Программное обеспечение графического моделирования планетарного редуктора Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

2. Борисов Ю.С. Организация ремонта и технического обслуживания оборудования. М.: Машиностроение, 1978. 360 с.

3. Пустотин Л.С., Горчуков К.А., Желдаков И.Я. Система регламентированного технического обслуживания металорежущего оборудования на машиностроительных заводах. М.: Машиностроение, 1974. 43 с.

4. Норенков И.П. Основы1 автоматизированного проектирования: учебник для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.

Баумана, 2002. 336 с.

5. Амиров Ю.Д. Основы1 конструирования: Творчество - стандартизация - экономика. М.: Изд-во стандартов, 1991. 392 с.

A. Inozemtsev, A. Antsev

Identification of manufacturing equipment's repair project

Fusion of documentation for maintenance works, repair and modernization of manufacturing equipment in one united hierarchical structured informational object - repair project - is represented.

Получено 12.11.2009

УДК 621.81

А. Г. Трошина, студент, (4872) 35-18-87, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ),

Н. Н. Трушин, д-р техн. наук, проф. (4872) 35-18-87, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ)

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ГРАФИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПЛАНЕТАРНОГО РЕДУКТОРА

Рассмотрен процесс автоматизации трехмерною компьютерного моделирования планетарного редуктора. Для этого были созданы параметрическая сборка планетарного редуктора и программа расчета его основных параметров по исходным данным и передачи их в трехмерную модель. Представлены объектная модель программы, а также алгоритм ее функционииования

Ключевые слова: планетарный редуктор, программное обеспечение, компъю-терное моде ляяoвание, трехмерная модель, проектирование.

В настоящее время велика потребность российской промышленности в редукторах планетарного типа. Особо это ощущается в такой отрасли, как цементная промышленность. Здесь для горизонтальных шаровых мельниц используют обычно двухступенчатые планетарные редукторы. Так, например, только в цементной промышленности России работают около 40 тяжелых планетарных редукторов. При этом в отрасли существу-

ет устойчивый спрос на такие редукторы, поскольку выпуск цемента увеличивается, а старые редукторы постепенно приходя в негодность. Кроме этого, планетарные редукторы используются и в приводах других машин различного назначения (в горной промышленности, судостроении и др.).

Тяжелые планетарные редукторы изготавливаются на специализированных предприятиях и поставляются на цементные заводы как готовые изделия. В процессе согласования проекта редуктора между заказчиком и потребителем часто возникает проблема, связанна со сложностью представления устройства столь дорогого планетарного редуктора (примерна рыночная стоимость подобного редуктора составляет около миллиона евро). Справиться с этим затруднением помогает трехмерное моделирование объекта. Принимая во внимание большое количество изменяемых параметров, заинтересованным сторонам необходимо иметь программные средства, способные по определенным входным данным провести геометрически расчет модели планетарного редуктора и передать рассчитанные параметры в трехмерный сборочный чертеж.

С этой целью была разработана программа обеспечения трехмерного графического моделирования планетарного редуктора. Так как существует большое количество схем планетарных редукторов, которые могут быть применены на практике, то было принято решение о моделировании редуктора типа СРи по классификации швейцарской фирмы "МАЛО" (чго

соответствует типу АЬа по отечественной классификации)[2].

Именно редуктор такой конструктивной схемы наиболее часто применяется в цементной промышленности для горизонтальных шаровых мельниц. Так как большинство параметров редуктора все же являются уникальным решением конструктора, то в рамках данной работы основной упор сделан именно на визуализацию данного редуктора, чтобы упростить понимание его конструкции, а не на точность и допустимость с точки зрения проверки на прочность и выносливость данной конструкции.

В результате проведенных работ была создана параметрическая модель планетарного редуктора в системе автоматизированного проектирования «Компас-3Б» и разработана программа расчета его параметров по исходным данным: модулям зубчатых колес, числам зубьев и ширине зубчатого венца. Большая часть параметров выражена через параметры самой системы «Компас», что ускоряет перестройка сборки и уменьшает количество параметров редуктора, рассчитываемых в программе и передаваемых в систему «Компас» через АР1-интерфейс операционной системы компьютера. Пример трехмерной модели двухступенчатого планетарного редуктора представлен на рис. 1, а кинематической схемы смоделированного редуктора - на рис. 2.

Рис. 1. 3D-мoдeль двухступенчатого планетарного редуктора

Ь2

Рис. 2. Принципиальная кинематическая схема смоделированного

редуктора

Организация подключения к САПР "КОМПАС". Большинство применяемых в промышленности трехмерных САПР могут быть использованы как основа для построения специализированной САПР, решающей задач расчета и проектирования конкретного класса изделий. При этом необходимо объединить расчетный модуль, определяющий размерные и иные параметры: проектируемого объекта с уже имеющимся в САПР трехмерным геометрическм ядром.

Для этого сначала создается параметрическая сборка проектируемого механизма, в которой ряд размеров вынесен в переменные модели.

Расчетный модуль (это внешний exe-файл или подключаемая к САПР dll-библиотека, написанные, например, на Delphi) может рассчитать требуемые значения переменных модели и автоматически изменить их, в результате чего будет получен новый вариан 3D-cбoрки. Таким образом, сразу же после расчета будет получена новая геометрия изделия. Разумеется, такой способ накладывает ограничения на функциональность специализированной САПР: можно только менть размеры:, но не добавлять или удалять детали и/или их конструктивные элементы:.

С другой стороны:, в большинстве случаев работа конструктора как раз и сводится к модификации ранее созданной геометрии узла в соответствии с новыми расчетными данными, и здесь описываема специаизиро-ванна САПР полностью выполняет задачу автоматизации конструкторского труда, выполняя и расчет, и построение модели [2].

Для параметризации модели необходимо в каждой детали задать соответствующие переменные.

Для того, чтобы: указанные параметры: можно было задавать из внешней программы:, их надо объявить как переменные модели. В "КОМПАС 3D v9" и выше переменными модели могут быть любые размеры:, проставленные на эскизах, а также размеры:, вводимые при выполнении формообразующих операций (например, высота выдавливания эскиза). Для доступа к переменным детали на уровне сборки их надо объявить как внешние переменные [2].

В параметрической модели редуктора присутствуют переменные сборки для передачи данных между компонентами и переменные составных частей главной сборки: каждой ступени, подшипника, корпуса. Для упрощения построения и вычисления параметры подшипников 30 и 40 решено было принять равными, также равными приняты: параметры: корпусов 21 и 22, так как они присоединются к одной и той же короне.

В итоге получаем девяносто семь переменньк - параметров, которые должны: передаваться из разработанного программного модуля в трехмерную модель для ее перестроения.

Объектная модель программного модул. Программа содержит два объекта: объект Tgear и объект Tgearbox.

Объект Tgear служит для расчета параметров зубьев зубчатых колес. Так как в моделируемом планетарном редукторе различных зубчатых колес шесть, то придется создавать шесть экземпляров данного объекта. Свойства данного объекта приведены в табл. 1.

Таблица 1

Свойства объекта Tgear

Наименование свойства Т ип данных Смысл

mg real Модуль зубчатого колеса

zg byte Число зубьев зубчатого колеса

Rg array [1..10] of real Диаметр окружности, где ищется и вол юта

alphag array [1..10] of real Угол, необходимый для построения зуба

Методом данного объекта является метод getalpha, в котором исхода из модуля и числа зубьев рассчитываются углы, необходимые для построения эвольвентного профил зубьев. Также данный объект имеет конструктор для инициализации и деструктор для удаления объекта из памяти.

Объект Tgearbox служит для расчета всех основных параметров планетарного редуктора, которые и являются его свойствами. Методы объекта Tgearbox представлены в табл. 2.

Таблица 2

Методыг объекта Tgearbox________________________________

Наименование метода Исходные данные Смысл

setall mf1, mf2, bf1, bf2: real; zf11, zf12, zfD, zf21, zf22, zf23: byte Передает исходные данные для расчета в объект, проверяет корректность данных условий сборки

case1 — Рассчитывает параметры корпуса! и подшипникаОО

case2 — Рассчитывает параметры корпу-са21, корпуса22 и подшипни-ков30 и 40

stage1 — Рассчитывает параметры первой ступени планетарного редуктора

stage2 — Рассчитывает параметры второй ступени планетарного редуктора

8З

Кроме того, данный объект имеет конструктор для инициаизации и деструктор для удаления объекта из памяти.

Условиями сборки планетарной передачи являются:

условие соосности: z1 + 2z2 = z3;

условие соседства: для обеспечения зазора между сателлитами сумма радиусов окружностей выступов соседних сателлитов должна быть мень-

К

ше расстояния между их осями (da) g < l = 2aw sin(—) [1].

* nw

Алгоритм работы программы. Для лучшего понимания агоритма работы программы была составлена диаграмма активности (рис. 3) языка UML [3].

Результаты работы программы. Разработанная программа не требует установки. Она представляет собой файл расширением *. exe размером около 500 кБайг. Однако нормаьное функционирование программы невозможно без натия в катаоге программы пажи “gearbox” со сборкой редуктора, так как основное назначение данной программы - это изменение параметров и затем даьнейшее перестроение сборки редуктора. Поэтому для работы с данной программой является необходимым и обязательным условием наичие на данной машине графического пакета "КОМПАС".

При желании пользователь может менть любые параметры модели сборки самостоятельно без запуска погромы. Для этого ему необходимо будет запустеть "КОМПАС" и открыть там докумен с названием gear. a3d. Кроме этого документа, в катаоге “gearbox” содержатся еще десять файлов с расширением *. a3d. Они песаляют собой сборочные узы моделируемого редуктора. В свою очередь, сборочные узы состоят из двадцати шести детаей (файлы с расширением *. m3d). Названия файлов указывают на деталь и ее место в сборке. Напимер, в подтип ни -ке 30 цифра 0 обозначает, что этот подшипник является цетраьным; в обозначении водила 113 первая цифра показывает, что это водило относится к первой ступени, а третья цифра указывает, что это третья часть составного элемента.

Работа с программой начинается с запуска exe-файла. После этого необходимо немного подождать, пока запустится "КОМПАС", если на данной машине он установлен, и откроется сборка редуктора. Так как сборка имеет в своем составе довольно много сложных объектов, в том

числе и сложных для построения поверхностей (в том числе эвольвен), то этот процесс не является очен быстрым.

. У ,

^Запуск Компаса и открытие документа^

невозможно открыть

документ]

ж

^Ошибка открытия «Компаса»^

Ж.

т\,г\ 1,г12.

213,Ь1, т2, Ь2 г21

А

^Создание объекта редуктор^

,Ъ1,т2,Ъ2,

, 222, 223 Ч.

_Ж_

Ввод исходных данных

О

[неверный ввод

данных]

Ж.

^Ошибка ввода данных^ ^Передача исходных данных в объект^

Ж.

^Проверка корректности введенных данных^

£

[неверные

параметры!

___________^____________ _______________Ж_______________

^Расчет параметров ступеней^ ^Ошибка - недопустимые параметры^

Ж.

^Проверка условий сборки^

V

V

У

1

V

Рис. 3. Диаграмма активности программы, выполненная на языке иИЬ

(см. с. 86)

[условие соосности выполняется]

V

^Ошибка - не выполнено условие соосности)

[условие

соседства

выполняется]

___________________ж____________________

^Ошибка - не выполнено условие соседства)

V

^Расчет параметров ступеней)

У

^Расчет параметров корпуса)

________Ж__________

^Создание объектов Зк)

У

^Расчет параметров Зк)

У

^Изменение значений переменных сборки^)

У

^Перестроение сборки) ^ \|/ ' (Сохранение сборки)

У

У

У

У

Рис. 3. Окончание

Для работы программы необходимы следующие исходные данные:

• модули первой и второй ступеней для двухступенчатого редуктора. Они выбираются из списка модулей, составленного в соответствии с ГОСТ 9563-60. Предусмотрена также возможность ввода значения нестандартного модуля вручную;

• числа зубьев солнечной шестерни, сателлитов и короны. При этом конструктору следует учитывать условия правильной сборки планетарного редуктора: условие соосности центраьных зубчатых колес и условие соседства сателлитов на водиле. В случае несоблюдения этих усло-

вий работы пограмма будет жиocтaнoвлeна с выводом сообщения об ошибке;

• ширина зубчатого веща для всех ступеней редуктора. Не сле-

дует делать ее слишком маенькой, так как зубчатые колеса могут не выдержать нагрузки. От ввода неоправданно маой величины ширины зубчатого венца страхует программа (в этом случае будет выдана ошибка).

После ввода в программу всех исходных данных запсается пое-дура расчета параметров редуктора, поверка условий сборки редуктора (условия соседства сателлитов и соосности центраьных зубчатых колес) и генерация его трехмерной модели. После расчетов параметров сборки и перестроения модели, пользователь пи необходимости может изменить какое-либо исходное значение в параметрической модели или в исходных данных и продолжить работу с новым вариантом модели редуктора.

При работе с рассматриваемой погр^шой предусмотрена также возможность создания модели редуктора по умолчанию. В качестве такой модели может быть выбран уже реализованный на практике редуктор, параметры которого хранятся в программе и могут быть использованы конструктором без изменений.

Преимуществом разработанного пограммного продукта является его наглядность, когда при изменении одного или нескольких параметров происходит перестроение модели редуктора, а также возможность конструктору рассматривать не весь редуктор, а только какой-либо его узел, и изменять параметры всей модели ил ее частей программно или вручную. Минимаьные требования для работы программы моделирования: наичие порядка 12 Мбайт свободного места на жестком диске компьютера и предустановленное пограммное обеспечение - САПР "КОМПАС v9".

Библиографический список

1. Кудрявцев В. Н., Кирдяшев Ю. Н Планетарные передачи: спавоч-ник. Л.: Машиностроение, 1977. 536 с.

2. Троицкий Д. И. Создание САПР на бае КОМПАС 3D v9. Тула, 2007. 23 с.

3. Леоненков А. В. Самоучитель UML 2-е изд., перераб. и доп. СПб.: БХВ-Петербург, 2004. 432с.

A. Troshina, N. Trushin

Software for visualization of planetary gearboxes

It is reviewed process of building 3D-model of planetary gearbox. For description this process parametric assembly of gearbox and program of calculation its parameters was created. In article it is shown algorithm and objective model.

Получено 12.11.2009