КОМПАС-3D V10 на 100%
.pdfДанная 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 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 nст – 8;
•количество заходов червяка zч – 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 zк – 50;
•межосевое расстояние передачи aω – 240 мм;
•делительный диаметр колеса dк – 400 мм;
•делительный диаметр червяка dч – 80 мм;
•ширина зубчатого венца колеса bк – 72 мм;
•длина нарезной части червяка bч – 112 мм;
•угол подъема линии витка γ – 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 (dч + 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 = πm, 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 валачервяка (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 = π 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).