Автоматизированное проектирование

С развитием новых технологий предъявляются более жесткие требования к квалификации инженера-конструктора. Давно остались в прошлом те времена, когда все конструкторские расчеты, чертежи и прочая документация выполнялись вручную, а главными инструментами проектировщика были арифмометр, карандаш и кульман. Точность таких расчетов, чертежей и документации зависела от многих субъективных факторов, таких как тщательность выполнения графического изображения, квалификация проектировщика и пр. Такие чертежи практически невозможно было редактировать. В результате проектируемый объект чаще всего был далек от совершенства.

За два последних десятилетия информационные технологии коренным образом изменили принципы и базу конструирования, ускорив при этом процесс разработки изделия, повысив его точность и надежность в десятки раз! Бытует ошибочное мнение, что графические и расчетные системы – это всего лишь цифровая замена проектирования вручную. Хотя в самом начале, конечно, так и было. Первые версии западных программ для работы с инженерной двухмерной графикой были не чем иным, как электронным вариантом карандаша и кульмана. Однако благодаря высоким технологиям сфера конструирования развивалась, в результате чего появилась самостоятельная отрасль – автоматизированное проектирование. Постепенно в графических редакторах стало возможно повторно использовать ранее спроектированные изделия, легко и быстро создавать типовые элементы и их параметрические библиотеки, самостоятельно оформлять чертежи, автоматизировать создание спецификаций и прочей документации.

Переворотом в промышленном проектировании стало применение в конструировании трехмерной графики. Сначала в строительстве, потом в тяжелом машиностроении, а за ними и в других отраслях начали активно искать применение возможностям объемной компьютерной графики. Нельзя сказать, что переход на трехмерную графику был безболезненным. Во-первых, из-за требований стандартов (ГОСТ, СНИП и т. п.), касающихся только плоской графики, и, во-вторых, из-за негибкости мышления многих инженеров, упрямо отталкивающих все новое. Однако другого пути не было.

Проектная организация, активно использующая современные системы автоматизированного проектирования (САПР) и расчетные комплексы, успевала выполнить и представить несколько полноценных решений (!) определенного проекта, тогда как за то же время другая организация, не применяющая САПР, едва ли успевала подготовить один эскизный проект. Кроме лучшего визуального представления проектируемых изделий 3D-графика на порядок повышает точность проектирования особенно сложных (составных) объектов, позволяет легко редактировать трехмерную модель. Ассоциативная связь, устанавливаемая в инженерных 3D-системах между моделью изделия, его чертежами, а также документацией на изделие (например, спецификацией), позволяет при внесении изменений в 3D-модель автоматически отобразить все эти изменения в других документах, связанных с моделью. Именно таким путем и достигается экономия времени и затрат труда на проектирование. Дальнейшее развитие САПР дало возможность собрать воедино все данные о проектируемом объекте в системах управления жизненным циклом и инженерными данными, а также гибко управлять этими данными в зависимости от потребностей каждого конкретного предприятия.

Другой ветвью развития компьютерных систем для проектирования являются инженерные расчеты. Этот класс программ начал бурно развиваться с появлением 3D-графики в конструировании. Трехмерное представление напряжений от действующих нагрузок, трехмерное распределение (поле) температур, прочностной, кинематический, динамический анализ и многое другое стали доступны инженеру.

На сегодня все существующие программные пакеты, которые предназначены для инженерного моделирования, можно разделить на три категории:

ü Системы тяжелого класса. Они содержат мощные гибридные трехмерные редакторы (такие, в которых реализовано как твердотельное, так и поверхностное моделирование), а также встроенные функции для различных инженерных расчетов. Это системы класса Pro\ENGINEER, CATIA и пр.

ü Системы среднего класса. Такие системы с наиболее распространены и популярны. Они позволяют решать большинство задач проектирования на основе, как правило, твердотельного моделирования, при этом уделяют немало внимания и плоскому черчению. Могут иметь небольшие модули, решающие типовые расчетные задачи. Сравнительно недорогие, легкие в освоении, ориентированы на пользователя (т.е. на обычного инженера) и не столь требовательны к аппаратным средствам, как системы тяжелого класса. К этим системам можно отнести Autodesk Inventor, SolidWorks, Solid Edge, APM WinMachine и т. д.

ü Узкоспециализированные модули. Это, как правило, небольшие программы, автоматизирующие решение нетипичной узкопрофильной задачи конкретной отрасли промышленности или человеческой деятельности. Эти приложения могут как быть самостоятельными, так и базироваться на каких-либо программных пакетах тяжелого или среднего классов (так называемые подключаемые модули или библиотеки).

3.9.1. САПР КОМПАС-3D

В области инженерного проектирования среди систем среднего класса есть представители не только западных IT-компаний, например российская система трехмерного твердотельного моделирования KOMПAC-3D. За последние несколько лет KOMПAC-3D из плоского чертежного редактора преобразован в многофункциональную систему 3D-CAD с собственным математическим ядром.

Достоинством этой программы является поддержка как западных, так и отечественных стандартов выполнения чертежей и подготовки документации. Кроме того, собственные ноу-хау в сфере трехмерного моделирования, удобный чертежно-графический редактор, большое количество вспомогательных приложений могут сделать ваше проектирование не только быстрым и точным, но и приятным.

Любой современный графический редактор обладает достаточно сложным интерфейсом. Как правило, конструкторские системы, представленные сегодня на рынке САПР, развиваются уже не один год. Они успели за это время накопить множество различных функций, вспомогательных команд, мастеров, подключаемых модулей, библиотек и пр. Поэтому наряду с функционалом CAD-системы, огромное значение имеет удобство ее интерфейса (во многом именно это определяет популярность самой системы на рынке). Основательное изучение особенностей интерфейса способствует более быстрому приобретению опыта и хороших навыков в работе с системой, что в конечном счете ведет к увеличению скорости и улучшению качества проектирования. Аргументом в пользу изучения интерфейса является и то, что при богатом функционале пользователь может просто не догадываться об отдельных возможностях системы. Большинство проблем, возникающих во время работы, связано не с недостатками графического редактора, а с нежеланием разбираться в предоставляемых программой возможностях.

Пользовательский интерфейс (User Interface, UI) – это набор стандартных и специальных элементов управления Windows (кнопки, переключатели, поля ввода, списки, статический текст, изображения и пр.), с помощью которых осуществляется интерактивное взаимодействие экземпляра приложения (Application) непосредственно с пользователем. Среди многих как российских, так и зарубежных конструкторских систем, предназначенных для трехмерного твердотельного моделирования, по удобству пользования и легкости в освоении КОМПАС считается одной из лучших.

KOMПAC-3D − это приложение многодокументного интерфейса (Multiple Document Interface, MDI). Это означает, что приложения MDI позволяют открывать несколько файлов (документов) одновременно, а также использовать для отображения данных одного документа несколько представлений (отдельных окон). Таким образом, при выполнении сложных проектов можно одновременно работать с несколькими документами в одном сеансе.

Существенной особенностью таких приложений является поддержка файлов различных типов. Это означает, что в рамках одного и того же программного пакета вы можете работать с разными документами, представленными файлами разных форматов (например, файлам чертежей соответствуют документы KOMПAC-3D − КОМПАС-Чертеж и КОМПАС-Фрагмент, а файлам 3D-моделей − КОМПАС-Деталь и КОМПАС-Сборка).

Фактически, большинство наиболее популярных современных приложений создано на базе интерфейса MDI, обеспечивающего пользователю наибольшую гибкость в представлении данных и удобство в работе с документами.

Программный пакет KOMПAC-3D можно условно разделить на три большие составляющие:

ü КОМПАС-3D – модуль для работы с трехмерными моделями;

ü КОМПАС-График – чертежно-графический редактор;

ü редактор спецификаций и текстовых документов.

Каждой составляющей соответствуют свои типы файлов, а каждому типу файлов − отдельный значок и собственное расширение.

3.9.2. САПР АПМ WinMachine

Система APM DOCs представляет собой инструмент для автоматизации работ с конструкторской документацией. Операционными системами, поддерживающей эту среду, являются MS Windows 9.х,Win2k\XP.

Данная система позволяет осуществить автоматизацию работы с конструкторской документацией на разных этапах работы с ней. Основным результатом работы с системой является создание проекта, представляющего собой отображение структуры того или иного изделия на основе имеющихся конструкторских документов, для последующей работы с ним.

Очевидным плюсом системы является возможность осуществить автоматическую генерацию спецификации на чертежи, полученные в системе APM Graph. Полученные спецификации сохраняются в формате APM Graph (*.agr).

На основе полученных спецификаций ведется построение проекта, отображением которого является структура типа дерево, полученная руководствуясь связью накладываемой структурой изделия. Каждый элемент полученного дерева представляет собой либо деталь, либо сборку, либо стандартное изделие и может хранить соответствующую только ему информацию либо присоединенный внешний файл. Вся информация, хранящаяся в проекте, хранится в базе данных проекта и может быть просмотрена из системы по запросу пользователя. Полученный файл проекта сохраняется на жестком диске в формате используемой системы управления базой данных.

Каждому типу элементов можно поставить в соответствие набор атрибутов (число, текст, бинарные данные и т.п.). Атрибут – характеристика элемента, которая, в общем случае, не является необходимой для работы со спецификациями, но предоставляет широкие возможности для работы с дополнительной конструкторской, экономической и иной документацией.

Работа с атрибутами предоставляет широкие возможности работы с конструкторскими данными и позволяет настроить проект в соответствие с необходимыми задачами и требованиями.

Проект APM DOCsпозволяет получить полное представление о ведущемся конструкторском проекте и может просматриваться по сети при наличии на удаленной машине системы APM DOCs.

Система имеет свой файловый менеджер для работы с файлами APM WinMachine.

Модуль АРМ Dataпредназначен для обеспечения системы Machineнеобходимой для ее функционирования информацией. АРМ Dataпредставляет собой программу ведения справочников различных деталей машин. Все модули системы APM-Machineиспользуют единую базу данных (БД), редактирование которой производиться из АРМ Data. Информацией из БД затем пользуются остальные модули системы в процессе расчетов или для выбора исходных данных.

Содержимое БД системы APM-WinMachine состоит из следующих разделов:

ü общее;

ü соединения;

ü передачи;

ü винтовые передачи;

ü подшипники;

ü пружины;

ü масла.

Система APM Graph представляет собой инструмент для автоматизации графических работ. Он создан под операционную систему MS Windows 95 и выше и по замыслу коллектива разработчиков ориентирован на выполнение чертежных и графических работ, возникающих при проектировании объектов в машиностроении, строительстве, электротехнике, электронике и других областях. APM Graph позволяет также редактировать и дополнять графические объекты, выполненные другими графическими средствами.

APM Graph представляет собой инструмент, который можно эффективно применять для создания геометрических объектов и моделей с целью их дальнейшего использования в подсистемах APM WinMachine. Кроме того, графическая система может работать самостоятельно, и в этой связи ее можно рассматривать как программный продукт, который можно эффективно использовать индивидуально.

С помощью этого инструмента можно выполнить графическую часть любого без исключения проекта, например машины, здания, земельного участка, размещения трубопроводов и т. п. Он может быть применен, например, для создания геометрических объектов с целью их конечно-элементного анализа и для многих других целей.

Для эффективной работы системы рекомендуется использовать набор геометрических библиотек, как прилагаемых к ней, так и разработанных дополнительно пользователем.

Рисунки в системе APM Graph создаются из набора графических примитивов. Примитивы − это отрезок прямой линии, окружность, дуга, сплайн, строка текста и т.п. Примитив можно задать, используя мышь, либо с клавиатуры. Работа с геометрическими примитивами интуитивно понятна и проста. Она подробно описана в справочнике команд. Кроме того, в системе присутствуют контекстные подсказки, которые позволяют неподготовленному пользователю ориентироваться при работе с программой.

Кроме общих графических процедур в систему включены некоторые библиотеки ряда специальных символов, позволяющие облегчить работу при проектировании. Для эффективной работы в графической среде имеется набор процедур, ставший уже традиционным для большинства подобных систем, а именно:

ü работа со слоями;

ü работа с блоками;

ü экспорт, импорт графических объектов и т.п.

APM Graph работает со стандартными периферийными устройствами, которые поддерживает операционная среда (мышь, принтер, плоттер...).

Описание геометрического объекта, созданного в системе APM Graph, хранится в файле специального формата. Для обмена графической информацией с другими геометрическими редакторами используется Drawing Interchange Format (dxf-формат), который понимается большинством из существующих в настоящее время плоских графических систем.

Модуль APM Driveпредставляет собой инструмент для комплексного расчета и проектирования привода вращательного движения произвольной структуры. С помощьюAPM Driveможно получить геометрические размеры зубчатых и червячных колес, а также подходящие размеры подшипников качения и валов. Процедура вычислений выполняется автоматически. При этом корректировка конструкции в зависимости от полученных промежуточных результатов осуществляется в интерактивном режиме.

Необходимую информацию для расчета и проектирования приводов вращательного движения следует задать, используя встроенный «редактор задания» произвольных кинематических схем. Он организован таким образом, что формирование кинематических схем обеспечивается использованием примитивов, из которых собирается кинематическая цепь произвольной структуры. Этот редактор предназначен также для ввода исходных данных, необходимых для выполнения проектировочного расчета как привода в целом, так отдельных его элементов.

Эти примитивы редактора можно условно разделить на три группы:

ü подшипников качения;

ü передач вращательного движения;

ü вспомогательных элементов кинематических схем.

Все кнопки вызова соответствующих примитивов имеют всплывающие подсказки, поэтому проблемы выбора соответствующего примитива нет.

В группу подшипников качения включены следующие типы шариковых и роликовых подшипников:

ü шариковые радиальные;

ü шариковые радиальные сферические;

ü шариковые радиально-упорные;

ü шариковые упорные;

ü роликовые радиальные однорядные;

ü роликовые радиальные двухрядные сферические;

ü роликовые радиально-упорные конические;

ü роликовые упорные.

В группу передач отнесены передачи вращения следующих типов:

ü цилиндрические прямозубые наружного зацепления;

ü цилиндрические с косым зубом наружного зацепления;

ü шевронные передачи;

ü цилиндрические передачи прямозубые внутреннего зацепления;

ü конические с прямым зубом;

ü конические с круговым зубом;

ü червячные.

Группа вспомогательных элементов кинематических схем включает следующие элементы:

ü валы вертикальные и горизонтальные (такая формулировка отражает их расположение на экране монитора);

ü точки входа и выхода кинематической цепи;

ü элементы определения соосных и несоосных схем.

Модуль АРМ Transпредназначен для проектирования и расчета механических передач вращения. С помощью АРМ Transможно рассчитать следующие характеристики передач вращения:

ü геометрические параметры передач;

ü силы, действующие в передаче;

ü долговечность;

ü максимальную допустимую нагрузку;

ü параметры контроля.

Система позволяет рассчитать и спроектировать восемь наиболее часто используемых типов передач вращения:

ü прямозубые передачи внешнего и внутреннего зацепления;

ü косозубые передачи;

ü шевронные передачи;

ü конические передачи с круговым и прямым зубом;

ü червячные передачи;

ü плоскоременные передачи;

ü клиноременные передачи;

ü цепные передачи.

Система позволяет получить рабочие чертежи составляющих элементов передач в формате DXF.

АРМ Shaft представляет собой программу для расчета и проектирования валов и осей, разработанную в НТЦ «Автоматизированное проектирование машин».

С помощью APM Shaftможно рассчитать следующие параметры:

ü реакции в опорах валов;

ü распределение моментов и углов изгиба;

ü распределение моментов и углов кручения;

ü распределение деформаций;

ü распределение напряжений;

ü распределение коэффициента запаса усталостной прочности;

ü распределение поперечных сил;

ü собственные частоты и собственные формы вала.

APM Bear представляет собой систему расчета параметров неидеальных подшипников качения, разработанную в Центре научного и программного обеспечения «Автоматизированное проектирование машин».

С помощью APM Bearмогут быть рассчитаны:

ü перемещения в подшипниках качения;

ü наибольшие контактные напряжения;

ü долговечность;

ü силы, действующие на тела качения;

ü моменты трения;

ü потери мощности;

ü тепловыделение в подшипнике.

Расчеты могут быть выполнены для подшипников восьми типов:

ü шариковых радиальных;

ü шариковых сферических;

ü шариковых радиально-упорных;

ü шариковых упорных;

ü роликовых радиальных;

ü роликовых сферических;

ü роликовых радиально-упорных;

ü роликовых упорных.

Рассмотрим процедуру установки подшипника.

Необходимо построить изображение радиально-упорного однорядного подшипника 40209 ГОСТ 831-75, который при установке «враспор» должен крепиться на валу (посадочный размер Ǿ=45 мм), упираясь внутренним кольцом в разбрызгиватель.

Последовательность операций при создании изображения подшипника следующая.

В меню «Сервис» вызовите «Менеджер библиотек». В появившемся диалоговом окне выберите библиотеку «Машиностроение». После этого в развернувшихся разделах библиотеки откройте «Конструкторскую библиотеку». Откроется следующее окно, в котором необходимо в разделе «Подшипники» открыть подраздел «Подшипники шариковые» и раскрыть страницу «Подшипники ГОСТ 831 − 75». В привой части окна появится рисунок шарикового радиально-упорного однорядного подшипника с обозначением основных размеров D, d, В.

Система перенесет изображение выбранного подшипника на рабочее поле чертежа в виде фантома (рис.3.13). Предварительно с целью точного по­зиционировании переносимого объекта постройте вспомогательную верти­кальную прямую, отступив от торцовой части разбрызгивателя на расстояние, равное ширине подшипника (19 мм).

С помощью мыши переместите фантом изображения подшипника на свое место, используя в качестве привязки точку пересечения вспомогатель­ной прямой с осью червяка. Для закрепления изображения подшипника дважды щелкните левой клавишей мыши. Перед вторым щелчком система позволяет устанавливать угол наклона оси подшипника (рис.3.13).

После того как на сборочном чертеже построено изображение вала, его выделяют рамкой и объединяют в макроэлемент с помощью команды «Операции» – «Объединить в макроэлемент». В этом случае изображение вала без «захватывания» геометрических примитивов сопрягаемых деталей легко выделяется на сборочном чертеже как целый объект и переносится в другой документ с минимальной коррекцией.

Рис.3.13. Установка подшипника

Система проектирования спецификаций КОМПАС-ГРАФИК следит за согласованием номеров позиций в спецификации и на сборочном чертеже дублирует информацию из штампов чертежей, поддерживает требования стандартов по последовательности создания соответствующих разделов.

Спецификации можно создавать как в ручном, так и в полуавтоматическом режимах с помощью буфера обмена. Буфер обмена – это временный файл на жестком диске, в который можно поместить любые объекты (изображения, тексты и таблицы) из одного документа, а затем вставить их в необходимую точку другого документа. Через буфер обмена можно переносить как простые фрагменты, так и целые чертежи.

Вопросы для самопроверки

1. Какие виды повреждений наблюдаются в передачах зубчатыми колесами?

2. Как оцениваются скорости скольжения и силы трения в зацеплении прямозубых зубчатых колес?

3. Какие допущения приняты при расчете зубчатых передач на изгибную прочность?

4. По какому критерию определяют работоспособное состояние радиального подшипника скольжения при жидкостной смазке?

5. Какие факторы определяют долговечность подшипников качения?

Поиск по сайту: