Построение трехмерной параметрической модели торцевой зубчатой передачи для измельчителя материалов

В настоящее время создание твердотельной модели проектируемой передачи является необходимым условием обеспечения эффективности ее работы.

Особое внимание уделяется оптимизации параметров на изготовление зубчатой передачи торцевого зацепления как основного рабочего органа измельчителя [1]. Автоматизированное создание твердотельной модели передачи, позволяющей варьировать ее геометрические параметры, актуально и открывает широкие возможности для дальнейшего анализа качественных характеристик передачи.

Для реализации автоматизированного параметризованного построения передачи была выбрана среда

SolidWorks [2; 3]. Этот инструментарий позволяет реализовывать гибридное параметрическое моделирование, проектирование деталей, экспресс-анализ (массово-инерционные характеристики, анализ прочности и кинематики), вноситьлюбые изменения в модель на любом этапе проектирования, проводитьпроверку на наличие коллизий сборки (интерференции, зазоров и т. д.), проводить анализ напряженно-деформированного состояния деталей, автоматически создаватьчертежи по нормам ЕСКД и вноситьв них изменения.

Разработка модуля параметризированного построения зубчатой торцевой передачи осуществляласьв про- граммном продукте CodeGear не ниже 2009 г., с помощью ActiveX-технологий.

При создании твердотельной модели использовались следующие разделы инженерной и компьютерной графики: компьютерная графика, моделирование тела выдавливанием из плоскости, вращением вокруг оси, выдавливанием по сечениям и по траектории, создание сопряжений компонентов сборки.

Рабочий орган измельчителя – зубчатая передача торцевого зацепления, с сопряженными профилями зубьев колеса и шестерни (рис. 1).

Рис. 1. Зубчатая передача торцевого зацепления, общий вид

Процесс создания моделей шестерни и колеса включает несколько этапов.

На первом этапе создается эскиз и тело заготовки, далее – эскиз основания зуба на плоскости заготовки (рис. 2), причем параметризация в SolidWorks требует после построения эскиза задатьвзаимосвязи и размеры так, чтобы эскиз оказался полностью определенным (команды AddDimension, которая добавляет размер в эскизе и SketchAddConstraints для добавления взаимосвязей в эскизе между выделенными объектами). Эскиз строится с помощью оси симметрии (команда Constraction-Geometry, которая преобразует выделенный объект в справочную геометрию), сплайна по заданным точкам (команда CreateSpline, которая создает сплайн по заданному массиву координат точек) и прямой линии (команда ICreateLine2, которая создает прямую сплошную линию, в передаваемых параметрах координаты начальной и конечной точек).

Путем зеркального отражения получается вторая половина эскиза, и после замыкания дугами окружностей (команда FeatureRevolve – создание повернутой бобышки вокруг оси), создается твердотельная модель операцией вытягивания (команда FeatureExtrusion2 – создание вытянутой бобышки по текущему эскизу).

Параметризация выполняется согласно математическому описанию профилей шестерни и колеса, изложенному в [4].

Далее строится эскиз заготовки шестерни. Для этого применяется команда «Повернутая бобышка/основа-ние», с помощью которой полученный эскиз проворачивается и получается твердотельная заготовка шестерни.

Затем изображается профильзуба шестерни с помощью команды «Сплайн», с использованием полученных по математической модели координат точек профиля зуба.

Рис. 2. Эскиз зуба шестерни

На следующем этапе производится вытягивание зуба, с использованием команды «Вытянутая бобышка/основа-ние», затем с помощью команды CirclePattern2, которая служит для создания кругового массива элементов вокруг выбранной оси или выбранной цилиндрической поверхности, формируется необходимое количество зубьев и тем самым завершается построение шестерни (рис. 3).

Рис. 3. Шестерня зубчатой передачи торцевого зацепления

При построении модели колеса необходимо пройти те же этапы: от построения эскиза (рис. 4) до получения твердотельной модели детали (рис. 5).

Алгоритм работы программы представлен на рис. 6, интерфейс программы параметрического построения торцевой зубчатой передачи – на рис. 7. Входными параметрами программы являются параметры построения колеса (диаметры впадины, делительный и вершины; число зубьев), параметры построения шестерни (диаметры впадины, делительный и вершины; число зубьев), общие параметры построения (высота зуба и угол наклона профиля зуба).

Пользователю предоставляется выбор: либо просмот-ретьполученную деталь, либо сохранить деталь без просмотра, используя расширение SLDPRT.

В итоге, в зависимости от выбора пользователя, мы имеем либо файл сохраненной детали, либо твердотельную модельдетали, построенную в SolidWorks в версии не ранее 2008 г. Далее происходит синтез деталей в передачу (см. рис. 1).

Рис. 4. Эскиз заготовки колеса

Рис. 5. Колесо зубчатой передачи торцевого зацепления

Разработанный программный модульпозволяет осу-ществлятьавтоматическое построение передачи с варьируемыми геометрическими параметрами, такими как количество зубьев, угол наклона профиля зуба, диаметры впадин, вершин колеса и шестерни и т. д. В таблице приведены параметры конкретной торцевой зубчатой передачи. Зацепление, построенное с помощью описанного выше программного продукта, показано на рис. 8.

Применение разработанного программного продукта для параметрического построения твердотельной модели передачи в пакете SolidWork позволило уже на этапе проектирования провести необходимые проверки качественных характеристик передачи (в частности, была проведена поверка на наличие интерференции), упростить многие расчеты (например, определение объема рабочей области) и автоматизироватьпроцесс получения конструкторской документации.

Рис. 6. Алгоритм программы параметрического построения передачи