Интеллектуальные системы автоматизированного проектирования в машиностроении

Интеллектуальные системы автоматизированного проектирования в машиностроении

Министерство образования и науки Украины

Донбасская государственная машиностроительная академия



Кафедра компьютерных информационных технологий



Расчетно-пояснительная записка

к курсовому проекту

по дисциплине

”Интегрированные САПР в машиностроении”



Выполнил:



студентки группы ИТ-97-1з

Лядова С.В.

Проверил:

Пакин А.В.



Оценка

Дата

Подпись









Краматорск, 2002

Задание

на курсовой проект по дисциплине “ИСАПР в машиностроении”

студентки группы ИТ-97-1з

Лядовой Светланы Викторовны



По заданному чертежу (узел для объемного параметрического моделирования и прочностных расчетов: узел цилиндрической передачи с зубчатым колесом и звездочкой)

Выполнить анализ предметной области, обеспечивающей проектирование заданного узла с описанием принципов расчета и разработкой математической модели.

Обосновать и осуществить выбор средств разработки, построить таблицу сравнения базовых программных средств.

Создать объемную модель, чертеж и “взорванный” вид сборки. Разработать спецификацию сборочного чертежа.



Задание выдано 



Руководитель проекта Пакин А.В.



АННОТАЦИЯ



Расчетно-пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине “ИСАПР в машиностроении” содержит: ___ страниц машинописного текста, 

___ рисунков, ___ таблиц, ___ приложения.

Объект исследования – интеграция систем автоматизированного проектирования со специализированными программными модулями в рамках создания единой системы компьютерной конструкторско-технологической подготовки производства.

Цель исследования – приобрести навыки разработки отдельных компонент единой системы конструкторско-технологической подготовки производства.

При выполнении курсового проекта была построена трехмерная модель узла редуктора и проведена ее частичная параметризация.

SOLIDWORKS, DELPHI, САПР, КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ПОДГОТОВКА ПРОИЗВОДСТВА, АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВНИЯ, ЗУБЧАТОЕ КОЛЕСО, ШЕСТЕРНЯ, ЗВЕЗДОЧКА, ПОДШИПНИК, ШПОНКА





СОДЕРЖАНИЕ



ВВЕДЕНИЕ

1 АНАЛИЗ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЙ ПРОЕКТИРОВАНИЕ УЗЛА ИЛИ ЕГО ЭЛЕМЕНТОВ.

1.1 Определение целей проектирования, вариантов технических решений

1.2 Анализ принципов расчета

1.3 Разработка параметрической модели

1.4 Разработка логики и алгоритма создания узла и его сборки

1.4.1 Создание элементов узла

1.4.2 Создание сборки.

2 ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА СРЕДСТВ РАЗРАБОТКИ. ТАБЛИЦА

3СРАВНЕНИЯ БАЗОВЫХ ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

Приложение В

Анализ принципов расчета 9

Разработка логики и алгоритма создания узла и его сборки 12

сборочный чертеж 32

Приложение Б 33

Спецификация сборочного чертежа 33

Формат 33

Зона 33

Позиция 33

Обозначение 33

Наименование 33

Кол. 33

Примечание 33

Введение



Основной тенденцией современного рынка САПР является движение в сторону 3D моделирования на ПК. Для многих пользователей, которые уже осуществили такой переход, преимущества существенно превзошли потери от затраченных средств и времени. Пользователи, как правило, довольно быстро начинают получать выгоды от проектирования в 3D.

Эффективность проектирования. Хотя у некоторых проектировщиков, привыкших работать с чертежами, порой возникают трудности, в принципе 3D технология считается более наглядным и интуитивным методом для создания современных все более сложных объектов. При этом по 3D модели можно автоматически получить необходимые чертежи в случае необходимости, и осуществляется это за считанные нажатия на кнопку мыши.

Качество проектирования. 3D моделирование обеспечивает существенно более наглядный способ визуализации проектируемого объекта. Это позволяет снизить вероятность ошибок, особенно в случае сложных сборок. Проектировщик может исследовать внутреннюю структуру сборки, проверить детали на пересекаемость. В случае движущихся механизмов можно с помощью анимации провести кинематические исследования.

Снижение общего времени проектирования. Большинство прикладных программ САПР, таких как подготовка программ для станков с ЧПУ, прочностные расчеты, технологическое проектирование, требуют трехмерной информации о проектируемом объекте. Поэтому использование 3D моделирования позволяет непосредственно интегрироваться со многими приложениями, сокращая лишние операции по подготовке данных.

Повышение конкурентоспособности. 3D моделирование предлагает тем проектировщикам, которые его используют, очевидные конкурентные преимущества над пользователями “чистого” 2D черчения. Большая скорость и качество позволяют существенно быстрее доводить продукт до рынка, также впрочем, как и производить изменения под влиянием меняющихся рыночных запросов.

На сегодняшний день можно выделить четыре системы 3D моделирования среднего класса для ПК, которые активно присутствуют на рынке и отвечают современным требованиям. Это – американские Mechanical Desktop, Solid Edge, SolidWorks и российская T-FLEX CAD. Все эти системы базируются либо на ядре ACIS, либо Parasolid, обладают широким набором функций моделирования отдельных деталей и сборочных конструкций, а также получения по ним чертежей. Каждая система обеспечивает двунаправленную ассоциативность 2D-3D и поддерживает параметрические возможности. 

При этом все три американские программы используют параметризатор английской фирмы D-CUBED. T-FLEX CAD основан на собственной параметрической технологии, зарекомендовавшей себя еще в 2D версии. Mechanical Desktop, являющийся по сути расширением системы AutoCAD, и T-FLEX CAD начинали как 2D системы, в отличие от Solid Edge и SolidWorks, и имеют в этой связи определенные достоинства в плане более широкой и отработанной технологии оформления технических чертежей как отдельно, так и в интеграции с 3D. К достоинствам SolidWorks можно отнести интуитивный пользовательский интерфейс. T-FLEX CAD является лидером в области параметризации. Solid Edge известен своими приложениями, а также тесной связью с системой Unigraphics, относящейся к категории больших дорогостоящих систем. Mechanical Desktop привлекает к себе прежде всего последовательных сторонников системы AutoCAD.

Анализ предметной области, обеспечивающей проектирование узла или его элементов



Определение целей проектирования, вариантов технических решений



При разработке различных машины и механизмов, как правило, возникает необходимость передачи крутящего момента от двигателя к конечному механизму. При этом возникает типовая задача - уменьшение числа оборотов в минуту от заданного числа на входе (параметры двигателя) к заданному числу оборотов на выходе. Как правило, это происходит посредством механизмов, называемых редукторами (при фиксированном передаточном отношении) или при помощи коробок передач (при варьируемом передаточном отношении). 

При этом рассматриваются варианты передачи крутящего момента от вала двигателя на входящий вал редуктора (посредством муфтового соединения имеющего цель компенсировать несоосность валов, неизбежно возникающую при монтаже/сборке агрегата), от входящего вала на выходящий вал редуктора (за счет различных способов зубчатых зацеплений), от выходящего вала на непосредственный исполняющий механизм (за счет муфт, ременных, зубчатых передач и пр.). «И-ИЛИ» дерево вариантов технических решений узла редуктора показано на рисунке 1.1.





Рисунок 1.1 – «И-ИЛИ» дерево вариантов технических решений


Анализ принципов расчета

При создании узла редуктора изначально даются определенные начальные данные и требования к редуктору, исходя из которых необходимо подобрать и рассчитать конструктивные элементы механизма. В основном это: 

момент на выходном валу;

частота вращения входного вала;

частота вращения выходного вала;

вид передачи на входе;

вид передачи на выходе;

режим нагружения.

Расчет начинается с выбора электродвигателя, затем идет расчет основной передачи, затем передач на входе/выходе, валов, подшипников, шпонок. Каждый следующий расчет использует результаты предыдущих, поэтому не рекомендуется изменять их порядок.

После предварительных расчетов узла редуктора необходимо проверить его на работоспособность. Эта проверка осуществляется аналитически при помощи основных зависимостей сопромата. В данном узле, состоящем из звездочки, вала, цилиндрического зубчатого колеса, подшипников, дистанционного кольца, крышки подшипника, шпонок, болтов необходимо произвести следующие расчеты:

Для цилиндрической передачи:

проектировочный расчет, в котором выбираются материалы колес, рассчитывается межосевое расстояние и геометрические размеры зубчатых колес передачи;

проверочный расчет контактной выносливости зубьев;

проверочный расчет изгибной выносливости зубьев;

проверочный расчет на контактную прочность при действии максимальных перегрузок;

проверочный расчет на изгибную прочность при действии максимальных перегрузок.

Для подшипников:

расчет подшипников на долговечность.

Для шпонок:

расчет шпонок на смятие;

расчет шпонок на срез.

Для вала:

предварительный расчет диаметров вала;

проверочный расчет вала на устойчивость;

проверочный расчет вала на статическую прочность при максимальных перегрузках;

проверочный расчет вала на жесткость.

Для болтов:

расчет болтов на срез;

расчет болтов на разрыв.



Разработка параметрической модели



В некоторых CAD-системах при внесении некоторых корректировок в деталь приходилось перестраивать весь чертеж в целом, а если эта деталь являлась частью некоторого узла то это создавало некоторые трудности при проектировании и отнимало много времени. Поэтому недавно было введено понятие – параметрическая модель. Эта модель описывалась в формульном или ином виде, при внесении корректировок, которая перестраивается и перестраивает весь чертеж в целом.

При выполнении курсового проекта была составлена параметрическая модель вала, служащего для сохранения положения подшипников на своих местах. Вид вала представлен на рисунке 1.2.



Рисунок 1.2 – Вал шестерня



Очевидно, что нет необходимости задавать все размеры детали, необходимые для ее построения, так как многие из размеров находятся во взаимосвязи с другими. Поэтому достаточно выделить определяющие размеры и задавать именно их. Остальные определяются при помощи уравнений 

Теперь в зависимости от основных размеров будут меняться и остальные, определенные уравнениями.





Рисунок 1.3 – Основные размеры параметрической модели



Но основные размеры также поддаются некоторым ограничениям, описанным в таблице 1.1.



Таблица 1.1 – Ограничения, наложенные на параметрическую модель

№

Выражение

1

Все размеры положительны

2

D2 >D1, D3<D2,D4<D3,D5<D4

3

L1>(L2+L3+L4+L5)

Разработка логики и алгоритма создания узла и его сборки

Создание элементов узла



Узел состоит из элементов-наполнителей, указанных в таблице 1.2.



Таблица 1.2 – Элементы-наполнители узла редуктора

Наименование элемента

Кол-во

Модель

Вал

1



Косозубое колесо

1



Подшипники роликовые радиально-упорные

2



Наименование элемента

Кол-во

Модель

Дистанционное кольцо

1



Крышка подшипника

1



Шпонка 45х12х10

1



Стопорная гайка

1



Наименование элемента

Кол-во

Модель

Звездочка

1



Болты

5





Опишем алгоритм создания основных элементов узла при помощи таблицы 1.3.



Таблица 1.3 – Алгоритм создания элементов узла.

Номер

шага

Содержание шага

Операция Solid Works

Эскиз

Вал

1

Создаем и образмериваем эскиз продольного сечения вала

Эскиз, Размер



2

Получаем трехмерную модель вала путем поворота эскиза вокруг оси

Повернутая бобышка/ основание



Номер

шага

Содержание шага

Операция Solid Works

Эскиз

3

Создаем касательную плоскость на поверхности вала, рисуем в ней эскиз шпоночного паза и прорезаем на глубину 6 мм

Плоскость, Эскиз, Вытянутый вырез



4

Создаем резьбу на валу

Винтовая линия резьбы /вырез, профилем по кривой





Создаем фаски и скругления, получаем окончательный результат

Фаска, Скругление



Косозубое колесо

1

Создаем и образмериваем эскиз поперечного профиля колеса

Эскиз, Размер



2

Получаем трехмерную модель колеса путем поворота эскиза вокруг оси

Повернутая бобышка/ основание



Номер

шага

Содержание шага

Операция Solid Works

Эскиз

3

Создаем касательную плоскость на поверхности колеса, рисуем в ней эскиз и прорезаем отверстия.

Плоскость, Эскиз, Вытянутый вырез



4

Создаем массив прорезов и получаем отверстия

Круговой массив



5

Создаем эскиз зуба, прорезаем массивом, и прорезаем шпоночные пазы, получаем конечный элемент

Эскиз, Вытянутый вырез





Остальные элементы создаются подобным образом.



Создание сборки



После создания деталей переносим их в сборку:

Создаем файл сборки: Файл – Создать – Сборка.

Добавляем в сборку составляющие детали: Вставка – Компонент – Из файла. При этом базовой деталью является вал, и остальные элементы лишаются степеней свободы относительно этой детали.

Проставляем сопряжения между поверхностями и кромками деталей (рисунок 1.4)



Рисунок 1.4 – Сопряжения между деталями сборки



В результате получаем сборочную модель узла, представленную на рисунке 1.5. А на рисунке 1.6 покажем существующие физические взаимосвязи между деталями в узле редуктора. Последовательность сборки показана в

таблице 1.4.

Таблица 1.4 – Последовательность сборки.

Действие

Модель

Ставим шпонки в шпоночные пазы вала



Садим на вал косозубое колесо



Ставим дистанционное кольцо



Действие

Модель

Ставим подшипники



Ставим крышку



Вставляем болты





Продолжение таблицы 1.2

Действие

Модель

Ставим дистанционное кольцо(2)



Вставляем в шпоночные пазы шпонки



Надеваем звездочку



Действие

Модель

Закрепляем звездочку ст. гайкой











Рисунок 1.5 – Сборочная модель узла с условными обозначениями













Обоснование выбора средств разработки. Таблица сравнения базовых программных средств



В качестве средств разработки выбрана среда разработки приложений Delphi 5.0 и система объемного моделирования SolidWorks2001. Выбор данных средств обусловлен широкой функциональностью, распространенностью и хорошей документированностью данных средств. 

Оценка средств разработки (по десятибалльной шкале) дана в табл. 3.1 и 3.2.



Таблица 3.5 – Оценка программных сред разработки (по 10-бальной системе).

Наименование

Delphi 5.0

Visual Basic

Visual C++

Весовой коэффициент важности цели ai

Визуальные средства RAD разработки

10

7

4

0,2

Поддержка COM/DCOM

9

8

10

0,15

Поддержка баз данных

10

7

6

0,15

Скорость выполнения программ

8

3

10

0,1

Поддержка объектно-ориентированных средств

8

5

10

0,2

Наличие доп. Компонент

10

6

6

0,1

Простота применения

10

8

4

0,1

Язык программирования

ОPascal

Basic

C++

Итого: 1



Определим общую оценку для каждого программного средства:

Delphi 5.0:

Q=10*0,2+9*0,15+10*0,15+8*0,1+8*0,2+10*0,1+10*0,1=9,25

Visual Basic:

Q=7*0,2+8*0,15+7*0,15+3*0,1+5*0,2+6*0,1+8*0,1=6,35

Visual C++:

Q=4*0,2+10*0,15+6*0,15+10*0,1+10*0,2+6*0,1+4*0,1=7,2



Таблица 3.6 – Оценка программных средств моделирования

Наименование

Solid Works 2001

AMDT 4

Компас График 4.x

Весовой коэффициент важности цели ai

Динамическая параметризация чертежей

10

9

9

0,3

Твердотельное моделирование

10

8

9

0,2

Поддержка национальных стандартов

7

7

10

0,15

Средства интеграции

9

7

2

0,2

Кинематические расчеты

-

-

8

0,02

Прочностные расчеты

9

9

7

0,03

Поддержка баз стандартных элементов

8

6

10

0,1









Итого 1



Определим общую оценку для каждого программного средства:

Solid Works 2001: 

Q=10*0,3+10*0,2+7*0,15+9*0,2+0*0,02+9*0,03+8*0,1=8,92.

AMDT 4: 

Q=9*0,3+8*0,2+7*0,15+7*0,2+0*0,02+9*0,03+6*0,1=7,62.

Компас График 4.x: 

Q=9*0,3+9*0,2+10*0,15+2*0,2+8*0,02+7*0,03+10*0,1=7,77.

Исходя из посчитанных критериев, можно сделать вывод, что выбранные продукты разработки являются оптимальными для решения поставленной задачи.



3. Создание чертежа и “взорванного” вида



Чертеж в среде SolidWorks создается очень просто:

создаем новый файл чертежа: : Файл – Создать – Сборка;

добавляем стандартные виды: Вставка – Чертежный вид – 3 стандартных вида;

создаем разрез и проставляем габаритные размеры. 

В результате получаем чертеж, представленный в приложении Б.

Для создания взорванного вида открываем сборочную модель узла и выбираем пункт меню «Вставка – Вид с разнесенными частями» после чего появляется диалоговое окно (рисунок 5.1).



Рисунок 5.3 – Диалоговое окно создания “взорванного” вида



Здесь на каждом шаге необходимо указать, какие компоненты необходимо перенести на расстояние от их первоначального положения и в каком направлении.

После разнесения мы получим “взорванный” вид объемной собранной модели узла, показанный на рисунке 5.2.



Рисунок 5.4 – “Взорванный” вид объемной модели узла



Заключение



В процессе выполнения курсовой работы по дисциплине “ИСАПР в машиностроении” была построена трехмерная модель узла цилиндрической передачи редуктора и проведена ее частичная параметризация. Для создания трехмерной модели использовалась среда автоматизированного проектирования Solidworks 2001, которая является на сегодняшний день одной из самых популярных “легких” систем автоматизированного проектирования. Система автоматизированного проектирования Solidworks 2001 предоставляет пользователям широкий набор средств создания трехмерных твердотельных моделей и чертежей. Своими достоинствами Solidworks 2001 обязан тщательно продуманным принципам работы, позволяющим пользователям быстро и эффективно воплощать свой идеи в трехмерные модели.

При выполнении курсовой работы была осуществлена частичная параметризация узла, а именно параметризация вала. Разработанный модуль параметризации является полнофункциональной независимой частью интегрированной системы проектирования и параметризации узла (или редуктора в целом) и консолидирует в себе систему автоматизированного проектирования Solidworks 2001, систему управления базами данных, модуль расчетов и принятия решения.

Таким образом, на основании навыков работы с системой твердотельного моделирования Solidworks 2001, приобретенных в результате выполнения курсовой работы, можно заключить, что на сегодняшний день она является одной из лучших систем автоматизированного проектирования, открытой к интеграции с другими компонентами единой системы.

Список литературы



Методические указания к курсовому проекту по дисциплине «Интегрированные САПР в машиностроении» для студентов - 7.080402 и магистрантов- 8.080402 специальности "Информационные технологии проектирования" /Сост. А.Ф.Тарасов, Ю.А.Швецов - Краматорск: ДГМА, 2000. – 18 с.

Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Детали машин. Курсовое проектирование. М. 1990.

Киркач Н.Ф., Баласанян Р.А. Расчет и проектирование деталей машин. Харьков 1991.



Приложение A

сборочный чертеж 



Приложение Б Спецификация сборочного чертежа 

Формат 

Зона 

Позиция 

Обозначение 

Наименование 

Кол. 

Примечание 





































Документация



























Пояснительная записка

1







































Детали



























Вал













Колесо косозубое

1











Кольцо дистанционное 1

1











Крышка

1











Звездочка

1











Шпонка 45х6х7

4











Кольцо дистанционное 2

1







































Стандартные изделия



























Болт М6

5











Подшипник роликовый

1







































Прочее



























Проект в формате SldAsm

1