Трёхмерное моделирование

Загрузить в сборку данные только одной конкретной Детали можно при помощи команды контекстного меню «Обновить».

Сопряжения и степени свободы

При проектировании твердотельных сборочных моделей в T-FLEX CAD часто возникает необходимость задания взаимного расположения деталей, которая не всегда может быть решена только при помощи традиционного для T-FLEX CAD способа привязки с использованием локальных систем координат (ЛСК). Это связано с тем, что изменение расположения деталей должно быть взаимным. Одна деталь может иметь одновременно несколько контактов с другими подвижными деталями. При использовании подхода с использованием ЛСК в таких случаях может возникать рекурсия (зависимость от самого себя) в задании связей. Подобные задачи возникают, например, при создании моделей механических систем (механизмов). Для решения таких задач существуют сопряжения – элементы системы, позволяющие назначить различные связи на геометрические объекты двух операций-компонентов (3D точки, оси, кривые, плоскости и поверхности).

Модель механизма, спроектированную при помощи сопряжений, можно заставить двигаться в специальной команде, перемещая её детали с помощью курсора.

Для привязки 3D фрагментов по ЛСК можно задать дополнительные условия в виде разрешенных степеней свободы. Если впоследствии такой 3D фрагмент привязать в сборке при помощи ЛСК к

562

3D Сборки

другому сопряженному элементу, то он будет включен в расчет сопряженного механизма. Метод позиционирования деталей сборки при помощи сопряжений следует использовать как дополнительный способ привязки, совместно с использованием привязки по локальным системам координат. Использование сопряжений требует дополнительных вычислительных ресурсов компьютера для поисков решений. В связи с этим прибегать к использованию сопряжений рекомендуется, когда другие способы для решения упомянутых задач по тем или иным причинам не подходят.

Что такое сопряжение?

Инструмент «Сопряжений» предназначен для взаимной привязки элементов сборочной модели. Он позволяет располагать их в соответствии с заданными геометрическими условиями. Эти условия задают взаимное расположение объектов трёхмерной модели (граней, рёбер, вершин, характерных точек, осей поверхностей вращения и т.д.) друг относительно друга. Система автоматически решает заданный набор сопряжений и находит расположение объектов, удовлетворяющее заданным условиям. Сопряжения позволяют точно расположить детали проектируемого механизма относительно друг друга. Они позволяют заложить в модель механизма определённые свойства, определить, как его компоненты перемещаются и вращаются относительно других деталей. Для более точного задания ограничений одного элемента сборки относительно другого можно использовать комбинацию различных сопряжений. Отношение между двумя компонентами является ассоциативным. Если переместить одну деталь, то другая деталь переместится вместе с ней. Например, если винт привязан к отверстию, то при перемещении отверстия винт также будет перемещаться.

Сопряжения накладываются на пару геометрических объектов. Они либо связывают между собой два компонента, либо привязывают одно тело к внешней среде (закреплённому объекту). Закреплённым объектом называется такой объект, у которого ограничены все степени свободы, или его положение в пространстве остаётся постоянным. Рекомендуется, чтобы, по крайней мере, один компонент механизма был зафиксирован в пространстве. Это создаёт «опору» для всех других сопряжённых деталей и может предотвратить неожиданное перемещение компонентов механизма.

Каждое сопряжение является объектом модели, занимающим своё место в её структуре. Как полноценный объект системы сопряжение имеет имя, рабочие свойства, отображается в структуре 3D модели. Пользователь может гасить часть сопряжений, чтобы на время исключать их из общего решения. Это позволяет экспериментировать с различными типами сопряжений без переопределения взаимосвязей механизма.

Типы сопряжений

При создании геометрических связей в виде сопряжений можно использовать только такие геометрические понятия, как 3D точка, ось, кривая, плоскость, поверхность. Для выбора геометрических данных пользователь указывает топологические элементы модели или элементы построения. Использование 3D элементов построения возможно при условии, что они построены на основе тела операции. В ином случае второй компонент окажется привязанным к неподвижной среде.

При привязке к элементам построения теряется возможность динамического перемещения данного соединения в сопряженном механизме, поэтому по возможности лучше использовать топологические элементы модели (вершины, ребра, грани и т.д.)

При создании сопряжений важно понимать отличие геометрических данных, используемых в сопряжениях, от топологических объектов, используемых при выборе. Например, плоская грань

563

Трёхмерное моделирование

имеет границы, а плоскость, которая используется в сопряжении – бесконечна. Поэтому созданная геометрическая связь на основе плоской грани будет действовать и за пределами этой грани.

Совпадение

Данный тип сопряжения обеспечивает постоянное полное совпадение одного геометрического объекта с другим. Количество оставшихся степеней свободы зависит от вида геометрии сочетаемых объектов. Например, совмещение двух точек создаст сферический шарнир, у которого заблокировано любое перемещение и разрешен любой поворот. Совмещение точки с кривой позволит элементам не только поворачиваться, но и перемещаться вдоль кривой. В следующей таблице приведены возможные сочетания геометрических элементов при создании совпадения:

Точка может лежать на любом геометрическом объекте. Если выбраны две плоские грани, то они будут лежать в одной плоскости. Совпадение оси и плоскости обеспечит положение оси в плоскости грани. Условие совпадения точки и твёрдого тела обеспечит постоянное положение точки на его поверхности.

При помощи совпадения в сочетании с другими типами сопряжений можно имитировать различные механические соединения. Например, совпадением пары 3D точек можно создать сферический шарнир.

Параллельность, перпендикулярность

Эти типы сопряжений представляют собой частный случай сопряжения типа «угол». Они обеспечивают взаимную параллельность и перпендикулярность выбранных геометрических объектов. В следующей таблице приведены возможные сочетания геометрических элементов при создании сопряжений параллельности или перпендикулярности:

564

3D Сборки

Касание

Касание обеспечивает постоянный физический контакт между двумя геометрическими объектами. В зависимости от типа геометрии взаимодействующих объектов контакт может осуществляться в одной точке (например, плоскость и сфера) или вдоль прямой (плоскость и цилиндр). Данный тип сопряжения можно установить между двумя плоскостями, плоскостью и поверхностью, двумя поверхностями. Касание любого тела с поверхностью работает только для сферической поверхности.

Иногда существует несколько вариантов решения стыковки выбранных объектов. Например, если выбрана плоскость и сфера, решением являются две точки касания. В случае неоднозначности система самостоятельно принимает решение. Как правило, в качестве решения выбирается ближайшая точка к текущему положению механизма. Для перехода в другую область решения при движении механизма используйте режим движения «перетаскивание» (см. ниже).

При неоднозначности решения рекомендуется перед созданием сопряжения переместить сопрягаемые компоненты в область требуемого результата. Части сопряженного механизма можно переместить в команде «Перемещение сопряженных элементов». Компоненты, не участвующие ранее в сопряжениях, можно передвинуть, используя команду «Преобразование».

565

Трёхмерное моделирование

Соосность

«Соосность» - это частный случай сопряжения типа «совпадение». Оно обеспечивает совпадение двух осей. Этот тип сопряжения является одним из наиболее часто используемых. Как правило, этот тип сопряжения задействуется в сочетании с другими типами. Например, для привязки осевой детали к отверстию часто используется совпадение (торцевых плоских граней) в сочетании с соосностью. Для задания соосности можно выбирать элементы модели, способные определить ось (поверхности вращения, эллиптические рёбра, прямые ребра и т.д.).

На иллюстрациях показана привязка частей условного гидроцилиндра при помощи соосности. Остальные части этого простого механизма сопряжены на локальных системах координат. Для наглядности некоторые детали механизма разрезаны по оси.

Расстояние

Сопряжение «расстояние» задаёт связь между двумя объектами, выполняя условие по сохранению заданного расстояния между двумя геометрическими объектами. Можно задать условия типа «не больше», «не меньше» или «равно» заданному значению.

В следующей таблице приведены возможные сочетания геометрических элементов при создании сопряжения «расстояние»:

Этот тип сопряжения, например, можно использовать для задания смещения объектов или для ограничения на взаимное проникновение граней. Для задания ограничения на взаимопроникновение

566

3D Сборки

граней деталей достаточно задать условие расстояния «не меньше» нуля. При этом могут получаться механизмы, работающие за счет физического взаимодействия (соударения) частей.

Продолжая пример с гидроцилиндром, покажем, как можно использовать сопряжение «расстояние». Созданный на предыдущем шаге механизм при некоторых движениях будет работать неправильно из-за того, что части гидроцилиндра могут проникать друг в друга. Эту проблему решает сопряжение «расстояние». Можно задать условие, что расстояние между соответствующими гранями поршня должно быть больше или равно нулю. При кинематическом перетаскивании сопряжений это даст правильную картину поведения механизма.

Угол

Данное сопряжение задаёт угловое расстояние между двумя геометрическими объектами. Угол разворота можно использовать для поворота стыкуемого компонента в нужную позицию. Как и в случае с «расстоянием», в данном типе сопряжения можно использовать условие. При задании такой связи, как правило, существует два или более решений.

В следующей таблице приведены возможные сочетания геометрических элементов при создании сопряжения «угол»:

Привязка 3D фрагмента по ЛСК

3D фрагмент, нанесенный на сборку с использованием локальных систем координат, тоже может участвовать в 3D модели, построенной на сопряжениях. Для определения поведения 3D фрагмента относительно ЛСК привязки в параметрах фрагмента задаются разрешенные степени свободы. Всего существует 6 степеней – по 3 на перемещения и на повороты относительно осей ЛСК. Можно также заранее задать степени свободы в параметрах исходной ЛСК, в файле фрагмента. При вставке 3D фрагмента условия со степенями свободы копируются в экземпляр 3D фрагмента и впоследствии учитываются при расчете комплекса сопряжений спроектированной сборочной 3D модели.

567