Реализация методики создания 3D параметрических моделей типовых деталей ГТД Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

УДК 004.925.84

РЕАЛИЗАЦИЯ МЕТОДИКИ СОЗДАНИЯ 3D ПАРАМЕТРИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ТИПОВЫХ ДЕТАЛЕЙ ГТД

© 2013 А.И. Рязанов, А.В. Урлапкин, Л.А. Чемпинский

Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королёва (национальный исследовательский университет)

Поступила в редакцию 02.12.2013

Разработана методика создания параметрических 3D моделей в среде программного комплекса SIEMENS NX. Рассмотрено создание параметрических моделей типовых деталей с помощью электронной таблицы MICROSOFT EXCEL и 3D модели комплексного представителя. На основе разработанной методики создана база параметрических моделей некоторых типовых деталей ГТД. Ключевые слова: 3D модель, семейство деталей, электронная таблица, комплексный представитель, параметрическая модель, конструктивный элемент.

Применение параметрических 3D моделей при проектировании узлов авиационных конструкций позволяет существенно сократить время на моделирование деталей. Данный подход позволяет в значительной степени автоматизировать процесс ручного построения 3D моделей, а иногда и полностью исключить его.

Методика создания параметрической модели предполагает последовательное выполнение нескольких этапов:

1) производится выборка чертежей деталей принадлежащих к одному типу;

2 ) выполняется анализ чертежей с целью выявления аналогий в конструкции;

3 ) конструкция группы деталей обобщается в комплексный или базовый представитель, который создается в виде модели;

4 ) создается матрица информации о геометрии отдельных представителей группы.

Такие матрицы могут включать от нескольких единиц до многих десятков деталей. Процесс создания 3D модели сводится к выбору строки матрицы с параметрами интересующего пользователя представителя группы.

В программном пакете Siemens NX создана база параметрических 3D моделей распространенных в авиастроение деталей. Весь объем созданных моделей можно разделить на классы: детали крепежа, стандартные и нормализованные детали, муфты, пружины. В рамках приведенной методики использованы различные подходы к построению обобщенных представителей деталей разных классов.

Рязанов Александр Ильич, ассистент кафедры механической обработки материалов. E-mail: tr05@bk.ru Урлапкин Александр Владимирович, студент. E-mail: urlapkin@gmail.com

Чемпинский Леонид Андреевич, кандидат технических наук, профессор кафедры производства двигателей летательных аппаратов. E-mail: chempinskiy@mail.ru

Стандартные и нормализованные детали одного типа, как правило, конструктивно одинаковы. Комплексный представитель для параметризованных втулок, пробок, колец имеет такой же набор параметров, как и единичная деталь. Создание параметрической ЭЭ модели рассмотрим на примере стопорного кольца.

Кольцо стопорное предназначено для постановки в отверстие. Деталь характеризуется следующими параметрами (рис. 1): - внутренний диаметр;

32 - наружный диаметр;

Ь - толщина кольца;

Ь1 - расстояние между окружностью наружного и внутреннего диаметра, измеренное в верхней части кольца;

33 - диаметр отверстий под инструмент для обжатия;

Ш - радиус расположения центров отверстий под инструмент для обжатия;

К2 - радиус проушины;

Ь2 - величина прорези;

КЗ, К4, К5 - радиусы сопряжений и скругле-ний углов.

/7

Рис. 1. Параметры комплексного представителя кольца

Рис. 2. Операция вытягивания профиля эскиза

Построение комплексного представителя начинается с создания эскиза сечения, аналогичного главному виду на рис. 1. Для эскиза используются размеры одной из деталей группы.

Однозначное определение положения элементов эскиза друг относительно друга задается ограничениями:

• окружность расположения проушин (на рис. 2 задана штрихпунктирной линией) соосна с окружностью наружного диаметра;

• размер прорези задаётся с помощью вспомогательной прямой, для того чтобы при изменении этого размера соответственно изменялось угловое положение крайних линий прорези;

отверстие для инструмента соосно с дугой проушины.

После завершения построения эскиза происходит создание объёма; с помощью операции «Вытягивание». Эскиз вытягивается на величину толщины кольца (рис. 2).

Завершающей операцией создания модели является построение скруглений по всему контуру кольца. Для этого в диалоговом окне команды «Скругление ребра» указываются рёбра детали и задаются соответствующие величины радиусов.

3D модель комплексного представителя стопорного кольца приведена на рис. 3.

На следующем этапе создается матрица информации о геометрии отдельных представите-

Рис. 3. Комплексный представитель стопорного кольца

лей группы. В Siemens NX для создания такой электронной таблицы используется команда «семейство деталей» из меню «инструменты». Выбираются все параметризуемые размеры эскиза. На рис. 4 приведена таблица размеров всей группы стопорных колец в формате MICROSOFT EXCEL. В качестве поясняющей информации в таблицу добавлен эскиз с обозначенными на нем параметрами.

Выбрав строку с интересующим представителем и нажав «Создать деталь» в меню «Семейство деталей» получим файл с готовой 3D моделью. Построение модели происходит автоматически по выбранной строке размеров. Один файл с параметрической моделью может хранить в себе информацию о геометрии десятков и сотен деталей своей группы.

Аналогично выполнено создание параметрических моделей множества деталей типов «втул-

Рис. 4. Таблица параметров для группы деталей

ка» и «пробка», относящихся к классу стандартных и нормализованных, а также «болт», «винт», «гайка» и «шайба», принадлежащих к классу деталей крепежа.

Детали трубопроводов отличаются большим разнообразием конструктивных элементов. Фу-торка - соединительная деталь напорных трубопроводов для перевода трубы на меньший диаметр. Имеет наружную резьбу для соединения с трубой большего диаметра и внутреннюю резьбу для соединения с трубой меньшего диаметра. Среди футорок можно выделить различные типы, которые могут быть обобщены в один комплексный представитель (рис. 5). Футорки отличаются наличием конструктивных элементов: бурт шириной L2 и проточка шириной L3.

Комплексный представитель является логическим объединением всех конструктивных элементов встречающихся в группе деталей. Модель комплексного представителя футорки показана на рис. 6.

Бурт L2 и проточка L3 присутствуют не во всех деталях группы. В таблицу параметров вносится информация не только о величинах размеров эскиза, но и о наличие конструктивных элементов. В поле таблица вносится слово «yes» когда элемент нужно строить, и «no» когда данный элемент не требуется (рис. 7). Единичная деталь получается методом исключения конструктивных элементов из комплексного представителя.

Для удобства работы с параметрической моделью создается второй лист Excel, на котором располагаются размеры, приведенные на черте-

же и поясняющие рисунки. В Siemens NX для создания 3D модели методом вращения удобно в качестве образующего профиля использовать только половину осесимметричного эскиза. В этом случае диаметральные размеры задаются от оси, радиусами.

Пересчет указанных на чертеже диаметров в радиусы производят на втором листе таблицы.

Для построения моделей используется первый лист. Примеры отдельных деталей группы и соответствующие им строки в таблице показаны на рис. 8.

Обобщение геометрии группы деталей в комплексный представитель применено для создания деталей типов «муфта» и «пружина».

Детали более сложной геометрии не всегда могут быть сведены к комплексному представителю. Объединение всех конструктивных элементов группы в одну модель может приводить к конфликтам геометрии. Например, при пространственном наложение объемов вырезаемого паза и наращиваемого объема шлицов. Часто, подобные случаи являются конструктивно необоснованными и технологически невыполнимыми. При невозможности построения комплексного представителя выполнялось создание базового, построение которого едино для всех рассматриваемых деталей и не связано с включением конструктивных элементов специфичных для конкретных представителей группы. Базовый представитель является логическим пересечением всех конструктивных элементов встречающихся в группе деталей. Единичная деталь получается

Тип 1

Тип 2

П 12

13

ГХ:

П 12

Рис. 6. Комплексный представитель футорки

N о р О

р24 Р27 р32 Тпт_Вос1у(4) ЕУде_В1епс1(5)

360 1,2 5 по уез

360 1Д 16 уег по

360 1,1 5 по уе5

360 1,2 5 по уе5

360 1,2 5 по уе5

360 1,3 5 ПО уез

360 1Д 5 по уез

Рис. 7. Фрагмент электронной таблицы

Тип 3

Л2

§

Рис. 5. Эскизы группы деталей

методом добавления конструктивных элементов в базовый представитель.

Основываясь на описанном подходе создана параметрическая модель семейства деталей типа «стакан». В стаканах обычно размещают подшипники фиксирующей опоры валов. Базовый представитель стакана показан на рис. 9.

В базовый представитель включены следующие конструктивные элементы: корпус стакана, внутренний буртик для упора подшипника, наружный бурт с одним фланцем. Развивая базовый, можно получить модели отдельных предста-

Х14 -

А в « 0 1 Р н 1 1 1 к 1 м N О 1 Р 1 « .. .

1 РаП_Нате р9 рю рЛ р12 р13 р14 р16 р17 р20 р21 р22 р23 р24 р27 р32 Trim_Body(4)

2 019.1193^1 4,8 6,25 7,8 9 11,25 2 17 4 6,9 30 4 0 360 1,2 5 ПО

3 О19.Щ0 774— 5 5,9 7 8,5 2 18 2 5,5 30 3 0 360 16 уе5

4 019. 5 8 3 14 0 4 30 3 0 360 1,1 5 по

5 Лв.1194 6,3 8,25 13,25 2 19 4 3,9 30 4 0 360 1,2 5 по

6 01д. 1192 10,25 12,3 13,5 2 20 4 10,9 30 4 0 360 1,2 5 по

7 019« 182 12,2ЧЧч 13,65 15,2 16,5 19 "г1 4 14,4 30 4 0 360 1,3 5 по

В 019.1128 3,9 \5 5,9 7 8 2 16 5 30 3 0 360 ад 5 по

г1 """г-.

Рис. 8. Электронная таблица и примеры деталей группы

Рис. 9. Базовый представитель стакана вителей группы. После выбора строки в электронной таблице с параметрами детали система КХ автоматически достраивает 3Б модель по алгоритму, приведенному на рис. 10.

Алгоритм описывает построение всех деталей входящих в группу и исключает конфликты геометрии. Конструктивные элементы: фаска на левом торце СЬаш£ег (5) и скругление на стыке фланца и корпуса слева Edge_Blend (6) выполняются только в случае если наружный бурт с фланцами отстоит от левого торца (рис. 11а).

в)

Рис. 11. Вариант исполнения детали стакан

Рис. 10. Алгоритм создания 3D модели стакана

Аналогичное скругление справа Edge_Blend (9) выполняется, когда бурт с фланцами отстоит от правого торца. На многих деталях присутствует внутренний паз Extrude (10) со скруглениями Edge_Blend (11). Окружное положение фланцев в большинстве случаев имеет регулярный шаг и выполняется функцией Pattern_Face (13). Для расположения фланцев с различными угловыми шагами используются функции Pattern_Face (14) и Pattern_Face (15). Наружная проточка Extrude (12) показана на рис. 11в.

У части деталей группы срезается часть материала с наружного бурта и фланцев. Они имеют округлую Extrude (17) или прямоугольную форму Extrude (20) и выполняются по вспомогательным эскизам. Деталь с прямоугольными вырезами приведена на рис. 11б. Количество фланцев может быть различно и задается одним из параметров модели.

Созданная база параметрических 3D моделей создает возможность резкого снижения трудоемкости объемного и плоского геометрического моделирования за счет выбора из нее данных параметрических моделей деталей с нужной конфигурацией и автоматическому изменению их размеров до требуемых значений.

Одновременно с этим повышается качество процесса проектирования за счет точного построения геометрии соединений, появляется возможность инженерного анализа в среде CAE систем, возможность оптимизации конструкции на этой основе, возможность осознанного формулирования, назначения и уточнения технических требований на сборку и изготовление отдельных деталей.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. NX для конструктора-машиностроителя / П.С. Гончаров, М.Ю. Ельцов, СБ. Коршиков, И.В. Лаптев, В.А. Осиюк. М.: ДМК Пресс, 2010. 504 с.

REALISATION OF TECHNIQUE OF CREATION 3D PARAMETRIC MODEL OF GTE STANDARD PARTS

© 2013 A.I. Ryazanov, A.V. Uriapkin, L.A. Chempinskiy

Samara State Aerospace University named after Academician S.P. Koroiyov (National Research University)

Developed a method of creation of 3D parametric models in complex software environment SIEMENS NX. Consider creating parametric models of standard parts using a Microsoft Excel spreadsheet and 3D models of integrated representative. On the basis of the developed technique created a database of parametric models of some typical GTE parts.

Keywords: 3D model, family of details, a spreadsheet, an integrated representative, parametric model, the structural element.

Alexandr Ryazanov, Assistant Lecturer at the Machining Materials Department. E-mail: tr05@bk.ru Alexandr Urlapkin, Master Student. E-mail: urlapkin@gmail.com

Leonid Chempinsky, Candidate of Technical Science, Professor at the Department of Aircraft Engines Manufacturing. E-mail: chempinskiy@mail.ru