Трёхмерное моделирование

Если при создании 3D фрагмента целевая ЛСК не была указана, т.е. фрагмент был привязан «по умолчанию», то механизм степеней свободы будет к нему неприменим.

При проектировании целостных сборок-механизмов с использованием степеней свободы и сопряжений важно учитывать следующий момент. 3D фрагмент, который добавляется в сборку с привязкой по ЛСК, может быть либо связан с каким-нибудь компонентом сборки, либо – нет. В последнем случае поведение компонента при перемещении компонентов сборки может не соответствовать ожидаемому. Например, он останется на месте, когда окружающие его детали переместятся, или, наоборот, его перемещение не приведет к перемещению соседних деталей.

Для того чтобы 3D фрагмент оказался связанным с другим компонентом, необходимо, чтобы его целевая ЛСК привязки была построена на геометрических объектах этого компонента. Иначе он будет привязан к неподвижной среде.

Для создания сложных сборок в системе реализован механизм «Агрегатов». Данный механизм позволяет создавать сопряжения сначала в модели 3D фрагмента, которые впоследствии автоматически будут учитываться при работе такого 3D фрагмента в сборке.

Создание сопряжений

Для создания сопряжения используйте команду:

Для создания нового сопряжения нужно выполнить следующие действия: 1. Выбрать тип сопряжения.

2.Выбрать первый объект.

3.Выбрать второй объект.

4.Задать параметры выбранного типа сопряжения (при необходимости).

5.Подтвердить выбор.

Выбор типа сопряжения

Выбор типа сопряжения осуществляется в окне свойств. Для выбора нужно установить переключатель в соответствующую позицию.

Для сопряжений «Расстояние» и «Угол» можно сформировать условие по отношению к заданному значению. Если нажимать на кнопку перед числом, то на ней будет меняться знак условия.

Выбор элементов для сопряжения

Режимы выбора первого или второго геометрических объектов переключаются следующими опциями:

568

3D Сборки

<F> Выбор первого элемента

<S> Выбор второго элемента

После выбора первого элемента система автоматически включает опцию для выбора второго элемента. При необходимости вернуться к заданию первого элемента, включите соответствующий режим вручную.

В зависимости от типа создаваемого сопряжения допускается выбирать различные геометрические объекты. Настройка на выбор нужного типа геометрических данных осуществляется при помощи опций автоменю:

<V> Выбор точки

<C> Выбор кривой

<U> Выбор поверхности

<L> Выбор плоскости

<W> Выбор проволочного тела

<H> Выбор листового тела

<B> Выбор твёрдого тела

Для некоторых сопряжений часть опций может быть постоянно или временно недоступна (см. выше таблицы сочетаний). Каждая опция включает набор фильтров для выбора объектов, способных определить нужный геометрический элемент.

Выбранные объекты подсвечиваются. Также подсвечиваются и операции, на которых выбраны геометрические элементы. Одновременно система предлагает предварительный вариант решения сопряжения. Для этого она перемещает элементы для выполнения условий сопряжения. Если один или оба элемента уже имеют сопряжения с другими телами или неподвижное соединение с внешней средой, то новое решение рассчитывается с соблюдением всех ранее установленных ограничений.

Фиксация элемента сопряжения

При создании сопряжения можно зафиксировать в пространстве один из двух компонентов сопряжения. Фиксация производится нажатием на кнопку с изображением якоря в окне свойств.

После фиксации объект оказывается «замороженным» в 3D пространстве в текущем положении. На него не будут действовать новые преобразования и не повлияет изменение параметров существующих перемещений. В дереве модели перед именем зафиксированной операции отображается знак

«*».

569

Трёхмерное моделирование

Если выбрать в дереве модели зафиксированную операцию, то в контекстном меню будет команда

«Зафиксировать положение» с нажатой пиктограммой . Выбор этой команды позволит снять ограничение.

Дополнительные параметры сопряжений

Обратное направление. Данная опция разворачивает второй (или доступный подвижный) сопрягаемый компонент на 180 градусов или перемещает его в другую область решений.

Развернуть. Опция работает только при задании сопряжения типа «расстояние» между двумя плоскостями. В дополнение к предыдущей опции она позволяет изменить направление отсчета расстояния.

Предельное время расчёта – параметр, регулирующий количество шагов, которое разрешено затратить системе для поиска решения с заданной точностью. Этот ограничитель нужен для того, чтобы при случайной ошибке пользователя не допустить слишком долгих вычислений системы, которые возможны при поиске решений в сложных случаях. Параметр устанавливается при помощи регулятора.

Если при текущем количестве итераций решение не было найдено, то можно попробовать увеличить допуск. Хотя, вместо этого иногда бывает достаточно предварительно вручную придвинуть сопрягаемые компоненты к вероятной области решений в команде «Перемещение сопряженных элементов» (см. ниже).

Анимировать – данный параметр позволяет системе плавно перемещать элементы сопряжений для просмотра результатов решения сопряжения.

Приёмы работы с готовыми сопряжениями

Работа с деревом модели

Созданные сопряжения отображаются в окне «3D модель». Вся работа с созданными сопряжениями в основном осуществляется через это служебное окно. В дереве модели создаётся отдельная папка, в которую система автоматически помещает все сопряжения. Для каждого типа сопряжения рисуется пиктограмма, соответствующая типу сопряжения.

Возле каждого сопряжения имеется знак . Если

нажать на него , то в раскрытой ветке дерева модели будут отображены объекты, на основе которых создано сопряжение.

Сопряжения можно дополнительно группировать в

подпапки. Допускается создавать только один уровень подпапок. Все папки сопряжений

обозначаются пиктограммой . Каждая дополнительная папка имеет уникальное название.

570

3D Сборки

Группирование по дополнительным папкам ни на что не влияет. Оно используется только для удобства работы при сортировке большого количества сопряжений.

Для переноса сопряжения в другую папку воспользуйтесь пунктом контекстного меню «Переместить сопряжение в папку». В новом подменю доступны команды для создания новой дополнительной папки сопряжений, перемещения в основную и уже существующие дополнительные папки.

Остальные команды этого контекстного меню являются общими для многих элементов системы («Свойства», «Изменить», «Удалить», «Информация…»).

Подавление сопряжений

Любое сопряжение можно подавить. Команда для подавления сопряжения и отмены подавления

находится в контекстном меню при выборе сопряжения . Также можно вызвать подавление сразу группы сопряжений, если вызвать команду из контекстного меню кликом по папке сопряжений. Подавленное сопряжение помечается в дереве модели голубым крестом и исключается из расчёта сопряжений.

Движение механизма

Для динамического просмотра движений собранного механизма используйте команду:

После вызова команды требуется выбрать нужную деталь механизма для задания движения. Движение задаётся перетаскиванием выбранной детали при помощи курсора. При этом пользователь имитирует воздействие на механизм, как если бы к выбранной точке детали была приложена сила, направленная в сторону курсора в плоскости экрана. Под воздействием силы деталь механизма начинает двигаться. Движение ограничено заданными сопряжениями с другими деталями и внешним пространством. Выбранная деталь тянет за собой другую и т.д., пока в движение не будет вовлечён весь механизм. При этом во время движения учитывается масса и моменты инерции перемещаемых компонентов.

571

Трёхмерное моделирование

Настройка режимов движения осуществляется в окне свойств.

Количество элементов: Максимальное/Минимальное. При перемещении сопряженных элементов можно воздействовать на все детали собранного механизма или только на минимально возможную цепочку сопряжений.

Использовать манипулятор: Кинематический/Перетаскивание. Для большинства случаев перемещения деталей механизма нужно использовать режим кинематического манипулятора. При этом формируется плавное движение. Оно имитирует следствие приложения силы в точку, за которую пользователь тянет деталь. Движение строится с учётом всех заданных ограничений. При достижении границы области решений механизм останавливается. Перетаскивание предназначено для случаев, когда деталь механизма нужно переместить в другую область решений, не соприкасающуюся с текущей. В этом режиме перемещение всех механизмов может происходить скачкообразно.

Точность при движении. Задаёт заниженный уровень точности вычислений для более быстрого расчета и соблюдения условий сопряжения в момент движения механизма.

Предельное время расчёта. Задаёт количество шагов-вычислений, которое разрешается применить системе для достижения точности вычислений при движении.

Учитывать плотность тел. Для более точной имитации движения механизма есть возможность учитывать реальную плотность при расчете массы его деталей. Иначе плотность устанавливается одинаковой для всех компонентов.

Помечать тело. Вспомогательный параметр, позволяющий включать/отключать пометку детали механизма, за которую тянет пользователь для создания движения.

Помечать точку захвата. Данный параметр включает пометку точки, за которую тянет курсор. Точка помечается крестиком. Эту функцию можно использовать при отключении пометки тела.

Оптимальная длина цепочек сопряжений

При создании механизма одна деталь «цепляется» к внешней среде, другие детали посредством сопряжений стыкуются друг к другу. Таким образом, ряд деталей, последовательно состыкованных друг с другом, можно представить как цепочку сопряжений. Если к одной детали присоединено одновременно несколько других деталей, то цепочка сопряжений разветвляется. При создании механизмов необходимо стремиться к максимально коротким цепочкам. Более короткие цепочки решаются быстрее и при этом возникает меньшая погрешность вычислений.

Рассмотрим следующий характерный пример – необходимо создать модель простого механизма, показанную на рисунке. Механизм представляет собой соединение шарнирного типа, объединяющее вместе три детали – опору, рычаг и ось. Наиболее рациональным способом в данном случае будет создание двух маленьких цепочек сопряжений, а не одной длинной.

Рычаг нужно при помощи сопряжений соосности и совпадения плоских граней сразу привязать к опоре. Ось также при помощи соосности и совпадения привязывается к любой детали, например, к опоре. Получается две цепочки сопряжений: опора-рычаг и опора-ось. В данном случае нерационально было бы, например, к опоре привязать ось, а к оси привязывать рычаг, так как получилась бы более длинная цепочка сопряжений «опора-ось-рычаг».

572

3D Сборки

Конечно, на таком простом примере сколько-нибудь заметного ухудшения производительности системы не произойдет, но в более сложных случаях разница становится заметна.

Рекомендации по совместному использованию привязки по ЛСК и сопряжений

В данном разделе рассмотрены рекомендуемые правила совместного использования сопряжений и привязки ЛСК при создании сборок. Привязка деталей по сопряжениям в большинстве случаев должна использоваться совместно с привязкой по ЛСК. Причём, приоритетным следует считать традиционный способ – привязку фрагментов при помощи систем координат. У этого способа есть ряд преимуществ перед сопряжениями.

Во-первых, некоторые типы геометрических связей, в том числе наиболее часто используемые (одноосевой шарнир), могут быть решены одной ЛСК, а для связи при помощи сопряжений может потребоваться создание связки, например, из двух или более сопряжений. В частности, одноосевой шарнир создаётся двумя сопряжениями (соосность + совпадение торцевых граней) или только одной ЛСК (разрешен поворот вокруг одной оси). Из этого главного преимущества вытекают следующие:

•В целом, система работает быстрее (сокращается длина цепочек сопряжений, меньше погрешность вычислений, проще расчёт).

•Формируется более простая структура модели, за счет того, что не создается лишних элементов (сопряжений).

•Обеспечивается бóльшая устойчивость к топологическим изменениям модели (за счет минимального использования топологических элементов тел).

Когда же оправдано использование сопряжений? Для ответа на этот вопрос рассмотрим процесс проектирования сборки. С точки зрения интересующего нас вопроса, как правило, перед конструктором могут стоять 2 задачи.

Задача 1: создание сборочной модели без возможности «движения» механизма. Пользователь заранее знает, что он проектирует, что его модель после завершения сборки не должна будет двигаться, это ему не нужно. К примеру, если мы проектируем телевизор или дом, то вряд ли понадобится «оживлять» их в динамическом режиме.

573

Трёхмерное моделирование

Когда перед пользователем стоит подобная задача, то при наполнении сборки деталями решается один основной вопрос – как правильно расположить деталь на сборке. Наиболее эффективное решение даёт «традиционный» способ – вставка 3D фрагментов с использованием ЛСК. В дополнение к общим преимуществам этого метода, от пользователя потребуется меньшее количество действий. Механизм вставки 3D фрагмента требует меньше времени за счет того, что нужно определить меньшее количество элементов:

1. Исходную ЛСК (выбор может выполняться автоматически).

2.Место привязки (выбор целевой ЛСК или геометрии для её создания осуществляется в 3D окне).

Вто же время каждое новое сопряжение потребовало бы определения геометрических данных для двух компонентов, а для точного расположения компонента, как правило, нужно создать несколько сопряжений.

Прибегать к использованию сопряжений следует:

•в сложных случаях геометрического взаимодействия;

•когда требуется расположить на сборке деталь, которая имеет контакт с другими деталями в нескольких местах.

Задача 2: построение сборки с возможностью «оживления» спроектированного механизма в команде перемещения сопряженных элементов. В таком случае все части собранного механизма должны правильно взаимодействовать друг с другом. Для всех подвижных частей должны быть обязательно описаны необходимые условия для расчёта системы сопряжений при движении механизма.

Вданной ситуации рекомендуется придерживаться правил, приведенных ниже.

•Для деталей, которые не должны изменять своего положения относительно элементов, к которым привязаны, рекомендуется использовать ЛСК без степеней свободы. К примеру, гайка, надетая на болт, всегда должна следовать за болтом и не должна иметь перемещений относительно болта.

•Для деталей, изменяющих взаимное положение, в первую очередь нужно использовать ЛСК со степенями свободы. Это даст выигрыш по всем основным преимуществам (см. выше).

Сопряжения используются при привязке деталей в следующих случаях:

574