3d.

1. Первым шагом, как и при выполнении модели корпуса, будет создание фланца крышки. Это просто сделать: выделите плоскость ZX, создайте в ней эскиз продольного сечения фланца, после чего выдавите его в прямом направлении на расстояние 10 мм (толщина фланца крышки редуктора). Эскиз фланца можете скопировать из модели корпуса – его при этом не придется как-либо редактировать или поворачивать, достаточно будет просто скопировать в буфер обмена из одного эскиза и вставить из буфера в другой.

2. Настройте оптические свойства детали, чтобы они отличались от предлагаемых по умолчанию.

3. В верхней плоской грани фланца постройте эскиз поперечного сечения стенки крышки редуктора. Изображение эскиза должно напоминать поперечное сечение стенки корпуса (см. рис. 3.72). Разница состоит лишь в том, что толщина стенки крышки меньше толщины стенки корпуса и составляет 7, 5 мм.

4. В крышке, в отличие от корпуса редуктора, нет передней и задней стенок, поэтому формирование стенки крышки мы выполним за один вызов команды Кинематическая операция. Направляющей будет служить контур крышки редуктора, взятый с главного вида чертежа и размещенный в эскизе на плоскости ZY. Обратите внимание: после копирования контура в эскиз его придется отобразить относительно оси X, поскольку система при создании эскиза в плоскости ZY (или параллельной ей) размещает модель таким образом, что она оказывается перевернутой (рис. 3.96).

Рис. 3.96. Эскиз > траектория для создания стенки крышки редуктора

5. Выполните кинематическую операцию. Убедитесь, что в группе кнопок Движение сечения нажата кнопка Сохранять угол наклона. Сразу сделайте невидимой эскиз-траекторию (команда контекстного меню Скрыть в дереве построений). В результате вы получите стенку крышки редуктора (рис. 3.97).

Рис. 3.97. Начало формирования крышки редуктора

6. Создайте боковую стенку крышки при помощи Операции выдавливания. Как и при построении боковой стенки корпуса, выполняя эскиз для выдавливания, пользуйтесь привязками к уже существующей геометрии детали. По сути, изображение в эскизе представляет собой эквидистанту к направляющей, использовавшейся в предыдущей операции. Контур в эскизе должен быть замкнут, то есть края эквидистанты следует соединить отрезком. Сам эскиз должен размещаться в плоскости, которая совпадает с внутренней боковой гранью фланца, размещенной вдоль длинной его стороны. При таком расположении эскиза выдавливание выполняется в противоположном к нормали направлении, а его величина равняется толщине стенки крышки (7, 5 мм). Формирование данного трехмерного элемента показано на рис. 3.98.

Рис. 3.98. Эскиз боковой стенки и сама стенка, «приклеенная» выдавливанием к модели

7. Далее одно за другим создайте места крепления крышек подшипников, а также бобышки на них. Порядок построений аналогичен созданию таких же элементов корпуса. Для мест крепления крышек подшипника сначала выполняем плоскость, смещенную относительно наружной поверхности боковой стенки. Смещение этой плоскости должно быть на 0,5 мм больше, чем аналогичной плоскости в модели корпуса, поскольку толщина стенки крышки на 0,5 мм меньше, чем стенки корпуса. Потом постройте два эскиза с полуокружностью и отрезком, соединяющим ее концы, в каждом. Один из эскизов расположите в смещенной вспомогательной плоскости, другой (который больше) – на внешней поверхности боковой стенки крышки редуктора. Выполните операцию по сечениям.

8. Бобышки создаются аналогично, только вспомогательную плоскость для эскиза верхней опорной площадки бобышек нужно смещать в прямом направлении (величину смещения оставить той же, что и в корпусе, – 70 мм). Эскизы основания и верхней площадки бобышек скопируйте из модели корпуса. Как и в корпусе, каждую правую бобышку получайте при помощи зеркального копирования (команда Зеркальный массив панели Редактирование детали). Не забудьте сразу скрыть все вспомогательные плоскости. После проведенных преобразований модель примет следующий вид (рис. 3.99). Обратите внимание, что все перечисленные трехмерные элементы добавлены только с одной стороны крышки, с другой стороны модели на месте боковой стенки пока остается дыра.

Рис. 3.99. Добавление мест крепления крышек подшипников и бобышек в модель крышки редуктора

9. С помощью последовательных вызовов команды Отверстие постройте шесть отверстий под винты, фиксирующие крышки подшипников. Отверстие настройте так, как описано в п. 18 и 19 при построении корпуса. Координаты отверстий те же, но ординату везде нужно брать со знаком «–».

10. Создайте ребро жесткости над местом крепления крышки подшипника тихоходного вала. Эскиз ребра разместите в плоскости XY приблизительно так, как показано на рис. 3.100.

Рис. 3.100. Эскиз ребра жесткости крышки редуктора

11. С помощью элементов управления панели свойств настройте параметры команды Ребро жесткости:

· положение ребра – в плоскости эскиза;

· направление построения – обратное;

· угол уклона ребра – 3°;

· толщина ребра (задается на вкладке Толщина) – 4 мм;

· тип построения тонкой стенки (выбирается из раскрывающегося списка на вкладке Толщина) – средняя плоскость.

12. Создайте ребро жесткости (рис. 3.101). Над местом крепления крышек подшипника ведущего вала ребро жесткости создавать не надо.

Рис. 3.101. Ребро жесткости

13. Вновь воспользуйтесь командой Зеркальный массив панели Редактирование детали и создайте копии боковой стенки бобышек и прочих элементов крышки, симметричных относительно плоскости ZY. Для этого после вызова команды и указания плоскости симметрии, выделите в дереве построения модели все формообразующие операции, кроме первых двух (выдавливания и кинематической), затем нажмите кнопку Создать объект.

14. Создайте отверстия под болты в бобышках и под подшипники в крышке способом, аналогичным описанному для корпуса. Чтобы упростить задачу, воспользуйтесь готовыми эскизами из модели корпуса редуктора.

15. Сформируйте скругления на фланцах, опорных площадках бобышек и прочих местах в модели крышки (рис. 3.102).

Рис. 3.102. Доработка крышки редуктора

16. Осталось сформировать отверстие, позволяющее осматривать внутренности редуктора без его остановки и разборки, а также четыре отверстия под болты, которые будут фиксировать крышку смотрового отверстия на крышке редуктора. Эти отверстия создадим при помощи команды Вырезать выдавливанием панели Редактирование детали, а эскиз для этой операции разместим на плоской грани верхней стенки редуктора. В эскизе необходимо построить прямоугольник размером 100 ? 75, после чего создать скругления на его углах радиусом 10 мм каждое. Само размещение прямоугольника в эскизе не столь важно, главное, чтобы точка пересечения его диагоналей находилась на оси Y. Напротив середины каждой стороны прямоугольника создайте окружность радиусом 4, 5 мм. Центры верхней и нижней окружностей должны быть удалены от сторон прямоугольника на 12,5 мм, центры боковых окружностей – на расстояние вдвое меньшее (рис. 3.103).

Рис. 3.103. Эскиз для вырезания смотрового отверстия

Модель крышки редуктора готова (рис. 3.104).

Рис. 3.104. 3D-модель крышки редуктора

Файл этой модели Крышка редуктора.m3d находится на прилагаемом к книге компакт-диске в папке Examples\Глава 3\Редуктор цилиндрический.

Все остальные детали редуктора (крышки подшипников, маслоудерживающие кольца, маслоуказательный жезл, крышка смотрового отверстия, ручка-отдушина, распорные кольца и пр.) совсем простые по сравнению с корпусом и крышкой. Большинство из них выполнены всего лишь одной или двумя формообразующими операциями (как правило, операцией вращения).

Для создания маслоудерживающих колец достаточно скопировать в эскиз их базовой (и одновременно единственной операции) контур профиля сечения половины кольца с чертежа, добавить ось и выполнить вращение (рис. 3.105). В модели редуктора есть два разных кольца: на ведомом и ведущем валах, поэтому создавать их придется отдельно (если быть точным, то маслоудерживающих колец четыре, но они попарно одинаковы, поэтому на каждый вал мы будем вставлять два кольца из одного файла).

Рис. 3.105. Построение 3D-модели маслоудерживающего кольца

Модели маслоудерживающих колец находятся в файлах Кольцо маслоудерживающее 1.m3d и Кольцо маслоудерживающее 2.m3d, которые находятся в папке Examples\Глава 3\Редуктор цилиндрический прилагаемого к книге компакт-диска (здесь и далее индекс 1 означает ведущий вал, 2 – ведомый).

Не намного сложнее построение сквозной крышки подшипника (их также должно быть две: на тихоходном и быстроходном валах). Сначала выполняется операция вращения эскиза, который содержит контур сечения половины крышки и ось вращения, а затем на фланцах крышки вырезаются отверстия диаметром 12 мм под фиксирующие винты (рис. 3.106). Эскиз скопируйте из верхнего вида чертежа редуктора (его даже не придется редактировать).

Рис. 3.106. Построение 3D-модели сквозной крышки подшипника

Файлы деталей сквозных подшипниковых крышек Крышка подшипника сквозная 1.m3d и Крышка подшипника сквозная 2.m3d находятся в папке Examples\Глава 3\Редуктор цилиндрический прилагаемого к книге компакт-диска.

Глухие крышки строятся подобно сквозным (их также должно быть две). Отличие состоит только в том, что в глухих крышках нет отверстия для выхода вала, поэтому эскиз их базовой операции вращения незамкнут (его концы лежат на оси вращения). Это стоит учитывать при настройке параметров вращения: на панели свойств необходимо будет установить способ выполнения операции – сфероиди отключить создание тонкой стенки. В остальном порядок построения такой же, как и для сквозных крышек: скопировав в эскиз из чертежа контур половины сечения глухой крышки: выполняем команду Операция вращения, после чего на фланцах вырезаем шесть отверстий, размещенных на окружности соответствующего диаметра (рис. 3.107, а). Файлы деталей глухих крышек подшипника Крышка подшипника глухая 1.m3d и Крышка подшипника глухая 2.m3d находятся на прилагаемом к книге компакт-диске в папке Examples\Глава 3\Редуктор цилиндрический. Такие детали как маслоуказательный жезл (рис. 3.107, б) и кольцо распорное (рис. 3.107, в), вообще созданы одной операцией. Полагаю, имея под рукой чертеж редуктора, вам не составит особого труда взять из него нужные эскизы и самостоятельно создать данные детали. Соответствующие файлы Маслоуказательный жезл.m3d и Кольцо распорное.m3d находятся на прилагаемом к книге компакт-диске в папке Examples\Глава 3\Редуктор цилиндрический.

Рис. 3.107. Детали редуктора: глухая крышка подшипника (а), маслоуказательный жезл (б), кольцо распорное (в)

На этом первый этап создания трехмерной модели одноступенчатого цилиндрического редуктора (построение всех деталей, входящих в агрегат) можно считать завершенным. Наступило время перейти к сборке.

Сборка является завершающим этапом разработки (проектирования) любого изделия. Как правило, процесс сборки намного проще процесса построения сложной 3D-модели. Однако это не означает, что при собирании механизма не возникает никаких проблем. Иногда правильно соединить два компонента очень сложно.

Именно поэтому ранее неоднократно акцентировалось внимание на том, что детали следует строить так, чтобы их как можно легче было помещать в сборку. Сейчас вы поймете, что наши усилия при размещении эскизов для вырезания первой пары зубьев на шестерне и колесе были не напрасны.

В этом разделе вы научитесь вставлять в сборку стандартные или библиотечные компоненты (болты, гайки, шайбы, подшипники), правильно сопрягать компоненты, а также копировать компоненты с помощью команд создания массивов.

Создайте документ КОМПАС-Сборка, установите в нем ориентацию Изометрия XYZ и сохраните его в папку проекта под именем _РЕДУКТОР.a3d. Закройте все лишние графические и трехмерные документы, чтобы не мешали работать, и приступайте к сборке.

1. Нажмите кнопку Добавить из файла на панели инструментов Редактирование сборки. Система выдаст стандартное окно открытия файла, в котором вам необходимо перейти в папку, в которой хранятся все файлы проекта. Проследите, чтобы в раскрывающемся списке Тип файла был выбран пункт КОМПАС-Детали (*.m3d). Выберите файл под названием Колесо зубчатое.m3d (в окне предварительного просмотра справа от списка файлов должна отобразиться содержащаяся в нем модель) и нажмите кнопку Открыть. Окно открытия файла исчезнет, а в сборке появится фантомное отображение модели зубчатого колеса, которое будет перемещаться по документу за указателем мыши (рис. 3.108). Фантом добавляемого компонента привязан к указателю в точке начала своей локальной системы координат (ЛСК).

Рис. 3.108. Вставка компонента в сборку (фантом)

2. Необходимо совместить начало локальной системы координат колеса с началом системы координат документа-сборки. Это можно выполнить двумя способами: подвести указатель к началу координат и, когда возле него возникнет условное изображение точки, щелкнуть кнопкой мыши или ввести в соответствующие поля на панели свойств нулевые координаты. Больше ничего с колесом делать не надо: сопрягать его пока не с чем, а фиксацию для первого компонента система устанавливает автоматически. Можете только поменять название вставленной детали в дереве сборки.

Примечание

Признаком того, что компонент зафиксирован, является буква (ф) перед названием компонента в дереве сборки.

3. Теперь вставим в сборку ведомый вал. Вновь воспользуйтесь командой Добавить из файла и выберите файл модели ведомого вала (Вал ведомый.m3d). Как и при вставке колеса, совместите центр ЛСК добавляемой модели с началом координат сборки, после чего вставьте компонент, щелкнув кнопкой мыши (рис. 3.109). Колесо и вал были созданы таким образом, что при вставке моделей в точку начала координат зубчатое колесо получилось насаженным на вал, и нам опять ничего не придется сопрягать. Просто зафиксируйте модель вала в пространстве сборки (команда контекстного меню Включить фиксацию в дереве построений) и измените имя компонента в дереве сборки.

Рис. 3.109. Вставка ведомого вала в сборку

4. Следом за ведомым валом добавим в сборку ведущий вал-шестерню. Действуйте так же, как и при вставке ведомого вала и зубчатого колеса: просто вставьте вал-шестерню в точку начала координат сборки. Поскольку при построении модели шестерни мы смещали ее вправо на величину межосевого расстояния, а при вырезании первой пары зубьев эскиз размещали так, чтобы он автоматически вошел в зацепление с аналогичным эскизом колеса, то зубья передачи сразу после вставки войдут в зацепление (рис. 3.110). Вам опять не придется ничего делать, кроме фиксации компонента.

Рис. 3.110. Зубчатое косозубое зацепление

Как видите, мы уже вставили в сборку третью деталь, а группа сопряжений все еще пуста! Обратите внимание: мы получили зубчатое косозубое зацепление без единого сопряжения. А если бы мы не предприняли определенные меры при моделировании зубчатых венцов деталей зацепления, правильно соединить колеса было бы совсем не просто. В нашем же случае и зубья корректно зацепились и шестерня удалена от колеса ровно на межосевое расстояние, притом без каких-либо дополнительных усилий с нашей стороны.

5. Перейдем к сборке подшипниковых узлов на валах. С помощью команды Повернуть панели Вид разверните сборку в окне представления так, чтобы внешняя ступень ведомого вала была направлена к вам. Вставьте модель из файла Кольцо распорное.m3d в произвольную точку сборку сборки, недалеко от ведомого вала (рис. 3.111, а). Сразу точно позиционировать кольцо не удастся, поэтому в данном случае не обойтись без сопряжений. Щелкните на кнопке Соосность панели инструментов Сопряжения. В качестве объектов для сопряжения по очереди укажите любую цилиндрическую поверхность сначала на распорном кольце, потом на ведомом валу. Задать объект для сопряжения можно только в окне модели, щелкнув на нем кнопкой мыши. При указании объект (грань, плоскость, ребро и пр.) подсвечивается красным цветом. Если вы ошиблись и неправильно выбрали объект, нажмите кнопку Указать заново на панели специального управления и вновь выберите объект. Если на панели специального управления нажата кнопка Автосоздание объекта, то сразу после задания цилиндрических граней на кольце и валу распорное кольцо переместится и примет такое положение, чтобы его ось и ось вала совпадали (рис. 3.111, б). Осталось только подвинуть кольцо вверх по валу и упереть его в торец зубчатого колеса. Для этого нажмите кнопку Совпадение объектов панели Сопряжения и по очереди укажите в окне сборки плоскую боковую грань ступицы колеса и боковую грань кольца, которой она должна прилегать к колесу. Распорное кольцо сразу займет свое место (рис. 3.111, в). Нажмите кнопку Перестроить, чтобы окончательно утвердить все изменения в положении объектов. Раскройте узел Группа сопряжений в дереве модели, чтобы убедиться, что в него добавлено два элемента, отвечающих каждому из добавленных в сборку сопряжений.

Рис. 3.111. Вставка и размещение распорного кольца: добавление компонента в сборку (а), наложение сопряжения Соосность (б), наложение сопряжения Совпадение объектов (в)

6. Добавьте в сборку из файла Кольцо маслоудерживающее 2.m3d соответствующий компонент. С помощью команды Соосность установите сопряжение этого кольца с валом подобно только что рассмотренному примеру с распорным кольцом. Однако не стоит спешить задавать совпадение боковой поверхности маслоудерживающего кольца и буртика ступени вала, в который оно должно упираться. Все дело в том, что кольцо из файла вставилось наружу боковой плоской гранью, которая должна упереться в буртик. Это значит, что если мы сейчас выполним операцию Совпадение объектов, то система разместит маслоудерживающее кольцо так, что оно войдет в тело распорного кольца. Чтобы избежать этого, после вызова команды Совпадение объектов отожмите кнопку Автосоздание объекта. Потом, как и обычно, укажите две плоских грани, которые необходимо сопрячь (одну на кольце, вторую на валу), после чего в группе кнопок Ориентация на панели свойств нажмите кнопку Обратная ориентация. В результате маслоудерживающее кольцо развернется на 180° (не отменяя действия сопряжения) и установится правильно (рис. 3.112). Для фиксации компонента обязательно нажмите кнопку Создать объект, поскольку автосоздание было отключено.

Рис. 3.112. Вставка маслоудерживающего кольца

Примечание

После того как на маслоудерживающее кольцо было наложено сопряжение Совпадение объектов, предыдущее сопряжение – Соосность – стало отображаться в дереве модели как неверное, несмотря на то, что сама по себе соосность вала и отверстия кольца не нарушено. Все дело в том, что последнее сопряжение развернуло кольцо, из-за чего система и посчитала это ошибкой. В принципе, маслоудерживающее кольцо уже размещено и сопряжения не так важны: можете просто зафиксировать его и удалить сопряжение Соосность из дерева сборки.

7. Теперь самое главное – вставка самого подшипника. Система КОМПАС-3D располагает обширной базой типовых трехмерных моделей, начиная от шайб и колец и заканчивая фланцами, ниппелями, тройниками и пр. Эти модели входят в состав библиотеки стандартных изделий. Безусловно, что в этой библиотеке присутствуют различные типоразмеры подшипников.

Внимание!

Если у вас версия КОМПАСа ниже V8 Plus или же у вас нет лицензии на использование библиотеки стандартных изделий, то воспользоваться данным приложением будет невозможно. В этом случае модели подшипников вам придется создавать самостоятельно.

Чтобы вызвать эту библиотеку, выполните команду меню Библиотеки > Стандартные изделия > Вставить элемент. В окне сборки появится окно библиотеки, в котором по разделам сгруппированы различные стандартные конструкторские элементы.

8. Раскройте раздел Подшипники качения > Тип 0. Радиальные шариковые (рис. 3.113). Дважды щелкните на пункте Подшипник ГОСТ 8338—75 (нужный нам типоразмер подшипника), после чего в окне библиотеки отобразится таблица всех параметров данного подшипника (рис. 3.114). Щелкните на любом из параметров в разделе Конструкция и размеры и в появившемся окне выберите требуемый типоразмер подшипника.

Рис. 3.113. Библиотека стандартных изделий

Рис. 3.114. Размеры подшипника

9. В раскрывающемся списке d, диаметр отверстия выберите значение 80, в списке D, наружный диаметр – 140. При задании каждого параметра система будет автоматически убирать из таблицы все размеры, которые не подходят для выбранных значений предыдущих параметров, поэтому в списке B, ширина останется только одно доступное значение – 26. Снимите флажок Создать объект спецификации – пока нам это не нужно. Выбрав все размеры, нажмите кнопку Применить. Окно библиотеки закроется, и подшипник можно будет вставить в любую точку сборки. Обратите внимание, в дереве сборки значок подшипника отличается от значков других деталей – таким значком обозначаются все стандартные (библиотечные) компоненты сборки.

10. После вставки подшипника создайте сопряжение Соосность цилиндрической поверхности его внутреннего кольца и поверхности участка вала под подшипник, а также сопряжение Совпадение объектов между боковой плоской гранью внутреннего кольца и поверхностью выступа на маслоудерживающей крышке, в которую должно упереться внутреннее кольцо подшипника. Первый подшипниковый узел успешно собран (рис. 3.115).

Рис. 3.115. Подшипниковый узел ведомого вала

Все остальные подшипниковые узлы собрать еще проще, поскольку ни в одном из них нет распорного кольца, а маслоудерживающие кольца упираются прямо в бурт вала. Подшипники ведущего вала-шестерни также вставьте из библиотеки стандартных изделий. Их размеры приведены в гл. 2.

11. В реальном производстве после запрессовки подшипников на вал весь комплекс (зубчатое зацепление) вставляется и фиксируется в корпусе редуктора. Поступим и мы таким же образом и добавим в сборку корпус. Для этого вставьте модель корпуса из файла в точку начала координат и зафиксируйте его (не забывайте давать понятные имена компонентам в дереве сборки). Подшипниковые узлы установятся точно в отведенные им места в корпусе редуктора (рис. 3.116).

Рис. 3.116. Сборка подшипниковых узлов и вставка зубчатой передачи в корпус

12. В отверстие на передней стенке редуктора можете сразу вставить маслоуказательный жезл. Сначала нужно будет выполнить сопряжение Соосность для цилиндрических поверхностей в отверстии корпуса и на самом жезле, после чего установить касание нижней грани ручки жезла и опорной поверхности ниши. Как обычно, зафиксируйте добавленный компонент и измените его название в дереве модели.

13. Установите крышку редуктора на корпус. Ее также достаточно просто вставить в точку начала координат сборки и зафиксировать (рис. 3.117).

Рис. 3.117. Добавление крышки редуктора

Следующим шагом в сборке редуктора будет фиксация подшипников от осевых смещений, то есть установка и привинчивание крышек подшипников. В качестве примера рассмотрим посадку и крепление глухой крышки подшипника ведомого вала, все остальные устанавливаются подобным образом.

Вставьте крышку из файла Крышка подшипника глухая 2.m3d и создайте сопряжение Соосность между отверстием под крышку (в корпусе или крышке редуктора – не имеет особого значения) и какой-либо цилиндрической поверхностью на самой крышке (рис. 3.118). Добавьте сопряжение Совпадение объектов, чтобы фланец крышки лег точно на поверхность мест крепления крышки. Проследите, чтобы отверстия под фиксирующие винты в крышке подшипника совпали с отверстиями на корпусе и крышке редуктора.

Рис. 3.118. Установка крышки подшипника

Откройте окно менеджера библиотек при помощи одноименной кнопки на панели инструментов Стандартная. В разделе Машиностроение запустите библиотеку крепежа, в ней перейдите в папку БОЛТЫ и дважды щелкните на строке Болты с шестигранной головкой. В результате появится диалоговое окно, в котором вам следует настроить требуемые параметры вставляемого крепежного элемента. Из раскрывающегося списка Диаметр выберите значение 12, а в списке Длина установите 35, все остальные настройки оставьте без изменений. Нажмите кнопку OK, чтобы начать вставку болта в сборку.

Теперь научимся пользоваться автосопряжениями при вставке моделей. Система КОМПАС-3D позволяет при вставке библиотечных деталей в сборку сразу накладывать на них определенные сопряжения, чтобы после завершения вставки компонент был расположен точно в нужном месте и принял необходимую ориентацию в пространстве.

Для этого после закрытия диалогового окна библиотеки подведите указатель к отверстию в крышке, в которое должен быть вставлен болт. Когда грани отверстия подсветятся голубоватой пунктирной линией, а около указателя появится условное изображение поверхности, щелкните в окне кнопкой мыши. Болт еще не зафиксирован, но теперь его фантом будет перемещаться только вдоль оси указанной цилиндрической поверхности (отверстия в крышке подшипника). Чтобы зафиксировать шапочку болта, подведите указатель к поверхности фланца крышки, с которой должна стыковаться опорная поверхность шапочки, и один раз щелкните кнопкой мыши. Болт будет установлен. Чтобы зафиксировать его, нажмите кнопку Создать объект или воспользуйтесь сочетанием клавиш Ctrl+Enter (рис. 3.119).

Рис. 3.119. Использование автосопряжений при вставке библиотечного элемента

В остальные отверстия вставлять винты не надо: мы заполним их с использованием команд создания массивов.

Перейдите на панель инструментов Вспомогательная геометрия и с помощью уже знакомой нам команды Ось конической поверхности постройте прямо в сборке вспомогательную ось. В качестве базовой поверхности для операции укажите боковую цилиндрическую грань крышки подшипника.

Нажмите кнопку Массив по концентрической сетке панели Редактирование сборки. Перейдите на вкладку Выбор объектов панели свойств и нажмите кнопку Компоненты. После этого в дереве сборки выделяйте компоненты, которые необходимо копировать. У нас всего один такой компонент – болт, фиксирующий подшипниковую крышку. Затем перейдите на вкладку Параметры, нажмите кнопку Ось массива и в дереве сборки или в окне модели выделите вспомогательную ось. В поле N 2 введите количество копий по кольцевому направлению равное 6. Для построения массива нажмите кнопку Создать объект (рис. 3.120).

Рис. 3.120. Размещение винтов на крышке подшипника с помощью копирования по массиву

Установите крышки и винты на оставшиеся три подшипниковых узла.

Примечание

Поскольку нам больше не придется вставлять в сборку компоненты, привязываясь к началу координат, можете отключить отображение начал координат всех компонентов, так как они только портят внешний вид сборки. Для этого воспользуйтесь командой меню Вид > Скрыть > Начала координат. С помощью других команд меню Вид можете скрыть и другие конструктивные элементы сборки (оси, плоскости, трехмерные кривые и пр.).

Закрыв крышками все подшипники, добавим в сборку элементы крепежа, стягивающие корпус и крышку у бобышек. Вообще говоря, при создании редуктора в реальных условиях сначала соединяются между собой корпус и крышка с помощью болтов на фланцах и бобышках и лишь после этого на подшипники ставятся крышки. Однако при построении модели сборки важен только конечный результат (то есть готовая модель сборки), а порядок добавления деталей в сборку и способы их сопряжения имеют второстепенное значение.

Раскройте в Менеджере библиотек библиотеку крепежа, перейдите в папку БОЛТЫ и выберите строку Болты с шестигранной головкой. Настройте параметры добавляемого в сборку библиотечного элемента следующим образом: диаметр – 14 мм, длина – 160 мм (длина болта определяется с учетом того, что суммарная длина обеих бобышек составляет 140 мм). Используя автосопряжения при вставке компонента из библиотеки, установите болт в отверстие одной из бобышек крышки редуктора (рис. 3.121, а). Перейдите в библиотеке крепежа в папку ШАЙБЫ и выберите строку Шайбы пружинные. Появится окно настройки параметров трехмерных моделей пружинных шайб. Из раскрывающегося списка Тип выберите пункт Нормальные, а из списка Диаметр стержня – значение 14. Запустите процесс построения и вставки шайбы в сборку, нажав кнопку OK. С помощью автоматического наложения сопряжений сразу поместите фантом шайбы на вставленный в бобышку болт, а затем совместите торцевую поверхность шайбы с нижней опорной поверхностью бобышки корпуса (рис. 3.121, б). Аналогично добавьте в сборку гайку, тем самым завершив формирование крепежного элемента. Для этого в библиотеке крепежа перейдите в папку ГАЙКИ и выберите строку Гайки шестигранные. В появившемся окне из раскрывающегося списка Тип выберите пункт Нормальные, а также задайте диаметр гайки равным 14 мм. Все остальные настройки можете не изменять. Нажмите кнопку ОK и совместите отверстие фантома гайки со стержнем болта, а ее торцевую поверхность – с нижней торцевой поверхностью шайбы. Зафиксируйте компонент, нажав кнопку Создать объект. Получится готовое болтовое соединение бобышек корпуса и крышки редуктора (рис. 3.121, в).

Рис. 3.121. Формирование болтового соединения с помощью библиотечных элементов: добавление болта (а), шайбы (б) и гайки (в)

Теперь необходимо создать такие же крепежные элементы на всех бобышках в редукторе. Можно, конечно, один за другим добавлять элементы из библиотеки крепежа, сопрягая их при вставке в сборку, и потратить на это большое количество времени. А можно применить команду построения массива и получить все крепежные элементы сразу.

Перейдите на панель Редактирование сборки и нажмите кнопку Массив по сетке. На вкладке Выбор объектов на панели свойств щелкните на кнопке Компоненты. Система перейдет в режим, при котором будет ожидать указания компонентов для копирования. Это означает, что вам необходимо выделить в дереве сборки или прямо в окне представления модели базовые компоненты для массива: болт, шайбу и гайку на бобышке. При выделении не нужно удерживать нажатой клавишу Shift или Ctrl, поскольку все объекты, на которых вы будете щелкать кнопкой мыши после нажатия кнопки Компоненты, автоматически добавляются в список компонентов для копирования. Чтобы снять выделение с какого-либо компонента, необходимо либо щелкнуть на нем еще раз, либо удалить его из списка компонентов на панели свойств.

Перейдите на вкладку Параметры панели свойств и нажмите кнопку Первая ось. Система перейдет в режим ожидания указания первой оси двумерного массива. Вам следует задать любое прямолинейное ребро в сборке, параллельное оси Z. Это может быть, например, одно из ребер с длиной стороны фланца корпуса или крышки редуктора. В поле N 1 введите количество копий массива вдоль первой оси, равное 2. Настройте направление смещения копий при помощи кнопок-переключателей группы Направление 1. Это направление может быть разным в зависимости от того, какое ребро вы указали в качестве первой оси, но главное, чтобы копии двумерного массива смещались вправо от оригинала. Нажмите кнопку Вторая ось и укажите еще одно ребро, определяющее второе направление в двумерном массиве. Разумеется, оно должно быть прямолинейным и перпендикулярным первой оси. В качестве второй оси также можете выбрать одно из ребер фланца корпуса или крышки редуктора, находящееся на короткой стороне фланца. Выделив ребро, в текстовое поле N 2 задайте количество копий вдоль второй оси также равное 2. Сделайте так, чтобы копии смещались вглубь редуктора. В полях Шаг 1 и Шаг 2 введите величину шага между копиями элементов вдоль первой и второй осей массива. Значения этих величин легко определить на чертеже редуктора, измерив расстояние между центрами отверстий под болты в бобышках (значения шагов равны соответственно 192 и 221 мм).

Если вы все правильно настроили, то фантомы копий крепежных элементов (элементов массива) должны разместиться точно в предназначаемых для них отверстиях бобышек. Нажмите кнопку Создать объект для подтверждения создания массива.

Аналогично описанному выше создайте болтовые соединения на бобышках мест крепления крышек быстроходного вала (то есть сначала вам необходимо вставить болт, шайбу и гайку в одну из бобышек около крышки ведомого вала, а затем создать их копии, используя операцию Массив по сетке). При копировании следует задать значения параметров, указанные выше, кроме шага копирования вдоль первой оси: для ведущего вала он будет равняться 167, 75 мм. Полученный всего за два вызова команды Массив по сетке крепеж на бобышках показан на рис. 3.122.

Рис. 3.122. Соединение болтами бобышек крышки и корпуса редуктора с помощью команды Массив по сетке

Пользуясь методикой, изложенной выше, постройте массив из крепежных соединений на левом и правом краях фланцев корпуса и крышки. Для этого сначала соберите один крепежный пакет (болт – шайба – гайка) в одном из отверстий краев фланцев (рис. 3.123), а затем создайте массив по сетке из четырех элементов.

Рис. 3.123. Болтовое соединение фланцев корпуса и крышки

Параметры крепежных деталей, вставляемых из библиотеки, должны быть следующими:

• болт с шестигранной головкой: диаметр – 10 мм, длина – 38 мм, тип – нормальный;

• шайба пружинная: диаметр – 10 мм;

• гайка шестигранная: диаметр – 10 мм, тип – нормальная.

Разумеется, при вставке библиотечных моделей применяйте автосопряжения, как это было показано на предыдущем примере.

При настройке параметров команды Массив по сетке в качестве направляющих (осей) можете выбирать любые из прямолинейных ребер на гранях фланцев или корпуса, или крышки. Шаг по каждому из направлений определите на чертеже. Вдоль длинной стороны фланца шаг сетки массива составляет 618, 475 мм, а вдоль короткой – 89 мм. Не удивляйтесь, что значения приведены с такой точностью. Это объясняется тем, что если вы зададите неправильный шаг, копии крепежных элементов не попадут точно в предназначаемые для них отверстия (это особенно ощутимо для больших массивов). Возможно, на глаз это не будет заметно, но сборка получится неточной, и раньше или позже эти ошибки все равно проявятся.

Оставшиеся два отверстия во фланцах по боках редуктора придется заполнить вручную, поскольку создавать массив из двух компонентов нецелесообразно.

Для завершения нажмите кнопку Перестроить и сохраните сборку.

Мы подошли к завершающему этапу построения сборки. Нам осталось только закрыть смотровое отверстие крышкой, вставить в эту крышку ручку-отдушину, позволяющую выходить наружу нагретым газам при интенсивной работе редуктора, и закрепить данную крышку болтами.

Уверен, что самостоятельно создать модели крышки смотрового отверстия и ручки-отдушины для вас уже не проблема. Эскиз операции вращения для получения модели ручки отдушины можете скопировать из чертежа. Крышку смотрового отверстия постройте, используя эскиз смотрового отверстия в крышке редуктора (габаритные размеры крышки 150 ? 100 мм, диаметр отверстия под ручку – 12 мм). Эти модели вы также можете просто скопировать в папку своего проекта из файлов Крышка смотрового отверстия.m3d и Ручка-отдушина.m3d, которые находятся в папке Examples\Глава 3\Редуктор цилиндрический компакт-диска, прилагаемого к книге.

Вернемся к сборке. Вызовите команду Добавить из файла, выберите файл модели крышки смотрового отверстия и вставьте ее в любой точке над крышкой редуктора. Установите сопряжение Совпадение объектов между нижней гранью крышки смотрового отверстия и верхней плоской гранью крышки редуктора (плоскостью, на которой должна лежать крышка). После этого вызовите команду Соосность и задайте сопряжение между цилиндрическими поверхностями отверстия под болт, фиксирующий крышку смотрового отверстия, в самой крышке и в крышке редуктора (рис. 3.125). Если сопряжения наложены правильно, то все отверстия в крышке должны совпасть с отверстиями в корпусной детали. Зафиксируйте крышку и назначьте ей какое-нибудь значимое имя в дереве построений.

Рис. 3.124. Модели крышки смотрового отверстия и ручки-отдушины

Рис. 3.125. Сопряжение крышки смотрового отверстия

Добавьте в сборку из файла модель ручки-отдушины и сопрягите ее с центральным отверстием в крышке смотрового отверстия. Для этого, как обычно, хватит последовательного применения двух сопряжений – Соосность и Совпадение объектов. После этого разместите в отверстиях крышки четыре болта (из библиотеки крепежа) диаметром 8 мм и длиной 22 мм.

Последнее, что необходимо доработать в модели редуктора, – это шпонки на валах. Я специально не описывал процесс моделирования этих деталей (хотя, в принципе, их очень просто моделировать и описывать много бы не пришлось) и не упоминал об их вставке в сборку, чтобы на их примере продемонстрировать процесс создания детали в сборке.

На некоторое время сделайте невидимыми (с помощью команды Скрыть контекстного меню каждого компонента в дереве сборки) крышку редуктора и зубчатое колесо. Это сделано для того, чтобы они не мешали нам во время построения. Выделите плоскую грань в шпоночном пазу под колесом на ведомом валу (рис. 3.126) и нажмите кнопку Создать деталь. Система предложит ввести имя создаваемого компонента и указать путь, куда сохранять файл новой детали. Назовите файл Шпонка 22.m3d (первый индекс – это номер вала, второй – номер шпонки на валу) и сохраните его в одну папку со всеми файлами редуктора.

Рис. 3.126. Выделение опорной плоскости для создания детали в контексте сборки

После сохранения файла сборка перейдет в режим контекстного редактирования, все пассивные детали будут отображены зеленым цветом, а на выбранной плоскости сразу запустится процесс формирования эскиза первой (базовой) формообразующей операции новой детали. Перенесите в этот эскиз изображение профиля паза под шпонку (с чертежа или с эскиза выреза шпоночного паза в модели тихоходного вала). Создайте элемент выдавливания на построенном эскизе, величину выдавливания установите равной 14 мм (высота шпонки берется из справочной литературы), направление – прямое.

После выдавливания, не выходя из режима редактирования детали, отключите видимость ведомого вала, чтобы иметь доступ к нижней грани шпонки. С помощью операции Скругление создайте скругления радиусом 1 мм на верхней и нижней гранях шпонки. Завершите процесс контекстного редактирования детали, для чего следует отжать кнопку Редактировать на месте на панели инструментов Текущее состояние. Модель призматической шпонки, соединяющей ведомый вал с зубчатым колесом, готова, причем сразу размещена в нужном месте сборки (рис. 3.127).

Рис. 3.127. Деталь шпонки, смоделированная прямо в сборке (крышка редуктора, зубчатое колесо и ведомый вал скрыты)

После завершения моделирования возобновите видимость ранее спрятанных компонентов.

Таким же способом постройте еще две шпонки на выходных участках обоих валов. Высоту шпонок примите равной 9 мм на быстроходном валу и 12 мм на тихоходном. При желании вы можете добавить шпонки в сборку обычным образом, то есть просто загрузив их из файлов. Файлы шпонок Шпонка 11.m3d, Шпонка 21.m3d и Шпонка 22.m3d находятся в папке Examples\Глава 3\Редуктор цилиндрический прилагаемого к книге компакт-диска.

Полная 3D-модель одноступенчатого цилиндрического косозубого редуктора готова (рис. 3.128). Можете создать с нее ассоциативный чертеж и сравнить его с чертежом, выполненным вручную, чтобы проконтролировать, насколько точно была сделана трехмерная модель. Итоговый файл модели _РЕДУКТОР.a3d находится в папке Examlpes\Глава 3\Редуктор цилиндрический прилагаемого к книге компакт-диска.

Рис. 3.128. 3D-модель цилиндрического одноступенчатого редуктора

Есть, правда, один нюанс. Модель хороша, вполне реалистична, точно собрана, но не демонстрирует внутреннее строение механизма. На рис. 3.128 видны лишь корпусные детали и крепеж и больше ничего. Не разбирая такую модель, вы даже не сможете с уверенностью сказать, какой тип зацепления реализован в этом цилиндрическом редукторе: прямозубое, косозубое или шевронное. Поэтому на практике в трехмерных моделях больших сборок весьма часто применяют всевозможные вырезы и сечения, чтобы максимально открыть и отобразить внутреннее строение агрегата. Попробуем выполнить разрез-сечение нашей модели.

Самый простой вариант – создать сечение при помощи одной из плоскостей (ортогональной, например). Однако в этом случае модель теряет реалистичность, становится сложно представить себе реальные габариты объекта, к тому же при сечении плоскостью могут быть отсечены важные конструктивные элементы и даже целые детали. По данной причине рекомендую выполнить сечение по эскизу, подобрав его таким образом, чтобы не нарушить реалистичное представление модели и, вместе с тем, максимально показать ее «внутренности».

Выделите в дереве сборки плоскость ZX (в модели вы уже просто не сможете добраться до этой плоскости) и нажмите кнопку Эскиз. Создайте в эскизе изображение из трех отрезков (рис. 3.129). Вертикальный отрезок должен начинаться в точке начала координат эскиза, а длина его должна равняться 259 мм (межосевому расстоянию). Начальные точки двух горизонтальных отрезков совпадают с конечными точками горизонтального отрезка. Длина этих двух отрезков не столь важна, главное, чтобы их концы (края построенного контура) выходили за пределы тел сборки.

Рис. 3.129. Эскиз для сечения

Выйдите из режима редактирования эскиза и, не снимая с него выделения, нажмите кнопку Сечение по эскизу на панели инструментов Редактирование сборки. Установите прямое направление отсечения, но не спешите создавать операцию. Если мы сейчас выполним сечение, то из сборки будет удален весь материал, который попадает в зону отсечения. При этом, кроме корпусных деталей и крышек подшипников, будет удалена часть материала валов, зубчатых колес и пр., то есть как раз часть того, что мы собрались показывать. В настройках операции Сечение по эскизу предусмотрена возможность установления ограниченного набора тел, на которые эта операция будет распространяться.

Нажмите кнопку Область применения

на панели специального управления, после чего на панели свойств появится группа кнопок Применение и список компонентов, для которых будет применяться данная операция (пока еще пустой). Нажмите кнопку-переключатель Выбранные компоненты и в дереве сборки или же окне модели укажите те компоненты, которые необходимо рассекать. К этим компонентам следует отнести: корпус и крышку редуктора, крышки подшипников со стороны отсечения, все крепежные элементы, которые полностью попали в зону отсечения (включая копии массивов), крышка смотрового отверстия, а также по два фиксирующих винта на каждой крышке подшипника, также попавшие в область сечения. Нажмите кнопку Создать объект, чтобы подтвердить завершение выбора компонентов. Чтобы как-то выделить вырез в модели, снимите флажок Использовать цвет детали на вкладке Свойства и установите свой цвет, резко контрастирующий с цветами деталей сборки (например, светло-голубой), после чего подтвердите выполнение операции (рис. 3.130). Теперь хорошо видна структура редуктора, включая зацепление, компоновку подшипниковых узлов, фиксацию крышек и т. п., при этом сама модель не искажена.

Рис. 3.130. Вырез в модели редуктора

Эта модель находится в файле _РЕДУКТОР (сечение).a3d, который находится в папке Examples\Глава 3\Редуктор цилиндрический прилагаемого к книге компакт-диска.

На практике нередко возникают неординарные задачи, которые очень непросто решить в системе твердотельного моделирования, но которые, в силу определенных обстоятельств, приходится выполнять именно в таких системах. Причин тому может быть много. Возможно, под рукой нет другого CAD-редактора с развитым поверхностным моделированием, или он есть, но вы недостаточно разбираетесь в нем, а времени на рассматривание примеров и изучение справки катастрофически не хватает. А может быть, вы просто не желаете изменять своим привычкам и расставаться со своей любимой графической системой. В любом случае задача сводится к выполнению в трехмерном редакторе моделей, которые очень непросто, на первый взгляд даже невозможно, выполнить. В этом разделе рассмотрим примеры создания в КОМПАС-3D объектов, которые очень сложно выполнить средствами твердотельного моделирования.

Любая пружина доставляет немало хлопот любому проектировщику независимо от того, создает он ее чертеж или трехмерную модель. К счастью, на больших сборочных чертежах пружины отрисовываются условно, но в модели (сборке) приходится выполнять полноценную модель. Вместе с КОМПАС-3D поставляется библиотека КОМПАС-Spring, специально предназначенная для расчета и проектирования различных типов пружин (сжатия, растяжения, тарельчатых), а также для автоматической генерации их чертежей или трехмерных моделей. Однако очень часто приходится моделировать какие-то особые разновидности пружин, которые не содержатся в библиотеке. К тому же, научиться самому разрабатывать различные модели пружин очень полезно, поскольку при их построении используются различные интересные подходы.

В качестве первого примера рассмотрим процесс создания трехмерной модели обычной пружины растяжения с двумя боковыми зацепами. Размеры пружины будем брать произвольными, поскольку в данном случае нам значительно важнее сам процесс моделирования, а не характеристики готовой модели.

Создайте документ КОМПАС-Деталь и сразу сохраните его на диск под именем Пружина растяжения.m3d, после чего можете приступать к построению.

1. Выделите в дереве детали ортогональную плоскость XY, перейдите на панель инструментов Пространственные кривые и нажмите кнопку Спираль цилиндрическая. На вкладках панели свойств установите параметры спирали:

· способ построения спирали – По числу витков и шагу;

· количество витков – 10 шт.;

· шаг витков – 6 мм;

· направление построения – прямое;

· направление навивки – правое;

· диаметр витков – 30 мм.

Нажмите кнопку Создать объект, чтобы завершить построение трехмерной кривой.

2. Выделите плоскость ZX и запустите процесс создания эскиза. Постройте окружность с центром в точке с координатами (15; 0) и радиусом 2,99 мм. Эта окружность будет служить эскизом сечения витка пружины. Координаты центра в плоскости эскиза выбраны с таким расчетом, чтобы начало витков спирали лежало точно в центре окружности. Радиус (чуть менее половины шага спирали) выбран с расчетом того, чтобы витки пружины плотно прилегали друг к другу, но не касались (напомню, мы моделируем пружину растяжения). Хотя можно задавать окружности немного меньший радиус.

3. Завершив построение эскиза, вызовите команду Кинематическая операция. В качестве эскиза для нее укажите эскиз с окружностью, а в качестве направляющей – цилиндрическую спираль. Создайте операцию и отключите видимость спирали-направляющей (рис. 3.131).

Рис. 3.131. Формирование витков пружины

Теперь необходимо «приклеить» с обеих сторон витков зацепы. Для этого необходимо будет сформировать трехмерную кривую, которая бы повторяла изгиб зацепа и брала начало на плоскости, где закончились (оборвались) витки. Я говорю об одной кривой, поскольку второй зацеп полностью симметричен, и если мы сможем выполнить его с одной стороны витков, то его создание на другой стороне не должно вызвать никаких затруднений.

1. Сделайте активной плоскость XY. Нажмите кнопку Эскиз на панели Текущее состояние. С помощью команды Дуга панели Геометрия создайте в эскизе сегмент окружности радиусом 15 мм, начальным углом 0° и конечным углом 90°. Активизируйте панель инструментов Поверхности, нажав одноименную кнопку на компактной панели. Вызовите команду Поверхность выдавливания, которая создаст криволинейную поверхность, выдавив эскиз в прямом направлении. Величину выдавливания задайте не меньше 100 мм (рис. 3.132).

Рис. 3.132. Поверхность выдавливания

2. Постройте еще один эскиз на плоскости ZX. В нем поместите полуокружность радиусом 15 мм, с координатами центра (15; –75) и выпуклой частью вверх. Завершите редактирование эскиза. Перейдите на панель Вспомогательная геометрия и нажмите кнопку Линия разъема. На панели свойств выберите прямое направление проецирования линий эскиза и укажите внутреннюю грань поверхности, после чего создайте операцию. В результате на криволинейной поверхности (указанной грани) вы получите ребро, которое является результатом проецирования полуокружности на поверхность выдавливания (рис. 3.133).

Рис. 3.133. Полуокружность в эскизе и ребро на поверхности, полученное с помощью команды Линия разъема

3. Сразу создайте еще один эскиз с полуокружностью, но на этот раз в плоскости ZY. Центр полуокружности должен иметь координаты (-75; 0), а радиус, как обычно, 15 мм. Выпуклость дуги должна быть направлена в сторону, противоположную положительному направлению оси X эскиза. Как видите, окончание ребра-проекции на поверхности выдавливания точно совпадает с началом полуокружности в последнем эскизе.

4. Создайте еще один эскиз на плоской грани среза витка пружины (эта грань лежит в плоскости ZX и совпадает с плоскостью эскиза полуокружности, на основе которого была сформирована линия разъема). В эскизе должна быть окружность, точно очерчивающая контуры разреза витка (координаты центра – (15; –60), радиус – 2,99 мм).

5. Вызовите команду Кинематическая операция, для которой в качестве формообразующего эскиза укажите окружность на срезе витка (последний созданный нами эскиз), а в качестве направляющих – ребро, полученное проекцией полуокружности на поверхность выдавливания, и эскиз полуокружности в плоскости ZY. Очень важно, чтобы эскиз полуокружности и ребро, рассекающее поверхность, были созданы правильно (то есть чтобы их концы совпадали), иначе вы не сможете выполнить кинематическое добавление материала. Обратите внимание также на порядок указания кривых в окне модели: сначала ребро, за ним кривую в эскизе. Это также имеет очень большое значение для кинематических операций, направляющая которых состоит из нескольких трехмерных кривых. В результате создания операции вы получите зацеп на одном из концов пружины (рис. 3.134).

Рис. 3.134. Выполнение зацепа в пружине растяжения

6. Постройте такой же зацеп на другом конце витков пружины (вам придется создать еще одну поверхность, потом линию разъема на ней и т. д.) и, главное, – не забудьте отключить видимость (скрыть) поверхность выдавливания и эскизы полуокружностей верхнего и нижнего зацепов. Полученная модель пружины показана на рис. 3.135.

Рис. 3.135. 3D-модель пружины растяжения

Файл этой модели Пружина растяжения.m3d находится на прилагаемом к книге компакт-диске в папке Examples\Глава 3\Пружины.

Во втором примере рассмотрим разработку более сложной модели. Это будет пружина, продольная ось которой имеет форму кольца (рис. 3.136). Это именно тот случай, когда при виде чертежа возникают мысли о том, что инструментарий КОМПАС-3D здесь бессилен. Однако, как вы увидите, с помощью гибкого воображения и знания инструментария КОМПАС-3D такую деталь можно смоделировать и в этой программе, причем затратив на это даже меньше операций, чем в предыдущем примере.

Рис. 3.136. Кольцевая пружина

Создайте новый документ-деталь и сохраните его на жесткий диск под именем Кольцевая пружина.m3d.

1. Начните создание эскиза на плоскости XY. Сначала постройте вспомогательную окружность (инструмент Окружность панели Геометрия, стиль линии – Вспомогательная) диаметром 50 мм и с центром в начале локальной системы координат эскиза. На этой окружности создайте еще одну окружность стилем линии Основная с координатами центра (0; 25) и диаметром 2 мм (это будет сечение витка на внешнем диаметре пружины). Имя этого эскиза – Эскиз:1. Он показан на рис. 3.137, а.

Выйдите из режима редактирования эскиза и сразу снова запустите процесс создания эскиза на этой же плоскости. Как и в предыдущем эскизе, постройте вспомогательную окружность, только уже диаметром 40 мм (таким примем диаметр размещения сечений внутренних витков кольцевой пружины). Теперь предположим, что наша пружина будет состоять из 40 витков. Напомню, размеры сейчас не столь важны, поэтому вы можете принять любое другое значение. При этом угловой шаг витка спирали будет равен 360 : 40 = 9°, из чего следует, что сечение витка на внутренней окружности должно быть смещено относительно первого сечения на угол 4, 5° (между сечениями полвитка). Исходя из приведенных соображений, построим две вспомогательных прямых: первую с помощью команды Вертикальная прямая, привязываясь к началу координат эскиза, вторую – с помощью команды Вспомогательная прямая, проложив ее через начало координат под углом 4, 5° к вертикальной прямой. Для создания второй линии достаточно будет указать одну ее точку (начало координат), после чего задать угол смещения 85, 5° в поле Угол на панели свойств, и зафиксировать прямую. Постройте эскиз витка (окружность диаметром 2 мм) с центром в точке пересечения второй вспомогательной линии и окружности (рис. 3.137, б). Завершите построение эскиза, отжав кнопку Эскиз. Теперь создайте еще один точно такой же эскиз в модели. Эти эскизы имеют имена Эскиз:2 и Эскиз:3.

Выполните третий эскиз на плоскости XY. В нем постройте вспомогательную окружность диаметром 50 мм и две вспомогательные линии: одну вертикальную, а вторую под углом 9° к ней (то есть под углом 81° к горизонтали). На пересечении вспомогательной окружности и наклонной прямой постройте еще одно сечение витка (рис. 3.137, в). Этому эскизу система присвоила имя Эскиз:4.

Рис. 3.137. Эскизы сечений кольцевой пружины

2. Создайте еще два эскиза в плоскости ZY. Оба должны содержать полуокружность, выполненную с помощью команды Дуга панели Геометрия. Координаты центра дуги – (0; –22,5), радиус – 2,5 мм, начальный угол 90°, конечный угол 270°. Различие в эскизах заключается только в направлении построений дуг (по или против часовой стрелки), то есть в эскизах должно быть различное направление выпуклостей дуг. Пусть эскиз с направлением построения дуги по часовой стрелке имеет имя Эскиз:5, а с направлением против часовой стрелки, соответственно, Эскиз:6.

3. С эскизами мы, наконец, покончили, пора перейти к собственно построению тела модели. Вызовите команду Операция по сечениям панели Редактирование детали. На панели свойств нажмите кнопку Сечения, после чего в дереве построения щелкните на первом и втором эскизах (Эскиз:1 и Эскиз:2), содержащих сечения витков пружины. Если сейчас создать операцию, то вы получите абсолютно плоский элемент, поскольку оба эскиза лежат в одной плоскости. Однако для операции по сечениям можно указывать траекторию, как и для кинематических операций (просто при формировании тела по эскизам траектория не всегда обязательна). Для этого щелкните на кнопке Осевая линия на панели свойств и укажите в дереве модели Эскиз:6. Теперь можно создать операцию (рис. 3.138, а).

Вызовите еще раз команду Операция по сечениям, в качестве сечений для которой задайте Эскиз:3 и Эскиз:4, а в качестве траектории – Эскиз:5. Выполните операцию, и вы получите вторую половину витка пружины (рис. 3.138, б). Сразу спрячьте оба эскиза-направляющих.

Рис. 3.138. Виток кольцевой пружины: полувиток-основание (а), приклеивание второй половины витка (б)

4. Создайте вспомогательную ось на пересечении плоскостей ZX и ZY (команда Ось на пересечении плоскостей панели Вспомогательная геометрия) – эта ось будет перпендикулярна плоскости XY и проходить будет через начало координат модели. Выполните команду Массив по концентрической сетке панели Редактирование детали. В качестве оси массива задайте конструктивную ось на пересечении плоскостей, а объектами для копирования будут служить две операции по сечениям, формирующие виток пружины. Количество копий по окружности, как вы уже догадались, должно равняться 40. Задав все параметры, нажмите кнопку Создать объект и получите готовую пружину (рис. 3.139). Осталось только спрятать конструктивную ось и сохранить изменения в документе.

Рис. 3.139. 3D-модель кольцевой пружины

Примечание

Данная модель является объектом сложной геометрии, поэтому формирование массива по концентрической сетке на компьютерах с низкой производительностью может занять очень много времени.

Файл модели кольцевой пружины Кольцевая пружина.m3d находится в папке Examples\Глава 3\Пружины компакт-диска, прилагаемого к книге.

Червячное зацепление – это один из тех типов механических передач, трехмерную модель которых выполнить совсем не просто даже опытному конструктору. В отличие от зубчатого цилиндрического зацепления, где хоть и были некоторые проблемы, но в целом принцип построения был очевиден, в червячном зацеплении все далеко не так просто. Более того, большинство конструкторских приложений (плагинов) к CAD-системам реализуют построение только цилиндрического зацепления. Я встречал очень мало программных продуктов, которые автоматически рассчитывают и строят модель червячной передачи. По этой причине данный пример, в котором описано, как правильно строить модели деталей, входящих в червячное зацепление, очень важен для любого инженера.

Предположим, необходимо спроектировать модель червячного зацепления со следующими параметрами:

• передаваемый вращающий момент – 2200 Н · м;

• угловая скорость червяного колеса – 2,5 с^-1;

• передаточное число передачи u – 25;

• степень точности передачи n_ст – 8;

• количество заходов червяка z_ч – 2;

• коэффициент диаметра червяка q – 10;

• модуль зацепления m – 8 мм;

• размещение червяка – верхнее.

В результате проектных расчетов были получены следующие значения параметров и характеристики передачи (как и в примере с редуктором, все исходные и расчетные данные абсолютно достоверны):

• количество зубьев колеса z_к – 50;

• межосевое расстояние передачи a_? – 240 мм;

• делительный диаметр колеса d_к – 400 мм;

• делительный диаметр червяка d_ч – 80 мм;

• ширина зубчатого венца колеса b_к – 72 мм;

• длина нарезной части червяка b_ч – 112 мм;

• угол подъема линии витка ? – 11,31°.

Моделирование начнем с червяка, так как это более простая деталь.

Создайте документ КОМПАС-Деталь, установите ориентацию Изометрия XYZ и сохраните документ на жесткий диск под именем Вал-червяк.m3d.

Основание вала-червяка будет выполнено вращением эскиза половины контура сечения. Для удобства последующей сборки этот эскиз следует разместить так, чтобы вал был смещен вверх по оси Y на величину межосевого расстояния. Диаметр и длину ступеней вала можете задать произвольными, важно лишь выдержать размеры нарезной части червяка: ее ширина 112 мм, а внешний диаметр 96 мм (d_ч + 2 · m). Эскиз должен размещаться в плоскости ZY.

Порядок построения эскиза контура вала-червяка:

1. Постройте две вспомогательных вертикальных линии, равноудаленных в обе стороны от начала координат на расстояние 56 мм (bч/2).

2. С помощью кнопки Осевая линия по двум точкам панели Обозначения постройте горизонтальную осевую операции вращения. Ординаты обоих концов отрезка осевой должны быть равны –240 мм (поскольку при установлении ориентации по нормали к плоскости эскиза КОМПАС переворачивает модель, то смещение эскиза должно осуществляться вниз по оси Y в эскизе).

3. Вызовите команду Параллельная прямая панели Геометрия и создайте вспомогательную горизонтальную линию выше осевой на 40 мм (половина внешнего диаметра витков червяка). Через точки пересечения этой прямой и двух вертикальных прямых постройте еще две вспомогательных линии, наклоненные к вертикали под углом 20° (половина угла профиля витка червяка).

4. Постройте еще 3–4 горизонтальных прямых, смещенных вверх от осевой. Они будут обозначать контуры ступеней вала. Рекомендую принять следующие значения диаметров: 32,36, 40 и 45 мм (смещать линии нужно на половину величины приведенных значений).

Сетка вспомогательных линий на эскизе должна выглядеть, как на рис. 3.140.

Рис. 3.140. Вспомогательная геометрия при построении эскиза контура вала-червяка

Привязываясь к узлам этой сетки, постройте контур вала-червяка (рис. 3.141) и выполните команду Операция вращения панели Редактирование детали. На эскизе лучше сразу выполнить все скругления и фаски, а в параметрах трехмерной операции не забудьте отключить создание тонкой стенки.

Рис. 3.141. Эскиз контура вала-червяка

Витки вала-червяка можно сформировать с помощью кинематического вырезания. В качестве траектории вырезания следует взять цилиндрическую спираль и так подобрать значения ее параметров, чтобы угол подъема спирали был равен углу подъема витков червяка, а ее диаметр – делительному диаметру червяка. Суть сборки заключается в определении такого положения эскиза для кинематической операции, чтобы после вырезания витки червяка вошли точно между зубьями червячного колеса (считаем, что на вертикальной оси червячного колеса мы построим вырез между зубьями). В этом случае не нужно изощряться и придумывать, где его разместить, как это было при построении зубчатого колеса, – смещение эскиза несложно рассчитать аналитически. Расстояние, на которое необходимо сместить эскиз от вертикальной осевой (линии, соединяющей центр колеса с центром червяка), можно принимать равным 2,5 · P или 3, 5 · P, где P – шаг витков червяка (P = ? · m, где m – модуль червячного зацепления). Желательно использовать значение с запасом (3, 5 · P), чтобы эскиз точно вышел за пределы нарезной части червяка.

Выполните создание в плоскости ZY эскиза выреза между витками вала-червяка (рис. 3.142).

Рис. 3.142. Эскиз выреза между витками червяка

Для этого выполните следующее:

1. Постройте две вертикальных вспомогательных прямых: первую через точку начала локальной системы координат эскиза, вторую (линия симметрии будущего смещенного эскиза выреза между витками) – левее первой прямой на 87, 92 мм (3, 5 · P).

2. Создайте четыре горизонтальных вспомогательных прямых: первая должна совпадать с осью вала-червяка (ордината – –240), остальные три обозначают диаметр впадин, вершин и делительный диаметр витков червяка (соответственно выше первой прямой на 30,40 и 48 мм).

3. Постройте вспомогательную линию, пересекающую горизонтальную прямую, которая обозначает делительный диаметр. Эту линию нужно создать в точке, которая лежит левее на 6, 28 мм (P/4) от линии симметрии выреза между витками, и наклонить под углом 70° к горизонтали (см. рис. 3.142). Для этого вы можете воспользоваться командой Вспомогательная прямая панели Геометрия, предварительно создав на делительном диаметре точку, через которую должна пройти прямая. Смещение вспомогательной точки определено исходя из того, что расстояние вдоль оси червяка между точками пересечения делительного цилиндра и поверхностей выреза между витками равняется половине шага витков. Отсюда расстояние до точки, через которую должна пройти прямая, обозначающая контур выреза, до линии симметрии равно P/4.

4. Постройте отрезок от точки пересечения наклонной вспомогательной линии и диаметра впадин до точки пересечения этой же линии с диаметром вершин. Симметрично отобразите отрезок (выделите его и выполните команду Симметрия панели Редактирование) относительно линии симметрии эскиза. Соедините концы получившихся отрезков двумя вертикальными отрезками.

Выйдите из режима редактирования эскиза.

Эскиз для кинематического сечения мы уже выполнили. Теперь нужно создать траекторию, в качестве которой следует выполнить цилиндрическую спираль с углом подъема витков равным углу подъема витков червяка.

Для начала создадим вспомогательную плоскость (команда Смещенная плоскость панели Вспомогательная геометрия), удаленную на 87, 92 мм в обратном направлении от плоскости XY. Созданная плоскость будет опорной для спирали-направляющей и, как вы заметили, она проходит точно посередине изображения в эскизе выреза между витками червяка.

Перейдите на панель Пространственные кривые, выделите смещенную плоскость и нажмите кнопку Спираль цилиндрическая. Настройте следующие параметры спирали:

• способ построения – По шагу витков и высоте;

• шаг витков – 25, 12 мм (P = ? · m);

• высота витков (задается параметром Высота спирали) – 176 мм (значение произвольно, оно определяется конструктивно с таким расчетом, чтобы витки спирали прошли через всю нарезную часть червяка);

• направление построения – прямое;

• направление навивки – правое;

• начальный угол – 270 (при таком угле первый виток начинается точно на плоскости эскиза выреза, что является обязательным условием для корректного выполнения кинематического вырезания);

• точка привязки спирали – имеет координаты (240; 0);

• диаметр спирали (задается на вкладке Диаметр) – равняется делительному диаметру червяка (80 мм).

Завершив построения спирали, выполните операцию Вырезать кинематически панели Редактирование детали. Думаю, не стоит расписывать, какие объекты указывать в качестве формообразующего эскиза и траектории. Не забудьте спрятать в модели спираль, поскольку она является лишь вспомогательным объектом, а также сохранить построенную модель. При желании на внешней ступени вала можете выполнить шпоночный паз (рис. 3.143).

Рис. 3.143. 3D-модель вала-червяка

Файл этой модели Вал-червяк.m3d находится на прилагаемом к книге компакт-диске в папке Examples\Глава 3\Червячное зацепление.

Перейдем к выполнению модели червячного колеса. Колесо в червяном зацеплении очень редко представляет собой единую деталь. Причина заключается в том, что из-за большого трения в точке зацепления материал колеса должен иметь хорошие антизадирные и антифрикционные свойства. Чаще всего в качестве такого материала используют безоловянистую и оловянистую бронзы. Однако изготовление целого колеса из такого дорогостоящего материала очень невыгодно, поэтому червячные колеса, как правило, выполняют составными: обод выполняют из бронзы, а ступицу – из более дешевого материала (чугун, конструкционные стали). Обод со ступицей соединяют с помощью напресовки, фиксируют винтами и пр. В связи с этим модель червячного колеса будет выполнена как сборка, а входящие в нее ступица и обод выполнены отдельными деталями.

Самая большая проблема при формировании венца червячного колеса – это сложность точного размещения эскиза выреза, так как в отличие от цилиндрических зубчатых колес, в которых эскиз всегда перпендикулярен оси колеса (даже в косозубых колесах), плоскость этого эскиза для червячного колеса «вращается» по спирали вокруг оси колеса. По этой причине единственное место, где можно без особого труда разместить эскиз выреза, – это средняя плоскость колеса, перпендикулярная его оси. Есть, конечно, один минус: вырезать теперь придется дважды – по одному разу в каждую сторону от колеса. Эскиз должен быть выполнен, как и для обычного зубчатого колеса (две эвольвенты или дуги, если мы создаем эскиз выреза упрощенно, и соединяющие их сверху и снизу дуги), при условии, что червячное колесо не имеет смещения. По своему опыту скажу, что верхнюю дугу лучше значительно выгнуть («поднять») вверх, чтоб в модели при вырезании не образовались ненужные кромки.

Вырезать нужно кинематически. Поскольку червячное колесо входит в зацепление с червяком, то вырезы в венце колеса будут формироваться по той же траектории, что и витки червяка, то есть угол наклона линии зуба венца равен углу подъема винтовой линии червяка.

Для построения модели обода необходимо дополнительно определить некоторые параметры червячного колеса. Я не буду акцентировать внимание на расчетных формулах и методиках расчета, типичных для университетского курса деталей машин, а приведу лишь конечные результаты:

• диаметр вершин зубьев колеса – 416 мм;

• диаметр впадин – 380 мм;

• наибольший диаметр колеса – 428 мм;

• толщина обода (расстояние от линии впадин зубьев до края обода в диаметральном направлении) – 15, 6 мм.

Создайте новый документ, установите в нем ориентацию Изометрия XYZ и запустите процесс выполнения эскиза в плоскости XY. В эскизе нужно будет выполнить контур профиля поперечного сечения обода червячного колеса (рис. 3.144).

Рис. 3.144. Эскиз контура сечения обода червячного колеса

Чтобы создать контур, постройте пять горизонтальных вспомогательных прямых: первые четыре должны быть смещены относительно оси X на величину половины наибольшего диаметра, диаметра вершин, делительного и диаметра впадин, последняя прямая – размещена ниже линии, обозначающей диаметр впадин на величину толщины обода. Создайте также три вертикальные линии: две равноудаленные от оси Y на расстояние 36 мм (b_к/2) и одну, проходящую через начало координат эскиза. Проточку в ободе, в которую будет упираться выступ на диске ступицы, выполните конструктивно. Для построения дуги предварительно создайте вспомогательную окружность радиусом 32 мм и координатами центра (0; 240). С помощью команды Непрерывный ввод объектов панели Геометрия постройте контур обода (см. рис. 3.144). Выполните в контуре две фаски (4 x 45°) или во время выполнения команды Непрерывный ввод объектов, или с помощью операции Фаска панели Геометрия после создания контура. Добавьте в эскиз горизонтальный отрезок, выполненным стилем линии Осевая и проходящий через начало координат.

Основываясь на данном эскизе, выполните операцию вращения. Поскольку контур эскиза замкнут, то система по умолчанию предложит создавать сплошное твердое тело и вам не придется менять что-либо в настройках.

Теперь в плоскости ZY (средней продольной плоскости колеса) сформируем эскиз выреза между зубьями. Будем чертить эскиз немного упрощенно, заменяя эвольвенты дугами по трем точкам. Изображение профиля выреза создается аналогично выполнению эскизов зубчатого колеса и вала-шестерни.

Рисунок профиля выреза должен быть размещен в нижней части эскиза по следующей причине. Вы еще помните, что мы моделировали витки червяка таким образом, чтобы на оси, соединяющей центры колеса и червяка, в продольной плоскости сбоку червяка размещался виток, а в колесе, соответственно, вырез. Червяк в нашей модели устанавливается над колесом, это значит, что вырез между зубьями колеса, который будет в зацеплении с витком червяка и который мы позже будем копировать по окружности, должен располагаться сверху обода. Однако, поскольку при построении эскиза в плоскости ZY или параллельных ей плоскостях система переворачивает модель, то в самом эскизе изображение профиля должно находиться ниже оси абсцисс.

Перед вычерчиванием эскиза создайте три вспомогательных окружности, обозначающие диаметры впадин, выступов и делительный диаметр зубьев колеса. После этого с помощью команды Вспомогательная прямая панели Геометрия постройте набор линий, проходящих через центр локальной системы координат эскиза: одну – вертикальную и по три с каждой стороны от нее, смещенных между собой на угол ? /8, где ? = 360° / z_к (напомню, что z_к – количество зубьев червячного колеса). Используя команду Дуга по 3 точкам панели Геометрия, постройте контур выреза на пересечениях вспомогательных окружностей и линий (рис. 3.145, а).

Чтобы после кинематического вырезания эскиз срезал кромку зубьев при выходе из тела колеса, необходимо вместо верхней замыкающей окружности построить фигуру, показанную на рис. 3.145, б. Размеры отрезков произвольны, главное, чтобы оба боковые отрезка были касательными к дугам, заменяющим эвольвенты профиля зуба. Проследите, чтобы в сформированном контуре не было разрывов, и завершите редактирование эскиза.

Рис. 3.145. Построение эскиза профиля выреза между зубьями червячного колеса: контур выреза (а) и надстройка для удаления лишнего материала с краев зубьев (б)

Сейчас нам нужно построить направляющую для кинематического вырезания. Как было сказано ранее, их будет две, поскольку эскиз операции лежит в средней плоскости колеса, и вырезать будем два раза в обе стороны от эскиза.

В качестве направляющей снова возьмем спираль с такими параметрами:

• способ построения – По числу витков и высоте;

• базовая плоскость спирали – проходит через ось колеса, перпендикулярно оси червяка (в модели это плоскость XY);

• центр спирали (точка привязки) – точка пересечения оси червяка и базовой плоскости, то есть точка, лежащая на оси червяка и имеющая координаты (0; 240);

• начало витков – в плоскости эскиза, то есть в средней плоскости колеса, для каждой спирали определяется отдельно;

• диаметр спирали – делительный диаметр червяка (80 мм);

• угол подъема спирали – угол подъема винтовой линии червяка (из него вычисляется шаг);

• количество витков – 0,25.

Это настройки первой спирали. Точно такую же кривую надо построить по другую сторону от базовой плоскости (направление витков противоположное).

Однако, это все в идеале. В случае построения по описанному выше алгоритму, поднимаясь по спирали, эскиз «выходит» из тела венца, что приводит к тому, что вырезы сужаются на торцах колеса (зубья, соответственно, расширяются). При сборке такого колеса с червяком эти зубья врезаются в витки червяка на краях его нарезной части. Я решил эту проблему следующим образом: центр спирали необходимо немного сместить на величину x вверх от оси червяка, при этом диаметр спирали увеличить на 2x. Таким образом, зацепление не нарушается, а вырезание витков проходит по дугам чуть большего радиуса, чем прежде. Это приводит к тому, что эскиз не так резко будет подниматься вверх и сам подрежет кромки на торцах зубьев колеса. Описанную выше проблему можно было бы также решить, если бы во время кинематической операции можно было задавать уклон, как при операции выдавливания, но такой возможности пока в КОПМАС-3D, к сожалению, нет.

Исходя из всего вышеизложенного, попробуем построить спирали.

Выделите плоскость XY и запустите команду Спираль цилиндрическая панели Пространственные кривые. Выберите соответствующий способ построения и задайте количество витков равное 0,25. Ординату базовой точки увеличьте на 15 мм от требуемой (с 240 до 255 мм), а диаметр задайте равным 110 мм (на 30 мм больше делительного диаметра червяка), чтобы не нарушить зацепление. Для вычисления высоты спирали воспользуемся зависимостью h = P · n = ? · m · n, где n – количество витков. Подставляя имеющиеся у нас значения, мы получим высоту спирали – 6, 283 мм. Все остальные настройки оставьте заданными по умолчанию и создайте спираль.

Постройте еще одну спираль на этой же плоскости. Точку привязки, количество витков, высоту, направление навивки витков и диаметр установите такими же, как и у предыдущего объекта, измените только направление построения с прямого на обратное. Если вы все правильно настроили, обе спирали должны сходиться в одной точке на плоскости эскиза профиля выреза между зубьями (рис. 3.146).

Рис. 3.146. Направляющая (две стыкующиеся дуги спиралей) для вырезания зубьев червячного колеса

Теперь дважды выполните операцию Вырезать кинематически панели Редактирование детали, используя эскиз профиля выреза и спирали-направляющие. Несмотря на то, что эскиз после выполнения первого выреза войдет в состав операции (в дереве модели будет дочерним узлом узла Вырезать кинематический элемент:1), вы можете использовать его повторно для формирования второго полувыреза. Постройте также четыре отверстия диаметром 10 мм в нижней части обода так, чтобы их центры лежали точно на окружности края обода (рис. 3.147). Отверстия создайте с помощью вырезания выдавливанием, эскиз операции разместите на торцевой поверхности колеса, а глубину выдавливания установите равной 25 мм.

Рис. 3.147. Первый вырез между зубьями червячного колеса и отверстие под фиксирующий винт

Создайте конструктивную ось конической поверхности (совпадающую с осью колеса), после чего с помощью операции Массив по концентрической сетке панели Редактирование детали сформируйте венец червячного колеса (рис. 3.148). Копировать необходимо обе кинематические операции, составляющие вырез между зубьями, количество копий в кольцевом направлении установить равным 50. Не забудьте скрыть все вспомогательные объекты в модели: обе спирали и конструктивную ось.

Рис. 3.148. 3D-модель обода червячного колеса

Теперь постройте модель ступицы и фиксирующего винта. Винт мы не вставляем из библиотеки, потому что после привинчивания обода к ступице головки винтов спиливаются, а сами винты после этого еще нужно и раскернить. По этой причине мы сразу смоделируем винт в спиленном состоянии.

Модель ступицы вы можете выполнить произвольно, не ограничивая себя какими-либо точными размерами, за исключением того, что верхняя часть эскиза вращения основания ступицы должна точно дополнять нижнюю часть аналогичного эскиза обода (рис. 3.149). Кроме того, выступ на диске ступицы, который входит в паз на ободе, должен быть чуть ниже, чем высота этого паза.

Рис. 3.149. Эскиз для создания основания ступицы червячного колеса

Добавьте в модель круглые вырезы в диске, шпоночный паз и отверстия под винты (их эскиз должен быть точно таким, как и в ободе), после чего сохраните модель на жесткий диск (рис. 3.150).

Рис. 3.150. 3D-модель ступицы червячного колеса

Все детали готовы, и вы можете приступить к сборке. Несмотря на то, что червячное колесо – это составная единица, очень редко в сборке приходится разбирать или перемещать входящие в него компоненты по отдельности. По этой причине советую сначала создать сборку Червячное колесо.a3d, в которой соединить обод и ступицу, а также создать массив по кругу из четырех винтов. Винт необходимо вставить так, чтобы он немного торчал над диском.

После этого создайте новую сборку под именем Червячное зацепление.a3d и соберите в ней червячное колесо с валом-червяком. Как и при сборке зубчатого зацепления, вам достаточно будет вставить модель червяка и сборку колеса в точку начала координат и зафиксировать их, поскольку мы изначально проектировали все детали передачи таким образом, чтобы зацепление получилось автоматически (рис. 3.151).

Рис. 3.151. 3D-модель червячной передачи с верхним размещением червяка

Файлы всех моделей, входящих в сборку червячного колеса, находятся на прилагаемом к книге компакт-диске в папке Examples\Глава 3\Червячное зацепление\Червячное колесо. Сам файл Червячное колесо.a3d и сборка всей передачи (файл Червячное зацепление.a3d) размещены в папке Examples\Глава 3\Червячное зацепление.

Деталь, рассмотренная в данном примере, не обладает какими-либо особенностями. Этот пример приведен для того, чтобы продемонстрировать основные принципы и возможности модуля проектирования изделий из листового металла. Функционал этого модуля хоть и предназначен для построения твердых тел, но существенно отличается от прочих трехмерных формообразующих операций трехмерного редактора КОМПАС-3D. С его помощью можно получать модели, которые в реальном производстве изготавливаются с помощью гибки, ковки, штамповки и пр. Конечно, эти же модели можно выполнить и с помощью обычных трехмерных операций, однако команды панели Элементы листового тела позволяют строить их значительно быстрее, имитируя перечисленные выше процессы деформирования заготовок из листового металла.

Попробуем выполнить корпусную деталь какого-либо электроприбора или другого механизма. Точное назначение этой детали, как и ее размеры, нам сейчас не столь важны, главное – это научиться на практике применять функционал команд для создания листовых элементов.

1. Создайте новый документ КОМПАС-Деталь, сохраните его под именем Корпус (листовой металл).m3d, а на компактной панели активизируйте панель Элементы листового тела (мы будем работать с командами этой панели).

2. Создайте в эскизе на плоскости XY изображение прямоугольника, точка пересечения диагоналей которого должна совпадать с центром эскиза и размерами 120 ? 60. Для этого можете воспользоваться командой Прямоугольник по центру и вершине на панели инструментов Геометрия. Выйдите из режима редактирования эскиза и нажмите кнопку Листовое тело, пока единственную активную на панели Элементы листового тела. На панели свойств ничего менять не надо, просто нажмите кнопку Создать объект – и вы получите листовую заготовку толщиной 1 мм.

3. Нажмите кнопку Сгиб, при этом в строке подсказок отобразится текст Укажите прямолинейное ребро. Щелкните на одном из ребер верхней грани листового тела. В окне представления появится фантом будущего сгиба.

Примечание

Операция Сгиб имеет большое количество настроек, позволяющих создавать разные и весьма оригинальные трехмерные элементы. Все параметры рассмотреть практически невозможно, поэтому по ходу выполнения примера будем ограничиваться лишь теми параметрами, которые нужны нам для построения. Если вы желаете самостоятельно разобраться в возможностях этой команды, можете сами попробовать изменять различные настройки.

Задайте радиус сгиба в одноименном поле равным 1 мм, а длину сгиба – 40 мм (рис. 3.152) и создайте элемент.

Рис. 3.152. Фантом трехмерного элемента при выполнении операции Сгиб

4. Постройте еще три таких же сгиба на оставшихся ребрах верхней грани плоского тела. Соответствующие параметры каждой операции (радиус и длина сгиба) устанавливайте одинаковыми для всех операций.

5. Нажмите кнопку Замыкание углов. В окне модели по очереди укажите стыки в верхней части сгибов, которые нужно замыкать. Обратите внимание, задать стык для замыкания можно, щелкнув кнопкой мышью только на цилиндрической части сгибов стыкуемых граней или на их общем ребре. Из раскрывающегося списка Способ замыкания на панели свойств выберите пункт Замыкание встык, а в списке Обработка угла – вариант Без обработки. Создайте операцию (рис. 3.153).

Рис. 3.153. Модель после замыкания углов на сгибах

6. Снова выполните команду Сгиб. В качестве опорного задайте верхнее ребро внутренней грани одного из сгибов (любого). На этот раз настройте параметры операции следующим образом. Из раскрывающегося списка Размещение выберите пункт По центру. После указания данного пункта справа от раскрывающегося списка появится поле Ширина сгиба. Задайте этому параметру значение 120 мм (то есть ширина сгиба – на 2 мм уже текущей ширины грани; до этого торец сгиба стал шире на 2 мм после замыкания углов). Длину и радиус сгиба установите равными 10 и 1 мм соответственно. Перейдите на вкладку Боковые стороны панели свойств. Нажмите кнопку Уклон и угол слева и в поле Уклон1 введите значение 45. Аналогичные действия выполните для правой стороны сгиба (кнопка Уклон и угол справа и поле Уклон2 ).

Создайте операцию. В результате вы должны получить следующий трехмерный элемент (рис. 3.154).

Рис. 3.154. Сгиб с особыми настройками

Создайте еще три таких сгиба на каждой из боковых стенок корпуса. Если вы все правильно настроили, то боковые стороны смежных сгибов у вас должны соприкасаться (рис. 3.155).

Рис. 3.155. Добавление сгибов в листовую деталь

7. Постройте еще один сгиб радиусом 1 мм и длиной 4, 5 мм на кромке загнутого листа корпуса вдоль длинной его стороны. В качестве способа размещения выберите По центру, а ширину сгиба установите равной 96 мм. Завершите выполнение операции. На ребре верхней грани сформированного элемента продолжите добавление сгибов таким образом, чтобы лист загибался наружу из корпуса. Установите размещение нового сгиба По всей длине, радиус сгиба – 0,5 мм, длину – 5 мм, а угол сгиба измените с 90° (по умолчанию) на 180°. Создайте операцию. В результате вы должны получить следующий трехмерный элемент в модели (рис. 3.156).

Рис. 3.156. Формирование сгиба материала под углом 180°

8. Теперь создайте сгиб на кромке корпуса вдоль короткой его стороны. Радиус сгиба задайте равным 0,5 мм, длину – 5 мм, а ширину (при выбранном способе построения По центру) – 36 мм.

9. На вертикальном ребре левой грани последнего сгиба постройте еще один сгиб длиной 4 мм и радиусом 1 мм. Если вы правильно задали все размеры, то последний добавленный элемент должен войти точно в щель между стенками сгиба на 180° вдоль длинной стороны корпусной детали (рис. 3.157, а). Создайте на внешней боковой грани эскиз сгиба на 180° небольшого отверстия (диаметр 1 мм) и выполните над ним операцию Вырез в листовом теле так, чтобы вследствие выреза образовалось сквозное отверстие в загнутых элементах детали (рис. 3.157, б). Для этого после вызова команды в группе кнопок переключателей нажмите кнопку До грани, после чего укажите в модели плоскую грань, до которой должен выполняться вырез. Расстояние вырезания установится автоматически (3 мм).

Рис. 3.157. Добавление новых сгибов (а) и сквозного отверстия (б)

10. Самостоятельно постройте аналогичные зацепы (см. рис. 3.157, б) на всех углах листовой детали.

11. Создайте очередной эскиз на внешней плоской грани нижней стенки корпуса (эта грань совпадает с плоскостью XY, с нее мы начинали построение детали). В эскизе постройте обычный прямоугольник и разместите его так, как показано на рис. 3.158, сверху. Повторюсь, размеры, как и точное положение данного эскиза, нам сейчас совсем не важны. Завершив построение изображения в эскизе, вызовите команду Закрытая штамповка. На панели свойств установите следующие значения параметров:

· высота штамповки – 2 мм;

· минимальный радиус скругления боковых ребер – 1 мм;

· радиус скругления основания – 1 мм;

· радиус скругления дна – 1 мм (чтобы был доступен соответствующий параметр, нужно установить флажок Скругление дна).

Создайте операцию (рис. 3.158, снизу).

Рис. 3.158. Эскиз (сверху) и результат выполнения операции Закрытая штамповка (снизу)

12. На этой же грани постройте еще два элемента штамповки чуть меньшего размера, симметричные относительно продольной оси детали. Для этого по очереди создайте два эскиза операции (контур обязательно должен быть замкнут) и дважды выполните команду Закрытая штамповка. Задайте такие же настройки операции, как и для первого элемента.

Примечание

На трехмерные элементы, сформированные при помощи команд создания и редактирования листовых деталей, не распространяются команды формирования массивов. По этой причине штамповку и прочие листовые элементы приходится формировать каждый отдельно.

13. Самостоятельно освойте команду Открытая штамповка, похожую на рассмотренную выше операцию Закрытая штамповка. Для этого на внешней грани нижней стенки детали создайте два эскиза, содержащих каждый по окружности (окружности должны быть симметричны относительно продольной оси). Затем, основываясь на каждом эскизе, выполните команду Открытая штамповка (рис. 3.159). Настройки операции можете оставить по умолчанию, а можете изменить по своему усмотрению. В основном они повторяют настройки команды Закрытая штамповка.

Рис. 3.159. Результат выполнения команды Открытая штамповка

Еще один интересный элемент, который можно выполнять в листовых деталях, – это жалюзи. Запустите процесс создания эскиза на внешней грани боковой стенки. В эскизе постройте 15–20 небольших вертикальных отрезков одинаковой длины, равноудаленных друг от друга. Вызовите команду Жалюзи и настройте ее следующим образом (точно следовать приведенными указаниями не обязательно, настройки будут зависеть от количества, длины и интервала между отрезками эскиза):

· направление построения – обратное;

· положение жалюзи – справа;

· высота и ширина – по 3 мм;

· радиус скругления основания – 2 мм;

· способ построения – вытяжка.

Для подтверждения создания трехмерного элемента нажмите кнопку Создать объект (рис. 3.160). Самостоятельно постройте такие же жалюзи на противоположной стенке корпуса (настройки те же, кроме положения жалюзи – они должны размещаться слева).

Рис. 3.160. Элемент листового тела – жалюзи

По своему усмотрению можете добавить на модель различные конструктивные элементы (отверстия, буртики и т. п.).

У листовых моделей есть одна очень интересная возможность: поскольку большинство элементов модели получено с помощью гибки, то саму деталь можно разогнуть, то есть получить модель листа, из которого деталь изготовлялась (так называемую развертку).

Предварительно необходимо задать параметры развертки: грань, которая будет оставаться неподвижной при развертывании детали, а также сгибы, которые следует разгибать (по умолчанию разгибаются все сгибы в модели). Для этого нажмите кнопку Параметры развертки на панели инструментов Элементы листового тела, а затем укажите неподвижную грань. В качестве этой грани следует принять одну из граней первой операции листового тела (ту, с которой начиналось построение). Сгибы выбирать не надо, так как нам необходима полная развертка, а именно ее система и предлагает по умолчанию. Нажмите кнопку Создать объект, чтобы окончательно установить параметры развертки.

После этого на панели Элементы листового тела станет доступной кнопка Развертка. Нажмите ее, и вы получите лист металла, из которого была сделана корпусная деталь (рис. 3.161).

Рис. 3.161. Листовая модель и ее развертка

Примечание

В развернутом состоянии с листовой моделью нельзя выполнять формообразующие операции или создавать на ней вспомогательные объекты.

Файл данной модели Корпус (листовой металл).m3d находится на прилагаемом к книге компакт-диске в папке Examples\Глава 3. Однако учтите, что этот файл можно будет открыть только в КОМПАС-3D не ниже версии V8, поскольку в более ранних версиях функционал редактора листовых моделей был значительно слабее.

Этот пример не имеет никакого отношения к машиностроению, но создание такого объекта часто обсуждалось на различных интернет-форумах, посвященных САПР и моделированию в машиностроении. Вообще, вопрос создания всевозможных декоративных элементов, в частности объемного текста, остро стоит для всех систем твердотельного моделирования, не только для КОМПАС-3D.

Пример специально размещен в конце главы, поскольку в нем показан принцип комбинирования абсолютно разных по назначению команд, а именно совместного использования команд построения листовых элементов и базовых формообразующих операций.

Итак, рассмотрим, как средствами только твердотельного моделирования построить выпуклый текст на цилиндрической поверхности.

1. Откройте новый документ-деталь и сразу сохраните его на диск под именем Текст на цилиндре.m3d.

2. На плоскости XY постройте эскиз, содержащий прямоугольник размером 100 ? 336 мм, левый нижний угол которого разместите в точке начала координат эскиза. Перейдите на панель Элементы листового тела и нажмите кнопку Листовое тело. Толщину листа задайте равной 1 мм и создайте объект.

3. Выделите в модели верхнюю грань листового тела и запустите процесс построения эскиза. Активизируйте панель Обозначения и нажмите единственную активную на ней команду Текст. Укажите точку привязки текста ближе к левой вертикальной стороне прямоугольника и приблизительно посредине между верхней и нижней сторонами. В параметрах текста выберите шрифт Times New Roman, отмените курсивное отображение символов, щелкнув на нажатой кнопке Курсив, и установите размер шрифта с помощью параметра Высота символов равным 10 пт. В текстовом поле введите фразу КОМПАС-3D, после чего создайте текст (кнопка Создать объект на панели специального управления).

4. Нажмите кнопку Преобразовать в NURBS на панели Редактирование. Щелкните на тексте, чтобы преобразовать его в набор NURBS-кривых. Завершите выполнение команды.

5. Поскольку над эскизом предполагается выполнять вырезание выдавливанием, необходимо, чтобы в результате операции листовое тело не было разделено на несколько частей (а такое может быть, например, на буквах О, А, D и пр.). По этой причине изображение эскиза следует отредактировать так, чтобы «проблемные» места в буквах были соединены с остальной частью листа маленькой перемычкой. Готовый эскиз после редактирования показан на рис. 3.162.

Рис. 3.162. Эскиз текста для вырезания после редактирования «проблемных» букв

6. Примените к данному эскизу команду Вырезать выдавливанием. Установите прямое направление вырезания, а способ выдавливания – Через все.

7. Теперь создайте эскиз на нижней грани листового тела. В эскизе постройте единственный вертикальный отрезок так, чтобы его концы выходили за пределы листового тела, а сам он размещался перед началом вырезанной надписи.

8. Завершите редактирование эскиза и вызовите команду Сгиб по линии панели инструментов Элементы листового тела. По очереди в модели укажите ребро (отрезок в только что построенном эскизе) и грань для сгиба (грань, в котором лежит эскиз ребра). Остальные параметры настройте следующим образом:

· направление сгиба – прямое;

· неподвижная сторона – Сторона 1;

· угол сгиба – 180°;

· радиус сгиба – 50 мм;

· способ сгиба – по линии сгиба.

Создайте операцию. В результате получится объект, показанный на рис. 3.163. Отключите видимость эскиза, содержащего отрезок-ребро операции сгиба.

Рис. 3.163. Выполнение операции Сгиб по линии

9. В плоскости ZX сформируйте эскиз, содержащий окружность с центром, совпадающим с осью полученной цилиндрической поверхности сгиба и радиусом 51 мм (1 мм добавляется с учетом толщины листовой детали, чтобы полностью закрыть вырезы букв). Выдавите этот эскиз в прямом направлении на величину 100 мм. Обратите внимание: при выдавливании на вкладке Результат операции панели свойств необходимо нажать кнопку Новое тело! В результате вы получите в модели два пересекающихся тела: выдавленный цилиндр и согнутый лист с вырезом надписи.

10. Вызовите команду Булева операция. В качестве исходных тел по очереди укажите в окне модели цилиндр и листовое тело (не изменяйте порядок!). В группе кнопок Результат операции нажмите кнопку-переключатель Вычитание. Из тела цилиндра будет вычтено листовое тело (рис. 3.164).

Рис. 3.164. Результат выполнения булевой операции

11. Пока цилиндр имеет не совсем правильную форму, потому что его радиус 51 мм, а радиус внутренней поверхности согнутого листа был 50 мм. Чтобы выровнять радиус, постройте эскиз на верхней плоской грани полученного объекта. В эскизе необходимо создать две дуги радиусом 50 и 60 мм каждая, с начальным углом 90° и конечным углом 270°, а также два отрезка, соединяющих ближайшие концы дуг (рис. 3.165).

Рис. 3.165. Эскиз для выравнивания радиуса цилиндра

12. Выполните команду Вырезать выдавливанием в прямом направлении через всю модель. Можете сформировать скругления на верхней и нижней гранях объекта. Текст на цилиндрической поверхности создан (рис. 3.166).

Рис. 3.166. Текст на цилиндрической поверхности

Файл данной модели Текст на цилиндре.m3d находится на прилагаемом к книге компакт-диске в папке Examples\Глава 3.

Возможность проставления размеров и обозначений в трехмерной модели является новой для КОМПАС, поэтому мы обязательно должны уделить ей внимание. Рассмотрим процесс добавления различных размеров на типичном примере – трехмерной модели детали ведомого вала, которую мы ранее создали при разработке модели редуктора. При желании вы также можете загрузить эту модель из папки Examples\Глава 3\Редуктор цилиндрический прилагаемого к книге компакт-диска.

Команды для построения размеров и обозначений собраны на панели инструментов Элементы оформления (рис. 3.167), которая находится на компактной панели инструментов.

Рис. 3.167. Панель инструментов Элементы оформления

Начнем с того, что поставим диаметральные размеры всех участков вала.

1. Загрузите ранее созданную модель вала, сделайте активной панель Элементы оформления на компактной панели инструментов и вызовите команду Диаметральный размер

2. Щелкните на цилиндрическом участке выходной части вала. На панели свойств вы можете настроить текст размерной надписи, форму и размещение стрелок точно так же, как это делается при создании размеров на чертеже. Перейдите на вкладку Параметры, после чего в раскрывающемся списке Размещение текста выберите пункт Ручное. Теперь вручную отредактируйте размещение размерной надписи так, чтобы ее было видно (ее необходимо вытащить из тела вала). После этого достаточно щелкнуть на кнопке Создать объект (рис. 2.168). Обратите внимание, что после выполнения операции в дереве построения появился новый элемент, отвечающий только что созданному размеру.

Рис. 3.168. Проставление диаметрального размера на модели вала

3. Используя ту же команду и описанный порядок действий, создайте аналогичные размеры для остальных участков вала (рис. 3.169).

Рис. 3.169. Диаметральные размеры на валу

Совет

Вы можете создавать несколько размеров одного типа за один вызов соответствующей команды. Для завершения работы команды вы можете воспользоваться кнопкой Прервать команду или клавишей Esc.

4. Далее приступим к указанию длин каждой из ступеней вала. Для этого вызовите команду Линейный размер

Затем щелкните кнопкой мыши сначала на внешнем ребре фаски крайнего участка вала, а потом на ребре над выступом следующего участка. Таким образом вы зададите расстояние, для которого будет проставлен размер.

5. После этого необходимо указать плоскость для простановки размера. Проще всего это сделать в дереве построения. Если у вас такая же ориентация вала в пространстве, как и та, которая была изначально выбрана при выполнении модели вала, то это будет ортогональная плоскость XOY (рис. 3.170).

Рис. 3.170. Выбор плоскости для простановки линейного размера

6. При желании можете отредактировать состав размерной надписи, добавив в нее квалитет или допуски. Для завершения построения воспользуйтесь кнопкой Создать объект (рис. 3.171).

Рис. 3.171. Линейный размер на трехмерной модели вала

7. Самостоятельно постройте размеры для остальных участков. Как и в случае с диаметральным размером, для этого достаточно всего один раз вызвать команду Линейный размер, после чего лишь указывать размеры отдельных участков (рис. 3.172).

Рис. 3.172. Линейные 3D-размеры всех участков вала

Примечание

При работе в одном сеансе вызова команды построения трехмерного размера есть одно большое преимущество: отдельные параметры не приходится задавать дважды. Например, при построении ряда линейных размеров один раз заданная плоскость размещения размера будет автоматически устанавливаться для всех последующих размеров в этом сеансе работы с командой. При желании вы, конечно, сможете изменить плоскость.

Файл данной модели Вал ведомый (размеры).m3d находится на прилагаемом к книге компакт-диске в папке Examples\Глава 3.

В данной главе мы рассмотрели трехмерное моделирование в среде КОМПАС-3D V10. Как и в предыдущей главе, сначала были приведен теоретический материал, после которого было описано большое количество практических примеров, позволяющих основательно закрепить теоретический материал и получить хорошие навыки проектирования.

В теоретическом разделе были освещены характерные аспекты твердотельного моделирования, а также особенности их реализации в трехмерном редакторе КОМПАС. Особенное внимание было уделено отличиям последней версии программы от более ранних. В этом разделе кратко описаны большинство команд для построения формообразующих операций и вспомогательных объектов, рассказано о свойствах трехмерных объектов и методах управления ими, достаточно подробно описаны принципы построения деталей и сборок (использование сопряжений), а также вкратце затронуто параметрическое моделирование и использование переменных в моделях системы КОМПАС.

Практическая часть данной главы состоит из двух разделов. В первом из них описано построение полной трехмерной модели (сборки) одноступенчатого цилиндрического редуктора, который мы вычертили в гл. 2. Сначала рассматривается процесс построения каждой отдельной детали (при этом излагается методика построения венцов зубчатых колес, которая очень важна на практике, а также описывается весь процесс разработки 3D-моделей сложных корпусных деталей), затем – порядок создания сборки и размещения в ней отдельных деталей. Второй практический раздел содержит интересные примеры, с которыми я сталкивался в своей практике. В частности, рассмотрен процесс создания трехмерных моделей пружины растяжения и кольцевой пружины, червяка, червячного колеса и сборки их в червячную передачу, построение корпусной детали средствами только редактора листовых моделей и оригинальный пример размещения выпуклого текста на цилиндрической поверхности. Перед началом практической части также изложены общие рекомендации по построению трехмерных моделей, которые помогут сделать ваше проектирование в КОМПАС-3D более легким, быстрым и точным.