КОМПАС-Shaft 2D, або Сам собі розрахунник
Шановні читачі, чи знайомі ви з бібліотекою КОМПАС-Shaft 2D (колишня назва КОМПАС-Shaft Plus)? Якщо так, то вам буде цікаво дізнатися про її нові можливості, а якщо ні, то ви тим більше маєте прочитати цю статтю.
Спочатку поставимо простим питанням: чим найчастіше займається на службі інженер-конструктор? Звичайно, відповідей буде багато. Не будемо поки що розглядати відповіді на кшталт «Втікає з повідомленнями», «Улагоджує відносини з технологами, металургами, постачальниками тощо», «Шукає способи порятунку деталей з просадженими розмірами», а звернемося до типових варіантів: «Проектує вироби», «Випускає креслення» та «Виконує розрахунки». Якраз для сприяння в проектуванні, випуску креслень та виконанні розрахунків і існує КОМПАС-Shaft 2D, завдання якого прискорити всі ці процеси, зробити їх зручнішими, дати можливість конструкторам оперативно вносити зміни в існуючу конструкцію. Але про все по порядку.
КОМПАС-Shaft 2D - це не просто бібліотека, а інтегрована система проектування тіл обертання. З її допомогою легко можна створювати параметричні моделі валів та втулок, будувати на їх поверхнях шліцеві, шпонкові та різьбові долі, канавки, кільцеві пази тощо. Кількість ступенів моделі може бути будь-якою, а форми різними: циліндр, конус, шестигранник, квадрат, сфера. Крім простих ступенів, модель може містити елементи механічних передач: циліндричні шестерні із зовнішніми та внутрішніми зубами, конічні шестерні з прямими та з круговими зубами, елементи черв'ячних, ланцюгових, клинопасових та зубчасто-ременових передач.
Процес створення моделі у КОМПАС-Shaft 2D настільки простий, що не потребує вивчення спеціальної літератури. Потрібно лише дотримуватися рекомендацій творців цієї бібліотеки та вводитипараметри щаблів у відповідних діалогах (рис. 1). При цьому не знадобляться ні ГОСТи, ні довідники, оскільки бібліотека містить велику кількість інформаційних таблиць зі стандартизованими значеннями величин, що вводяться.
Вся структура моделі представляється як дерева щаблів і елементів, кожен із яких можна відредагувати.
Звичайно, вали та втулки можна проектувати і без допомоги КОМПАС-Shaft 2D, а передачі розраховувати на калькуляторі та малювати по одному зубу. Але це, по-перше, не дуже зручно, по-друге, не надто швидко, а по-третє (і це найголовніше), у КОМПАС-Shaft 2D можна створити параметричну модель, дані про яку зберігаються в бібліотеці. Це означає, що для модифікації раніше спроектованої конструкції потрібно лише скоригувати в стандартних діалогах деякі параметри і перебудова відбудеться автоматично, а визначення міцнісних властивостей, що змінилися, зведеться до запуску розрахункового модуля. В результаті стане можливим створювати цілий модельний ряд на основі одного прототипу, а також, виходячи з критеріїв міцності та довговічності, знаходити оптимальні матеріали та пропорції конструкції, розглядаючи та розраховуючи безліч різних варіантів.
За командою користувача бібліотека автоматично перетворює модель КОМПАС-Shaft 2D в креслення, на якому, крім фронтального виду конструкції, можуть бути види моделі зліва і праворуч, а також перерізи, виносні елементи, основні розміри і т.п. Користувачеві залишиться лише остаточно оформити креслення. Фронтальний вигляд моделі залишається об'єктом бібліотеки. Якщо виникне необхідність подивитися або змінити параметри ступенів, можна викликати КОМПАС-Shaft 2D подвійним клацанням миші з цього виду (рис. 2).
Під час роботи з КОМПАС-3D плоска модель КОМПАС-Shaft2D може стати прообразом твердотільної моделі, яку можна згенерувати натисканням однієї кнопки на панелі інструментів головного вікна бібліотеки. При цьому в дереві побудови моделі КОМПАС-3D будуть присутні ті ж елементи, що й у дереві сходів та елементів моделі КОМПАС-Shaft 2D (рис. 3).
КОМПАС-Shaft 2D з повною основою називається розрахунковою системою тут є набір інструментів для визначення геометричних і міцності елементів механічних передач, зубчастих з'єднань, підшипників, валів. Розрахунок елементів механічних передач має на увазі розрахунок геометрії, міцності та довговічності, а в деяких випадках і теплостійкості. Передбачено можливість автономного розрахунку окремої передачі чи розрахунку у процесі проектування моделі. Шляхом варіювання умов навантаження або конструктивних властивостей можна швидко визначити правильне технічне рішення і оформити його в кресленнях (про процес проектування елементів механічних передач в середовищі КОМПАС було детально розказано в № 8'2002).
У КОМПАС-Shaft 2D можна розрахувати шліцеве з'єднання на зминання та знос. Якщо від технологів чи постачальників надійде пропозиція про заміну матеріалу деталі, можна взяти готову модель, завантажити її в КОМПАС-Shaft 2D, вибрати з довідника новий матеріал, уточнити його характеристики та на завершення запустити перевірочний розрахунок шліців (рис. 4). Усього за кілька секунд КОМПАС-Shaft 2D видасть підсумки розрахунку у вигляді таблиці, що містить вихідні дані та результати обчислень. Якщо будь-яка з умов міцності не буде виконана, можна роздрукувати звіт, який буде підставою для відхилення заміни матеріалу.
Нововведенням КОМПАС-Shaft 2D є комплекс для розрахунку валів та підшипників. Звичайно, досвідченому конструктору аборозрахункові не складе великої праці дістати з книжкової полиці два-три довідники, пригадати основи сопромату і теоретичної механіки, скласти розрахункову схему валу і години через два-три видати висновок про напруги, що виникають у небезпечних перерізах валу. Однак за допомогою КОМПАС-Shaft 2D ви можете отримати справжнє задоволення від простоти та ефективності вирішення цього завдання.
Візьмемо для прикладу багатоступінчасту вал-шестірню, встановлений у радіально-упорних конічних роликових підшипниках (рис. 5). Однією з його щаблів є косозуба циліндрична шестерня зовнішнього зачеплення. На вал діють крутний момент і радіальні сили. Значення зовнішніх сил відомі; геометричні характеристики валу також визначено. Спочатку прикладемо до моделі діючі навантаження (величина крутного моменту була вже введена при розрахунку зубчастої передачі). Уточнимо, як діє крутний момент на весь вал або на його певну частину. Потім вкажемо точку застосування радіальних сил або результуючого вектора, введемо їх величини та напрямки. Прикладені до конструкції зовнішні сили та моменти відобразяться на моделі у вигляді стрілок.
При ручному розрахунку на цьому етапі ми перейшли б до визначення реакцій в опорах, а в даному випадку за нас все це зробить КОМПАС-Shaft 2D. Викликаємо діалог до розрахунку підшипників (рис. 6). Сили, що діють на підшипники, вже визначені, причому враховані як зовнішні навантаження, так і навантаження, що сприймаються валом від зубчастої передачі. Задамо умови роботи підшипників і здійснимо розрахунок на статичну та динамічну вантажопідйомність, а також на довговічність та тепловиділення. Розраховані параметри будуть представлені у вигляді таблиці, яку можна надрукувати або зберегти у файлі.
Отже, ми маємо розрахункову схему та вже обчисленіреакції. Переходимо безпосередньо до розрахунку валу (рис. 7). Перед початком розрахунку можна уточнити мінімальну чистоту оброблюваної поверхні для конструктивних елементів: канавок, різьблення, шліців, посадкових місць під підшипники і т.п., та вибрати для валу матеріал з іншими властивостями.
Подальший процес для користувача дуже простий. Потрібно тільки подвійним клацанням миші вибрати параметр (силу, момент, відносний прогин, еквівалентну напругу і т.д.), що підлягає розрахунку, а результат розрахунку буде представлений у вигляді графіка розподілу величини відповідного параметра по довжині валу (епюра). Епюра зображується поверх моделі валу (рис. 8). Це робиться для того, щоб можна було візуально оцінити величину розрахункового параметра на кожному щаблі конструкції. Побачити точно розраховане значення у будь-якому перерізі валу допоможе трасування графіка.
Результати розрахунку валу можна оформити як креслення КОМПАС (рис. 9) або зберегти у форматі FastReport.
Отже, весь процес розрахунку валу від докладання сил до отримання твердих копій результатів розрахунку займає п'ять-десять хвилин. Може виникнути законний сумнів: швидко воно швидко, але чи правильно? Досвід свідчить, що при розрахунку численних тестових прикладів та реальних завдань замовників розбіжність між результатами ручного та машинного розрахунків становила не більше 2-2,5 %.
Ще одна особливість КОМПАС-Shaft 2D полягає в тому, що система інтегрована з електронним довідником «Матеріали та сортаменти». І якщо ваше підприємство вже перейшло на роботу із сучасною системою управління інженерними даними та життєвим циклом виробу ЛОЦМАН або встановило загальний довідник матеріалів, то ви зможете вибрати матеріал для деталі з єдиної інформаційної бази.
Так чим же найчастішезаймається на службі інженер-конструктор? Можливо, багато читачів вже через деякий час зможуть впевнено відповісти: «Працює з КОМПАС-Shaft 2D».
У найближчих номерах журналу ви зможете ознайомитися з ще одним новим рішенням компанії АСКОН - інтегрованою системою моделювання тіл обертання КОМПАС-Shaft 3D».