T-FLEX Детали машин – новый продукт комплекса T-FLEX PLM для проектирования и расчёта механизмов

Автор: Виктор Воронков, к.т.н., ведущий инженер ЗАО "Топ Системы"

Для тех, кто уже знаком с приложением T-FLEX Зубчатые передачи 17 версии T-FLEX CAD, и для тех, кто о нём не слышал, новый продукт T-FLEX Детали машин станет в некотором роде приятным сюрпризом. У первых даже может возникнуть беспокойство — почему исчезло приложение T-FLEX Зубчатые передачи в перспективной версии T-FLEX CAD?! Поспешим их успокоить — проектирование зубчатых передач по-прежнему работает и даже получило дополнительные возможности в рамках приложения T-FLEX Детали машин. Когда пользователи убедятся в этом, их беспокойство наверняка сменится интересом.

Тем, кто не знаком с T-FLEX Зубчатые передачи, будет интересно узнать о новом приложении T-FLEX Детали машин, если их профессиональная деятельность связана с проектированием машин и механизмов. А конкретнее — с проектированием редукторов, коробок передач, различных подъёмных механизмов и других устройств, в конструкцию которых входят зубчатые передачи, цепные передачи, ремённые передачи, валы, колёса, пружины, подшипники, шпоночные и шлицевые соединения. Иными словами, классические детали машин, как раз и определившие название приложения. Помимо названия и расширенного набора команд, поменялась сама концепция приложения, что наиболее важно. Раньше мы могли рассчитывать и строить модели только отдельных зубчатых передач, а теперь можем рассчитывать и создавать связные механизмы (рис. 1). Каждый элемент может быть рассчитан на прочность согласно нагрузкам с других элементов, где все части конструкции создаются и редактируются взаимосвязанно.

В модуле Детали машин можно выделить три группы команд:

• команды создания механизмов: зубчатых передач (цилиндрических, конических, червячных), ремённых и цепных передач;
• команды создания деталей: вала, колеса, подшипников, пружин;
• команды создания соединений: шпонок, шлиц, посадок.

Работа в приложении T-FLEX Детали машин предельно гибкая — возможно начать с создания вала и прийти к механизму зубчатого зацепления либо начать с создания колеса со шпоночным пазом, а уже потом решить, где это колесо будет использоваться и на какой вал крепиться. Основным же сценарием работы в модуле предполагается последовательное проектирование от механизма (с расчётом его работоспособности, через построение 3D моделей) к документации для изготовления устройства. К примеру, нам не нужен вал как таковой. Нам нужен вал, который в требуемом механизме будет надёжно выполнять заданные функции. Чтобы определить эти функции, первоначально необходимо создать механизм, пусть и схематично. Именно в этом и заключается преимущество приложения. Оно позволяет создавать механизмы схематично, а затем размещать их в требуемые габариты, проверяя при этом выполнение нужных функций и оценивая его долговечность. Например, рассчитать износ червячной передачи при заданном материале колеса и червяка, а далее выполнить детальную проработку механизма — спроектировать валы, колёса, соединения, рассчитать их прочность. Для этого в приложении предусмотрена возможность создавать детали на основе схемы механизма. К примеру, положение обода и ступицы колеса уже будет задано схемой, а его детальное исполнение — расчётами прочности.

Рис. 1. Сквозное проектирование в T-FLEX Детали машин

Далее останется только по полученным в модуле 3D моделям, применяя команды оформления чертежей, создать техническую документацию разрабатываемого механизма (рис. 2).

Рис. 2. Проектирование узлов и механизмов – от схемы до документации

T-FLEX Детали машин отличается от T-FLEX Зубчатые передачи в вышеописанном концептуальном плане, но при этом наследует все сильные стороны.  Приложение полностью встроено в T-FLEX CAD как в работе с геометрией и сборками, так и в плане параметризации и оформления чертежей. Любая модель, созданная в модуле, будет полноценной моделью T-FLEX CAD. Кроме того, некоторые команды, к примеру команды создания шпонок и шлицев, позволяют работать с импортированными деталями. T-FLEX Детали машин самостоятельно определяет «свои», то есть созданные в приложении, детали и «чужие». Не задавая лишних вопросов и не создавая препятствий, оно автоматически предлагает пользователю команды, которые могут быть применены к соответствующему объекту. Конечно, чтобы добиться связности проектируемого механизма, он должен быть целиком выполнен в приложении. Но при этом доступно отдельное использование команд приложения, например создание требуемых шлицевых пазов на импортированной детали.

Другая особенность T-FLEX Зубчатые передачи, которая также была унаследована и развита новым приложением, — это возможность свободно использовать и в любой момент менять стандарты ГОСТ, ISO, DIN. К примеру, можно рассчитать геометрию конической передачи по ГОСТ, выполнить для нее прочностной расчёт по ISO, посадить коническую шестерню на вал и закрепить шпонкой, прочность которой рассчитана по DIN, а сама геометрия и отклонения — по ГОСТ. Стандарты, используемые модулем по умолчанию, можно настраивать (рис. 3).

Рис. 3. Диалог настройки стандартов расчетов в T-FLEX Детали машин

Если методика расчёта геометрии, отклонений, прочности и контрольных размеров стандартизирована, то в T-FLEX Детали машин в первую очередь добавляются именно стандартизированные методики. Если стандартизированные методики отсутствуют, то используются наиболее современные методики инженерных расчётов из известных справочников.

Рис. 4. Отображение результатов расчета прочности в приложении

Рис. 5. Настройка параметров и коэффициентов при расчете прочности

Кроме того, для прочностного расчёта деталей всегда есть возможность воспользоваться приложением T-FLEX Анализ. Как уже было сказано ранее, все модели приложения T-FLEX Детали машин являются полноценными моделями T-FLEX CAD, а значит, для них можно применять все возможности как самого CAD, так и всех его приложений.

Вернёмся теперь к наиболее интересным возможностям T-FLEX Детали машин, а именно к связному проектированию механизмов по пути от схемы к документации. Чтобы перейти от схемы механизма к деталям, нужны команды, которые выполняют преобразование схематичных моделей в модели деталей. Например, объекты цилиндрических и конических зацеплений преобразуются в колесо и вал-шестерню, и далее отдельные колёса «закрепятся» на валах при помощи соединений. Кроме того, для обеспечения связности и логичности работы необходимо, чтобы команды, создающие детали, работали как конструктор, отображая все взаимосвязи. К примеру, вал должен «подстроиться» под положение уже созданных на схеме зацеплений. Также он должен содержать информацию о том, что на одну из его ступеней нанесена шестерня, рассчитанная в объекте зацепления, а на другую — шпоночное или шлицевое соединение с колесом. Кроме того, необходимо, чтобы была возможность из команды генерации вала вызвать на редактирование соединение или передачу, когда становится очевидным, что это необходимо в силу конструкционных особенностей вала или его прочностного расчёта. Иными словами, команды, создающие детали, должны иметь диалог, позволяющий реализовать последовательное конструирование как полностью новых деталей, так и по уже созданным объектам. Эти требования реализованы в командах приложения Вал и Колесо (рис. 6).

Рис. 6.  Диалог команды Вал

В этих командах мы можем создавать детали вала и колеса в режиме, подобном работе с конструктором. Вал состоит из внешних и внутренних (для создания продольных отверстий) ступеней, а колесо состоит из ступицы, обода, диска, окна и спиц.

Количество указанных элементов может быть произвольным и ограничиваться только корректностью построений. На любую ступень вала или обода колеса возможно добавить объект передачи. При этом мы можем добавить уже существующий объект или создать его во вложенном режиме. Аналогично и с соединениями — мы можем их добавить на ступень вала или ступицу колеса из уже существующих в документе или создать их во вложенном режиме. Вложенный режим — это режим вызова команды, когда, не завершая одну команду, мы вызываем другую, по завершении которой вновь возвращаемся в исходную команду. Таким образом, диалоги команд вала и колеса и сами объекты вала и колеса содержат в себе связующие звенья между деталями.

Рис. 7. Диалог команды Шлицевое соединение

Рис. 8. Модель шлицевого соединения

К примеру, нам нужно добавить шлицевое соединение между валом и колесом (рис. 8). Это можно сделать тремя способами.

1. Из вала на выбранной ступени во вложенном режиме создать шлицевое сидение, а затем в колесе добавить уже созданное шлицевое соединение на ступицу колеса.
2. Наоборот, создать шлицевое соединение во вложенном режиме из колеса и добавить уже на ступень вала созданное соединение.
3. Просто зайти в команду создания шлицевого соединения в обычном, не вложенном режиме и выбрать в 3D сцене вал и колесо. Приложение умеет определять их в автоматическом режиме. Также можно выбрать объекты вала и колеса не из 3D сцены, а в окне 3D модель в дереве модели. При этом диаметр ступени вала и ступицы колеса будет автоматически скорректирован до нужного, определяемого выбранным типом шлица. Существуют три аналогичных сценария и для создания шпоночного соединения (рис. 9).

Рис. 9. Диалог команды Шпоночное соединение

Именно соединения (шлицевое, шпоночное или запрессовка) определяют диаметры сопрягаемых деталей. В свою очередь, передачи, зубчатые или цепные, определяют внешний диаметр обода колеса или внешний диаметр ступени вала, а также могут определять позицию деталей. Поэтому такие детали, как вал или колесо, являются зависимыми объектами, содержащими в себе различные элементы взаимосвязей. Но, как это всегда бывает, есть исключения. К примеру, мы можем определять положение шестерен зацепления из ступени вала или обода колеса, но это сделано скорее как исключение для расширения возможностей работы. Основным сценарием всё же является путь от механизма, который определяет положение деталей к самим деталям. Но при необходимости в приложении можно создавать ни с чем не связанные детали. Возможно создать просто вал, на котором есть шпоночные и шлицевые пазы, или колесо, на ободе которого есть зубчатый венец. Для этого можно пользоваться вызовом соответствующих команд во вложенном режиме. Тогда все элементы связи будут определять только один объект, а второй в них будет отсутствовать.

Сконструированные детали — вал или колесо, или зубчатые венцы на них, или соединения мы можем проверить на прочность согласно заданным нагрузкам. При необходимости возможно скорректировать конструкцию деталей и соединений, а если задуманный механизм ни при каких изменениях не проходит прочностной расчёт, то переделать схему механизма.

Получив требуемую схему и убедившись, что все детали и соединения выдерживают нагрузки, можно переходить к оформлению документации. Для этого основными инструментами будут служить команды оформления чертежей T-FLEX CAD. Однако есть и специфичные моменты оформления, которые реализованы именно в приложении. Так, например, при оформлении чертежа деталей, на которых есть зубчатые венцы, необходимо создавать специальные таблицы с параметрами зубчатого венца. При этом для деталей с несколькими зубчатыми венцами предусмотрены свои правила оформления таблиц. Приложение с помощью специальной команды создания таблиц чертежа (рис. 10) в автоматическом режиме распознаёт, на каких деталях есть зубчатые венцы, и помещает туда таблицы с указанными пользователем параметрами. При желании можно указать, на какой именно чертёж надо добавить таблицу, если чертежей несколько, и указать, на какие чертежи деталей нужно или, наоборот, не нужно добавлять таблицы (рис. 11).

Рис. 10. Диалог добавления таблиц параметров на чертёж  

Рис. 11. Диалог выбора параметров таблиц

Рис. 12. Документация в приложении T-FLEX Детали машин

Кроме того, есть возможность настроить базовый список требуемых параметров на чертеже, чтобы не добавлять их каждый раз вручную. Это очень удобно — можно один раз настроить список параметров для всех типов передач и шлицев и потом просто вызывать команду создания таблиц в документе, где находится сборка проектируемого механизма. В несколько кликов будут сгенерированы таблицы на всех нужных чертежах деталей.

Как итог всего вышеизложенного, можно выделить основные идеи нового приложения T-FLEX Детали машин:

• это инструмент, позволяющий спроектировать механизмы, основанные на классических деталях машин, — от схемы до документации;
• приложение придерживается правила равенства и взаимозаменяемости стандартов и методик — чем больше методик на каждом этапе, тем больше вариантов для конструирования и проверки расчётов;
• позволяет реализовать различные подходы в проектировании: как от схемы к деталям, так и от деталей к механизму. Обеспечивает работу как с объектами приложения и T-FLEX CAD, так и с импортированными в CAD моделями.
• поддерживает все возможности T-FLEX CAD: параметризацию, оформление чертежей, работу со сборками, взаимосвязь через CAD с другими приложениями системы.

Дополнительно