| Жирных Борис Георгиевич | (Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана) | |
| Минеев Алексей Борисович | (Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана) | |
|
|
Полубинская Людмила Георгиевна | (Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана) |
| Хуснетдинов Тимур Рустямович | (Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана) |
Содержится информация о преимуществах системы Autodesk Inventor перед традиционными способами разработки конструкторской документации. Освещены общие вопросы несоответствия изображений, получаемых с помощью программы Autodesk Inventor, изображениям пружин согласно требованиям Единой Системы Конструкторской Документации (ЕСКД). Особое внимание уделено моделированию пружины с полностью поджатым крайним витком, зашлифованным на ¾ дуги окружности и получению изображения этой пружины на чертеже по ЕСКД. Для студентов, изучающих курс компьютерной и инженерной графики, а также может быть полезно для слушателей факультета повышения квалификации и начинающих молодых преподавателей в качестве вспомогательного материала в работе со студентами.
В настоящее время все интенсивнее внедряются в учебный процесс системы твердотельного моделирования и создания электронных чертежей. Стоит отметить неоспоримые преимущества данных систем перед традиционными способами разработки конструкторской документации: возможность визуализации (наглядность), высокая производительность и точность построения чертежа, удобство хранения и редактирования электронной модели с последующим автоматическим изменением чертежа. Основным конструкторским документом для деталей является чертеж. А правильность его составления целиком зависит от квалификации исполнителя (студента, инженера, проектировщика), от качества созданной им модели и от знания им требований Единой системы конструкторской документации. Основой правильности чертежа является его соответствие требованиям ЕСКД (Единой Системы Конструкторской Документации).
Графические системы AutoCAD, Inventor и др. на сегодняшний день не являются абсолютно адаптированными к требованиям стандартов ЕСКД, и эти несоответствия на стадии оформления чертежа приходится устранять «вручную». Это, во-первых, увеличивает время оформления конструкторской документации, а во-вторых, и это главное – эти искусственные наложенные построения нарушают ассоциативную связь, однозначное соответствие между моделью и её чертежом.
Кроме того, и в ЕСКД ещё не сформулированы в полной мере требования и допущения в оформлении различных чертежей, получаемых с помощью графической системы и базирующихся на модели.
Например, для внедрённой на кафедре РК1 «Инженерная графика» системы «Autodesk Inventor» такими являются:
Описание создания модели и чертежа пружины, выполненные в системе Autodesk Inventor [1, 2], дало хорошие результаты с геометрической точки зрения. Студенты, обучающиеся по экспериментальной программе специальности РК9 «Компьютерные системы автоматизации производства» в МГТУ им. Н.Э. Баумана [3], не испытали серьезных проблем с созданием модели и чертежа пружины, несмотря на то, что система 3D моделирования иногда дает непредсказуемые результаты [4]. Также, стоит отметить, что в стандарте на изображение пружин приведены несколько их видов [5], [6]. Описание, изложенное в [6]. носит рекомендательный характер и предназначено лишь для создания пружины с поджатым крайним витком на ¾ и зашлифованным на ¾ дуги окружности. Создание других видов пружин имеет ряд особенностей, которые не всегда возможно реализовать в системах твердотельного моделирования и создания электронных чертежей
В дальнейшем речь пойдет о моделировании пружины с полностью поджатым крайним витком, зашлифованным на ¾ дуги окружности и получении изображения этой пружины на чертеже по ЕСКД.
Рабочий чертёж пружины содержит информацию о геометрии детали (изображение и размеры - диаметр проволоки, количество витков, высота, диаметр пружины и др.) и связанные с геометрией контролируемые силовые параметры, которые представлены в форме диаграммы испытаний, на которой показывают зависимость нагрузки от деформации или деформации от нагрузки [5], [6].
Ряд параметров указывается в технических требованиях. См. рис.1, 2 и 3.
|
|
|
|
Рис. 1. Изображение пружина сжатия по стандарту |
Рис. 2. Геометрия крайнего витка |
|
|
|
Рис. 3. Технические требования |
В графической системе Inventor предусмотрена возможность проектирования и расчёта некоторых деталей и узлов, в том числе и пружин, в среде «Сборочная единица». Диалоговое окно Генератор компонентов пружины сжатия содержит вкладку Модель с набором параметров, определяющих геометрические характеристики, и вкладку Расчёт, где можно ввести силовые параметры и свойства материала.
В курсе инженерной графики расчеты, относящиеся к специальным разделам курса «Сопротивление материалов», не проводят и ограничиваются только геометрическими параметрами и на чертеже, и в технических требованиях.
Ограничимся вопросами создания электронной модели и чертежа пружины сжатия.
В качестве примера рассмотрим создание электронной модели и чертежа пружины сжатия по известным геометрическим параметрам. Сразу следует отметить, что моделирование пружины с полностью поджатым витком по номинальным размерам не представляется возможным. Это связано с самопересечением поджатого витка с не поджатым. В качестве решения этой проблемы предлагаем воспользоваться размерами на пружины с допусками, что позволит обеспечить зазор между поджатым и не поджатым витками [7].
Из [5] воспользуемся изображением пружины (рис. 1, 2).
В качестве входных параметров пружины принимаем следующие.
Длина пружины: L0 = 42 мм;
Диаметр проволоки пружины: d = 4 мм;
Наружный диаметр пружины: D = 24 мм;
Число рабочих витков: n = 4,5;
Число общих витков: n1 = 6,5.
Данную пружину будем моделировать из трех частей: рабочая основная часть – несжатая (длина пружины рабочих витков), опорные части – сжатые и подшлифованные.
Зазор между концом опорного витка и соседним рабочим витком при поджатии целого опорного витка определим из [7]. Для пружины, с поджатыми по одному с каждого конца витками, зазор a между концами опорных витков и соседними рабочими витками в свободном состоянии не должен превышать 0,2*f3,
где f3 = t – d, t - номинальный шаг навивки рабочих витков.
Для нашего случая t = (L0-1,5*d) / n.
Подставляя исходные данные, получим:
t =(42-1,5*4) / 4,5 = 8 мм.
Для зазора а примем коэффициент 0,025, следовательно
a = 0,025*(8-4) = 0,1 мм
Необходимо помнить, что зазор между концами опорных витков и соседними рабочими витками в свободном состоянии необходимо учитывать с двух сторон пружины.
Длину рабочей части H определим по формуле:
H=L0-1,5*d-2*a, следовательно
H=42-1,5*4-2*0,1 = 35,8 мм.
На плоскости XY создаем эскиз (рис. 4).
Далее нажимаем клавишу Принять эскиз и запускаем команду Пружина. В одноименном диалоговом окне вводим следующие параметры (рис. 5):
|
|
|
|
Рис. 4. Начальный эскиз |
Рис. 5. Задание параметров основной части пружины |
Способ задания – Число витков и длина;
Число витков – 4,5;
Длина – 35,8.
Полученный результат представлен на рис. 6.
|
|
|
Рис. 6. Результат создания рабочей основной части пружины |
Сначала создаем поджатый участок пружины. Для этого на торцевой плоскости витка создаем эскиз (рис. 7). Эскиз может оказаться пустым, если в настройках не стоит флажок Проецировать геометрию.
|
|
|
Рис. 7. Эскиз для создания поджатого участка пружины |
Далее нажимаем клавишу Принять эскиз и запускаем команду Пружина. В одноименном диалоговом окне вводим следующие параметры (рис. 8):
Способ задания – Число витков и длина;
Число витков – 1;
Длина – 4,1 (длина равна d+a);
|
|
|
Рис. 8. Задание параметров поджатого участка пружины |
Полученный результат представлен на рис. 9.
Далее создаем опорную плоскость пружины, отрезая от поджатого витка ¾ его высоты. Для этого на торцевой плоскости поджатого витка создаем эскиз (рис. 10). Для данного типа пружины плоская часть составляет ¾ витка, поэтому остается ¼ витка, что по (высоте) толщине витка составляет 1 мм (рис. 10).
|
|
|
|
Рис. 9. Результат создания поджатого участка пружины |
Рис. 10. Эскиз для создания опорной плоскости пружины |
Далее нажимаем клавишу Принять эскиз и запускаем команду Разделить. В качестве разделяющего элемента выбираем вертикальный отрезок (рис. 11).
|
|
|
Рис. 11. Использование команды Разделить для создания опорной части пружины |
Полученный результат представлен на рис. 12.
Повторяем описанные действия для формирования опорного поджатого витка с другой стороны пружины (рис. 13)
|
|
|
|
Рис. 12. Результат создания опорного поджатого витка |
Рис. 13. Результат создания пружины |
На базе созданной модели создадим изображение пружины - выполним разрез и проставим размеры (рис. 14), как на рис. 1 и 2.
Полученные размеры с десятыми и сотыми долями миллиметра объясняются обеспечением зазора между полностью поджатым витком и соседним не поджатым. Чтобы решить данную проблему можно понизить точность размеров. Для этого необходимо подвести курсор мыши к размеру и нажать правую кнопку мыши, затем выбрать строку Точность и установить нужную точность. Полученный результат представлен на рис. 15.
|
|
|
|
Рис. 14. Проверка геометрии пружины |
Рис. 15. Результат редактирования геометрических параметров пружины |
Чертеж пружины представлен на рис. 16.
|
|
|
Рис. 16. Чертеж пружины |
Следует отметить, что по ГОСТ 2.401-68 при изображении пружин применяют целый ряд условностей и упрощений, а чертёж, полученный на базе ранее созданной модели, этим требованиям несколько не соответствует:
П1.1. «При вычерчивании вида винтовой цилиндрической или конической пружины витки изображают прямыми линиями, соединяющими соответствующие участки контуров.
В разрезе витки изображают прямыми линиями, соединяющими сечения. Допускается в разрезе изображать только сечения витков».
Сечения витков пружины продольной плоскостью изображают в виде кругов.
П1.2. «При вычерчивании винтовой пружины с числом витков более четырёх показывают с каждого конца пружины 1 – 2 витка, кроме опорных. Остальные витки не изображают, а проводят осевые линии через центры сечений витков по всей длине пружины».
П1.5. На сборочных чертежах пружины, изготовленные из проволоки диаметром 2 мм и менее, изображают одной сплошной толстой основной ломаной линией.
Все эти условности позволяют повысить производительность чертёжно-графических работ при выполнении их традиционным способом – карандашом.
Система Autodesk Inventor позволяет быстро получить точное изображение пружины - лекальные кривые, соединяющие поперечные сечения витков проволоки (Рис. 14).
Используя графическую систему «Autodesk Inventor», можно, предварительно создав модель пружины, довольно быстро получить её точный чертёж. И, не смотря на директивный характер указаний ГОСТ 2.401-68 [5] можно воспользоваться ГОСТ 2.109 – 73 [6] (П1.1.1а. Рабочие чертежи на бумажном носителе (в бумажной форме) и электронные чертежи могут быть выполнены на основе электронной модели детали и электронной модели сборочной единицы [8] и не применять условности и упрощения в изображении пружин). Опираясь на основные положения ГОСТ 2.305 – 2008 [9] можно использовать на чертежах изображения пружин как изображения цифровых прототипов, т.к. в этом случае не наносится ущерб наглядности чертежа.
На базе описанного материала можно обучать студентов выполнять модели и чертежи пружин различных типов.
Хейфец Александр Львович (9 марта 2017 г. 7:04) |
Уважаемые коллеги из МВТУ, уважаемы Борис Георгиевич, как первый автор. По Вашей статье о современном 3d методе построения чертежа пружины, то есть, начиная с ее 3d модели. Все правильно, современно. Но несколько замечаний. Все-таки ГОСТ на чертежи пружин Вы нарушили, показав проекции витков не прямыми линиями, а как они есть – синусоидами. Можно ли это делать? Мы так же строим чертежи пружин по 3d, но в этом случае вынужденно требуем стереть синусоиды и провести касательные к окружностям сечений и соблюсти морально-устаревший, но действующий ГОСТ. Извините, что всем пишу о нашем учебнике. Но ведь модели 3d пружин у нас подробно рассмотрены: А.Л. Хейфец и др. Инженерная 3d компьютерная графика. Учебник и практикум для академического бакалавриата. Изд. 3-е. М.: Юрайт. 2015, 605 с. Там есть большая глава 24 “Пружины”. В ней геометрически-точные 3d модели пружин сжатия с поджатыми и подрезанными крайними витками, пружины растяжения с различными сложными зацепами и теорией их построения как сложных пространственных кривых, пружины кручения и многое другое, в том числе и построений чертежей по этим моделям. Такая же глава есть и во 2-м издании. Эти книги есть во всех библиотеках, ибо по данным издательства их закупили 200 вузов РФ, за что мы и наш ректор за нас (поскольку он нам не мешал) даже получили специальную грамоту издательства. Досадно, что эти работы Вам не известны. С уважением. А.Л. Хейфец |
Горнов Александр Олегович (9 марта 2017 г. 10:39) |
Коллеги, здравствуйте! Наверно все участники КГП заметили, что представители старейшей и, наверно, самой большой в России кафедры, ведущей геометро - графическую подготовку, активно подключаются к работе КГП! …Спасибо за понятный доклад. Позвольте всего один вопрос для уточнения: нет ли у Вас баз (пусть небольших) ЭМ стандартных деталей, выполненных в том же пакете и доступных студентам? Создаёте ли Вы учебные базы ЭМИ? C уважением. А.О. |
Головнин Алексей Алексеевич (9 марта 2017 г. 11:51) |
Здравствуйте Борис Георгиевич, Алексей Борисович, Людмила Георгиевна, Тимур Рустямович! В ответах на вопросы по моему докладу я высказывал пожелание о методических разработках по получению ЭМД пружин и почти сразу появился Ваш доклад, очень интересный для меня и, наверное, для всех. Есть несколько вопросов. «Создание других видов пружин имеет ряд особенностей, которые не всегда возможно реализовать в системах твердотельного моделирования и создания электронных чертежей» Это вызывает полное неприятие. Получается, что изготовить можно, а ЭМД получить нельзя? Действительно, бывают варианты, требующие неоправданных затрат времени, о варианте выхода из такого положения мы писали в ответах на вопросы к нашему докладу на этой конференции. В графической системе Inventor предусмотрена возможность проектирования и расчёта некоторых деталей и узлов, в том числе и пружин, в среде «Сборочная единица». Далее вы приводите «Длина пружины: L0 = 42 мм;». Но в среде «Сборочная единица» было бы естественным длину определять в контексте сборки? Возможно, я спешу вместо вас ответить на вопрос уважаемого Александра Львовича, но хочется поделиться и своим мнением. Есть действующий, хотя и архаичный ГОСТ 2.004-88. ЕСКД. Общие требования к выполнению конструкторских и технологических документов на печатающих и графических устройствах вывода ЭВМ. Он содержит разрешения на очень много больших отступлений от других стандартов ЕСКД. Там, например, есть разрешение «пересекать и заканчивать штрих-пунктирные линии не только штрихами». А очень часто приходится видеть, как на занятиях по КГ преподаватель учит студента всевозможным мудростям по получению пересечений штрихами. Для компьютерной программы одинаково легко построить и прямую и синусоиду. И надо ли заменять синусоиду прямой, если это не нанесет ущерб наглядности изображения, а даже напротив? Имею самое поверхностное представление об использованной вами САПР. Но в отечественном КОМПАСе есть библиотека для проектирования винтовых пружин в КОМПАС-SPRING http://support.ascon.ru/source/info_materials/kompas-spring.pdf Какое преимущество или отличие дало Вам в данном случае использование Inventor? С уважением Головнин А.А. |
|
Минеев Алексей Борисович (9 марта 2017 г. 16:51) |
Здравствуйте,уважаемые коллеги! По поводу определения длины пружины в контексте сборки Inventor. В нашем случае,в учебных целях, студенты выполняют сначала эскизы всех деталей,а затем по эскизам делают модели деталей и модель сборочной единицы.Соответственно модель пружины может быть выполнена как режиме "Модель" так и в режиме "Сборка". В первом случае при установке пружины в сборку необходимо отредактировать ее длину и шаг. То же самое происходит и при выполнении модели пружины в графическом пакете SolidWorks(некоторые специальности в МГТУ им.Н.Э.Баумана изучают этот пакет). По поводу замены синусоиды на прямую-вопрос для дискуссии. По вопросу преимущества того или иного пакета выскажу личное мнение.Программы Inventor, а особенно SolidWorks,NX более информативны и интересны при изучении студентами САПР, чем Компас.Студенты, что называется начинают чувствовать эти пакеты "на кончиках пальцев" ,даже где-то чисто интуитивно. Но просто для двухмерного черчения "Компас"конечно удобнее. Учебник,на который ссылается наш многоуважаемый коллега,к сожалению в поле нашего зрения не попал.Но как говориться "идеи витают в воздухе".Так что ,чем больше литературы для изучения предмета-тем лучше. |
|
Хейфец Александр Львович (9 марта 2017 г. 18:32) |
Алексей Борисович, в связи с Вашей критикой наглядности многомерной геометрии. Согласен с Вами. Но возьмем чуть шире. Как Вам термины "мнимая геометрия", "мнимые точки и линии". Например, "коника, построенная по 3-м действительным и двум мнимым точкам". Публикаций о мнимостях много, они разрастаются, и здесь на конференции их уже 2-3. Для нормального восприятия "мнимые" - значит их в нашем пространстве нет, они вытекают из формального решения аналитических уравнений. Хотя за такие слова их авторы (наши "математики") обзывает нас "средневековьем". Так неприятие мнимого в реальных построениях – это “средневековье” или здравый смысл. С уважением. А.Л. Хейфец. |
|
Полубинская Людмила Георгиевна (9 марта 2017 г. 22:17) |
test |
|
Полубинская Людмила Георгиевна (12 марта 2017 г. 0:31) |
Уважаемый Александр Львович!
Конечно же, мы знакомы с Вашими работами, уважаем вклад Ваш и вашего коллектива в наше общее дело, а Ваш учебник (правда, издания 2012г.) есть в моей личной библиотеке.
Теперь о содержательной части. Поскольку мы работаем в одной области и решаем одни и те же задачи, то независимо друг от друга мы приходим к одним и тем же решениям, т.к. в основе нашей работы – и нас - пользователей, и программистов – лежит ГЕОМЕТРИЯ с её незыблемыми законами. Вот и в этом случае – вы на первом этапе строите сложную направляющую, состоящую из «кусочков» винтовых линий, а затем формируете 3D объект. А мы «собираем» пружину из отдельных 3D «кусочков». Здесь нет никакой принципиальной разницы. Другое дело в том, что созданная нами (и вами) модель не является цифровым прототипом, т.к. она содержит информацию только о геометрии пружины. Ни модель, ни чертёж не имеет никаких силовых характеристик и не содержит результатов расчётов. Да и геометрия неполная, т.к. в ней отсутствуют переходные участки между рабочей частью пружины и её опорными витками. Т.е. мы на этом примере просто знакомим студентов с некоторыми возможностями пакета, с приёмами создания «упрощённых» моделей определённых деталей.
Что касается стандартов. Мы, конечно же, не противники стандартов, мы были, есть и будем сторонниками их. Мы хорошо знаем, к чему привело введение технического регламента - нормативного акта, обязательного для выполнения, в отличие от Государственного стандарта, который теперь носит добровольный характер. Но! В стандарте ГОСТ 2.305-2008 в П.5.1 есть требование «При выполнении графических документов в форме электронных моделей (ГОСТ 2.052) для получения соответствующих изображений следует применять сохранённые виды». А П.7.11 –«Сохранённые виды должны быть ассоциативно связаны с моделью предмета, и изменения в модели должны вызывать соответствующие изменения сечений во всех сохранённых видах». Раздел Условности и упрощения - П.9.1 Подробность выполнения изображения предмета устанавливает разработчик исходя из требований к содержанию документа в зависимости от стадии разработки (ГОСТ 2.103) и вида документа (ГОСТ 2.102)». Даже в приведённых цитатах проявляются некоторые противоречия. Более того, в стандартах вообще требования к оформлению К.Д. при переходе на новые технологии только начинают формироваться и формулироваться. Всё это находится в «режиме отладки и тестирования». А в том, что касается раздела Условности и упрощения и некоторых других требований ЕСКД, мы согласны с мнением Алексея Алексеевича – они разработаны для традиционного способа (карандаш и бумага) оформления К.Д. и служат для ускорения, упрощения и облегчения выполнения чертежей. Если приводить чертежи, полученные с помощью таких графических пакетов как Inventor, в соответствие с ЕСКД, то это требует значительных усилий и времени. Можно спрятаться за П.5.1. Но, кроме того, при таком редактировании мы разрушаем ассоциативную связь между моделью и чертежом, что является не только нарушением (см. П.7.11), но и просто свидетельствует о нерациональном использовании инструмента. Inventor это пакет для выполнения проектных работ, для цифрового прототипирования изделий; для ускорения и удешевления процесса разработки, отладки и производства изделий. По требованию специальных кафедр мы учим студентов современным способам получения и оформления К.Д. Но какому проектированию можно научить студента-первокурсника на 2-ом семестре за 17 часов (а весной у нас много праздников)? Простите, но это больше напоминает «Лепим фигурки из пластилина». Конечно, находятся студенты, которым интересно, которые хотят больше знать. Или отдельная кафедра, которая выделяет дополнительное время и одобряет наши предложения и оригинальную программу. Тогда мы и работаем! А так – пишем статьи и пособия «для самостоятельной работы студентов» Простите великодушно за задержку с ответом и за многословие. С уважением, Полубинская Л.Г.
|
|
Полубинская Людмила Георгиевна (12 марта 2017 г. 0:33) |
Уважаемый Александр Олегович! Спасибо Вам за интерес и внимание к нашей работе и за поддержку в начавшейся полемике с уважаемым Александром Львовичем. С «Проектированием в среде сборочной единицы» мы знакомили студентов 2-го курса в рамках того самого расширенного курса, о котором я упоминала в ответе Александру Львовичу. У нас была возможность, конечно, не проектировать, но работать с моделью сборочной единицы и моделями деформируемых деталей (пружина из их числа) и К.Д. на них. Ведь в «сборке» пружина другая, нежели на чертеже – модель должна соответствовать её свободному состоянию. Что касается программы КОМПАС, то на неё у нас не было «заказчиков». Ведь нас теперь ориентируют на работу «под заказ»! (Оказываем Образовательные УСЛУГИ»!) «Нам нужен AutoCAD», «А нам – «Inventor». Кто-то просит «Solid».И мы как-то специализируемся. Конечно, по сути, в основе всех программ одно и то же, но интерфейс - разный, и у каждого из нас свои предпочтения и наработки, да и всё знать на приличном уровне невозможно. С уважением, Полубинская Л.Г. |
|
Полубинская Людмила Георгиевна (12 марта 2017 г. 0:37) |
Уважаемый, Александр Олегович! Спасибо за приветствие, мы понимаем, что это не нам, а нашему ВУЗу. Нет, баз у нас нет. Зато есть базы, которые создают сами студенты и базы готовых заданий по всем разделам всех курсов, которые создают те, кто ими торгует. В первую очередь – это всякие «лавочки», которые получают деньги за распечатку, в том числе - работ по Инженерной графике. Согласитесь, это одна из проблем IT технологий в образовании. С уважением, Полубинская Л.Г. |
|
Полубинская Людмила Георгиевна (12 марта 2017 г. 0:48) |
Алексей Алексеевич! Простите. простите. простите.....!!! Ответ Вам адресовала Александру Олеговичу....Простите! Будьте снисходительны и великодушны!
|
|
Головнин Алексей Алексеевич (12 марта 2017 г. 0:58) |
Людмила Георгиевна! Спасибо за Ваш ответ, я разобрался где он. Не переживайте, вы ни в чем не виноваты :-) С уважением Головнин А.А. |
