АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

 

 

Кафедра инженерной графики и прикладной механики 

 

 

С А П Р  В  Т Е П ЛО Э Н Е Р Г Е Т И К Е .

К О Н С Т Р У И Р О В А Н И Е О Б О Р У Д О В А Н И Я   Т Э С .

 

РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ СБОРОЧНОГО УЗЛА

В СИСТЕМЕ MECHANICAL DESKTOP

 

Методические указания к лабораторной работе

(для студентов всех форм обучения по специальности

220140 – Тепловые электрические станции)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Алматы 2005

        СОСТАВИТЕЛЬ: А.Д. Динасылов. САПР в теплоэнергетике. Конструирование оборудования ТЭС. Разработка модели сборочного узла в системе Mechanical Desktop. Методические указания к лабораторной работе (для студентов всех форм обучения специальности 220140 – Тепловые электрические станции).  -   Алматы:   АИЭС,  2005. – 23 с.

 

 

 

Лабораторный практикум по курсу «САПР в теплоэнергетике. Конструирование оборудования ТЭС» включает в себя изучение возможностей проектирования элементов и узлов механического оборудования с использованием компьютерной системы AutoCAD Mechanical, Mechanical Desktop и  Autodesk Inventor. Настоящая методическая разработка  содержит методические указания для выполнения лабораторной работы, в которой рассматривается создание трехмерной модели сборочного узла в системе Mechanical Desktop.

Ил. 21, библиогр. – 3 назв.

 

 

 

 

Рецензент: канд. техн. наук, доцент Э.А.Яхъяев

 

 

 

Печатается по плану издания Алматинского института энергетики и связи на 2005 г.                                              

 

 

© Алматинский институт энергетики и связи, 2005 г.


Содержание

с.

1 Лабораторная работа «Разработка модели сборочного узла»                             4

         1.1 Формулировка задания                                                                              4        

                   1.1.1 Цель работы                                                                                  4

                   1.1.2 Задание к работе                                                                            4

                   1.1.3 Техническое и программное обеспечение                                             5

         1.2 Выполнение лабораторной работы                                                           5

                   1.2.1 Конструирование диска                                                                           5

                   1.2.2 Конструирование вала                                                                 12        

                   1.1.3 Конструирование сборочного узла                                            15

Список литературы                                                                                                 22


1 Лабораторная работа «Разработка модели сборочного узла»                             1.1 Формулировка задания                                                                          

1.1.1 Цель работы

Отработать основные приемы работы по созданию модели сборочного узла, состоящего из нескольких деталей, и проверить модель на отсутствие пересечений.

1.1.2 Задание к работе

Требуется создать в системе Mechanical Desktop Power трехмерную модель узла, состоящего из двух деталей – диска газотурбинной установки (рисунок 1) и вала (рисунок 2), на который будет насаживаться диск.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. 1.3 Техническое и программное  обеспечение

Работа выполняется на персональном компьютере с  установленной в среде Windows XP системой Mechanical Desktop 2004  (включающей в себя AutoCAD Mechanical 2004).

         1.2 Выполнение лабораторной работы

         1.2.1 Конструирование диска

Выполним задачу трехмерного моделирования в системе Mechanical Desktop изображенного на рисунке 1 диска газотурбинной установки. Для этого запустим Mechanical Desktop, например, с открытием файла с книжным расположением формата А3.

Трехмерную модель диска будем создавать методом вращения, для чего следует построить сначала двумерный эскиз – сечение диска (рисунок 4). Прежде всего создадим набросок эскиза с применением программирования на алгоритмическом языке AutoLISP, причем для облегчения написания программы и ее отладки воспользуемся системой Visual LISP – оболочкой, встроенной в AutoCAD 2004.

Для этого после запуска Mechanical Desktop выполним следующее:

     а) наберем в командной строке команду VLIDE, активизирующую Visual LISP. Появится окно редактора Visual LISP (нижнее окно на рисунке 3);

б) откроем новый файл – появится окно текстового редактора (верхнее окно на рисунке 3). Напечатаем здесь следующую программу для отрисовки наброска сечения диска:

   (COMMAND "PLINE""100,200""@-26,0""@0,16.8""@11,0""@6,104.2"

       "@-2,0""@0,9""@11,0"""); Половина наброска

(COMMAN(D "MIRROR""100,200""""100,200""100,330"""); Зеркально отразить

Здесь два раза повторяется функция AutoLISP – (COMMAND…), которая позволяет в AutoLISP использовать команды AutoCAD. Первое выражение программы с помощью команды PLINE (Полилиния) формирует левую половину наброска эскиза. Второе выражение с помощью команды MIRROR (Зеркало) строит правую половину сечения. Сохраним файл под каким-либо именем (например, Моя ЛИСП программа);

в) запустим эту ЛИСП-программу из меню File ® Load File …(Файл ® Загрузка файла…) окна редактора Visual LISP for AutoCAD, указав полный путь к сохраненному выше файлу с программой. В результате выполнения программы в графическом окне Mechanical Desktop будет вычерчен набросок половины сечения диска (рисунок 4, где, однако, ось отсутствует);

г) набросок следует преобразовать в эскиз, для чего запустим команду AMPROFILE, набрав ее в командной строке. Система выдаст запросы, на которые нужно дать соответствующие ответы:

Select objects for sketch: [Выберите объекты для эскиза:] - щелкните по наброску, будет выделена его половина; в командной строке появятся сообщение и запрос:

1 found [1 найден]

Select objects for sketch: - нажав клавишу Shift, щелкните по другой части,  в результате чего будет выделен весь набросок; появятся сообщение и запрос:

1 found, 2 total [1 найден, всего 2]

Select objects for sketch: - нажмите Enter для окончания выбора.

Computing ...[Вычисляется…]

Computing ...

Solved under constrained sketch requiring 10 dimensions or constraints.

(Обработанный на наличие связей эскиз требует 10 размеров или связей.)

Последнее сообщение означает, что эскиз недостаточно определен. Для полной определенности необходимо добавить размеры или связи, задающие взаимосвязь объектов и способы их возможной модификации.

       Обратите внимание на то, что сечение (рисунок 5) изменило свою форму вследствие того, что система преобразовала почти вертикальные линии в вертикальные (по умолчанию такое преобразование происходит при углах отклонения до 4 °). 

Отменим последнюю команду, запустив Undo (Отмена). Теперь изменим установки системы, для чего в падающем меню Part (Деталь) выберем пункт Part Options… (Параметры детали…). Откроется окно Options (Параметры), показанное на рисунке 6, в котором в окошке Angular Tolerance (Допуск угла) надо установить значение 1 ( в градусах).

 

Отметим, что в русифицированной версии Mechanical Desktop термин part неудачно переведен как термин часть; должно быть - деталь.

Повторив снова пункт 4, получим эскиз сечения диска. Однако теперь будет указано, что эскиз требует 12 зависимостей (связей);

д) чтобы посмотреть наложенные на эскиз зависимости, в падающем меню выберем Part ® 2D Contraints ® Show Contraints (Деталь ® 2D-ограничения ® Отображение ограничений).

На эскизе (рисунок 7) появятся связи. Нажмите на клавишу Enter, чтобы отменить показ связей на эскизе. Эскиз состоит из 14 отрезков (объектов). Каждый объект имеет свой номер, который поставлен в кружочке, нумерация начинается с нуля. Строго вертикальные отрезки отмечены буквой V, строго горизонтальные – H;

е) создадим рабочую ось, относительно которой впоследствии будем вращать сечение диска. Для этого: щелчком правой кнопкой мыши по графическому экрану вызовем контекстно-зависимое меню; щелкнем в нем по пункту Sketched & Work Features (Эскизные и рабочие элементы) - будет вызвано всплывающее меню; щелкнем в этом меню по пункту Work Axis (Рабочие оси). В командной строке появится запрос:

Select cylinder, cone, torus or [Sketch]:

[Выберите цилиндр, конус, тор или [эскиз]:] - введем букву S для ссылки на эскиз.

 Draw a two point line on the current sketch plane. Specify first point: [Провести линию через две точки в текущей плоскости эскиза. Задайте первую точку:] - введем координаты 50,181 первой точки оси (координата по оси X взята  достаточно произвольно, а по оси Y получена как разность между ординатой нижней горизонтальной прямой профиля и радиусом:  200 – 19 = 181).

Specify second point:

[Задайте вторую точку:] - введем координаты 150,181 второй точки оси.

         В результате появится ось, нарисованная пунктиром (как на рисунке 4).

         Теперь наберем в командной строке команду AMREVOLVE для получения трехмерной модели диска путем вращения его профиля и ответим на запросы:

Select revolution axis: [Укажите ось вращения:] - щелкнем курсором по оси.

 

 

 

 

 

 

 


Появится (рисунок 8) окно Revolution (Вращение), в котором указывается значение угла вращения (по умолчанию 360°). Щелкнув по кнопке OK, получим модель как на рисунке 9.

Для более наглядного представления созданной модели: а) установим изометрический вид, например, из падающего меню по цепочке View ® 3D- Views ® Front Left Isometric (Вид  3D виды ® Передне-левая изометрия) - результат приведен на рисунке 9; б) Запустим из командной строки команду ISOLINES (Изолинии), в ответ на запрос введем 20 и регенерируем модель путем

 

запуска View ® Regen (Вид ® Регенерация).

         Отметим, что можно также выполнить фотореалистичное представление модели, запустив соответствующую команду по цепочке View ® Render ® Render (Вид ® Построение ® Построение); в открывающемся окне Render (Построение) следует нажать кнопку Render -  результат приведен на рисунке 10. Регенерировав рисунок, снова получим модель.

В Mechanical Desktop можно выполнить вычисление массоинерционных свойств модели. Для этого, щелкнув правой кнопкой, вызовем контекстное меню, в котором выберем пункт Part (Деталь), подпункт Mass Properties (Свойства массы). В командной строке появится запрос:

Select parts or subassemblies:

(Выберите детали или подузлы:) - щелкнем по изображению диска. Система выдаст:

1 found

Select parts or subassemblies:

[1 найден

Выберите детали или подузлы:]

         Нажмем Enter для окончания выбора – появится (рисунок 11) диалоговое окно Assembly Mass Properties (Свойства массы узла). В окне Materials Available (Доступные материалы) выбереме Stainless_Steel (Нержавеющую Сталь) и нажмем кнопку Assign Material (Назначить материал). После этого перейдем на вкладку Results (Результаты) и нажмем кнопку Calculate (Вычислить). В окне появятся результаты (рисунок 12).

         Сохраним файл, содержащий модель диска, под именем Диск, например, в директории (каталоге) Узел_1.

 

         1.2.2 Конструирование вала

 

Мы рассматриваем задачу формирования узла, состоящего из двух деталей – диска и вала, на который будет насаживаться диск. Модели новых деталей можно создавать прямо там же, где создана модель базовой детали (правой кнопкой вызвать контекстное меню, в нем выбрать пункт Part ® New Part… (Деталь ® Новая деталь…), а можно модель каждой детали создавать в отдельных (внешних) файлах, и модель сборочного узла выполнить как отдельный файл. Еще раз обратим внимание на то, термин часть в русифицированной версии Mechanical Desktop неудачно используется как перевод термина part; должно быть - деталь. Выберем второе – создание модели детали во внешнем файле с последующим ее использованием. Из выпадающего меню запустим File ® New Part File (Файл ® Файл новой детали) и откроем новый файл формата А4.

Будем конструировать вал с помощью модуля Shaft Generator (Генератор вала), который запустим из падающего меню Content 3D (Содержание 3D). В результате запускается команда AMSHAFT3D, и появляются запросы команды, на которые следует дать надлежащие ответы (задать положение осевой линии вала и сориентировать ее по отношению к выбираемой системе координат). При выполнении курсовой работы по механике мы уже работали с модулем Shaft Generator, однако если там речь шла о двумерном черчении с использованием команды AMSHAFT2D [3], то здесь мы создаем трехмерную твердотельную модель вала.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Больших отличий в приемах работы по сравнению с двумерным черчением здесь нет. Как и в случае двумерного черчения, открывается (рисунок 13) диалоговое окно, которое здесь называется 3D Shaft Generator (3-мерный генератор вала). По заданным размерам создаем модель вала, который в рассматриваемом случае состоит из четырех цилиндрических участков, создаем фаски и галтели, а также вставляем стандартный элемент – поднутрение вала (рисунок 14).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В результате получаем модель вала (рисунок 15), которую можно просмотреть в изометрии (рисунок 16) или в фотореалистическом изображении (рисунок 17).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

         Сохраним файл с моделью под именем Вал в директории Узел_1.

         1.2.3 Конструирование узла

         Теперь рассмотрим задачу конструирования узла.   Узел в системе Mechanical Desk­top Power Pack конструируется путем объединения нескольких деталей и подузлов (групп деталей) определенным способом. Для того, чтобы сконструировать узел, состоящий из нескольких деталей, нужно выполнить следующее:

а) открыть окно создания узла;

б) построить или использовать имеющуюся базовую деталь узла;

в) сформировать остальные детали узла или использовать уже имеющиеся;

г) сконструировать узел на основе базовой детали и других деталей путем их объединения;

д) выполнить анализ узла на отсутствие пересечения деталей в нем. При необходимости отредактировать отдельные элементы той или иной детали или подузла.

В процессе построения узла его компоненты (детали и подузлы) можно вычерчивать непосредственно в режиме моделирования узла. Вместе с тем, как было указано выше, допускается и применение внешних компонентов.

         Для формирования новых локальных деталей и управления уже имеющимися деталями, а также для составления ссылок на внешние детали предназначен каталог узла. Если детали узла являются внешними, то необходимы ссылки на внешние компоненты.

         Каталог компонентов узла содержит подкаталог стандартных деталей (местных и внешних), используемых в объединенном файле детали или файле узла. Каталог компонентов узла доступен только тогда, когда основная (базовая) деталь уже существует в файле узла. Этот каталог вызывается с помощью команды AMCATALOG. В результате выполнения команды разворачивается диалоговое окно Assembly Catalog (Каталог компонентов) с раскрытой вкладкой External (Внешние). Для создания ссылок на внешние детали можно выполнить следующее:

а) щелкнув правой кнопкой мыши в окне Directories (Директории), вызвать контекстно-зависимое меню;

б) щелкнуть в этом меню по пункту Add Directory…(Добавление каталога), чтобы открылось диалоговое окно Обзор папок. Отыскав нужный каталог, где хранятся файлы деталей узла, нужно дважды щелкнуть по нему. Щелчком по кнопке OK закройте папку Обзор папок. В окне Part and Subassembly Definitions (Определение деталей и подузлов) появятся имена файлов, находящихся в каталоге;

в) удалить флажок Return To Dialog  (Вернуться к диалоговому окну) в диалоговом окне Assembly Catalog.

Вернемся к созданию сборочного узла из двух ранее созданных деталей Создадим новый файл, например, из падающего меню File → New по формату А3. Откроем файл Диск и из падающего меню Assembly (Сборка) выберем пункт Catalog…(Каталог…). Откроется окно Assembly Catalog (Каталог узла) с раскрытой вкладкой External (Внешние). Для создания ссылок на внешние детали выполним следующее:

а) щелкнув правой кнопкой мыши в окне Directories (Директории) диалогового окна Assembly Catalog, вызовем контекстно-зависимое меню;

б) в этом меню щелкнем по пункту Add Directory…(Добавление каталога), чтобы открылось окно Обзор папок. Отыщем каталог Узел_1 и щелкнем по кнопке OK. В окне Part and Subassembly Definitions (Определение деталей и подузлов) увидим созданные ранее файлы Диск и Вал (рисунок 18);

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в) дважды щелкнем в списке деталей по нужной нам детали Диск. В командной строке появится запрос:

Specify new insertion point:

[Определите новую точку вставки:]

г) Щелкнем мышью в каком-либо месте. Появится очередной запрос:

Specify insertion point for another instance or <continue>:

(Определите точку вставки для другого образца или <продолжить>:);

д) нажмем клавишу Enter. Вновь появится окно Part and Subassembly Definitions;

е) удалим флажок Return To Dialog (Вернуться к диалогу) и дважды щелкнем в списке деталей по нужной нам детали Палец. В командной строке появится запрос:

Specify new insertion point:

[Определите новую точку вставки:];

ж) щелкнем мышью в каком-либо месте. Появится очередной запрос:

Specify insertion point for another instance or <continue>:

[Определите точку вставки для другого образца или <продолжить>:];

з) нажмем клавишу Enter. Запустим команду ISOLINES, установим число изолиний 20 и регенерируем все. Результат приведен на рисунке 19.

     Начнем сборку узла, для чего запустим из командной строки команду AMMATE и ответим на запросы:

Select first set of geometry:

[Выберите первый набор геометрии:] – выберем первую деталь, щелкнув по оси диска; ось будет выделена цветом.

First set = Ocь, (линия)

Select first set or [Clear/fAce/cYcle] <accEpt>:

[Выберите первый набор или [Очистить/Грань/Цикл] <Принять>:]   если выделена ось диска, то нажмем Enter.

Select second set of geometry:

[Выберите второй набор геометрии:] – щелкнем по контуру пальца; появится ось, которая будет выделена цветом.

Second set = Ocь, (cylinder)

Select second set or [Clear] <accEpt>:

[Выберите второй набор или [Очистить] <Принять:] – если выделена ось пальца, то нажмем  Enter.

Enter offset <0>:

(Введите смещение <0>:) – нажмем Enter (нулевое смещение).

В результате выполнения команды диск и палец займут соосное положение, и торец ступицы диска будет точно примыкать к заплечику вала.

Чтобы не осталось сомнения в том, что в осевом направлении две детали при         мыкают друг к другу, можно выполнить следующее.

Сначала, предварительно установив вид спереди (рисунок 20), с помощью команды AutoCAD в режиме Орто сместим одну деталь по отношению к другой в осевом направлении.

Теперь, чтобы совместить две детали в осевом направлении, снова запустим команду AMMATE и ответим на запросы:

Select first set of geometry:

(Выберите первый набор геометрии:) – выберем первую деталь, щелкнув по левому торцу ступицы диска.

First set = Ocь, (Дyra)

Select first set or [Clear/fAce/Point/cYcle] <accEpt>:

[Выберите первый набор или [Очистить/Грань/Цикл] <Принять:] – для выбора грани введем A ( fAce).

First set = Плockocmь

Enter an option [Clear/aXis/Point/Next/Flip/cYcle] <accEpt>:

[Введите опцию [Очистить/Ось/Точка/Следующий/

Обратить/Цикл] <Принять:]   если на грани появилась стрелка, направленная влево, то нажмем Enter.

Select second set of geometry:

[Выберите второй набор геометрии:] – щелкнем по правому торцу шляпки пальца; появится ось, которая будет выделена цветом

Second set = Ocь, (Дyra)

Select second set or [Clear/fAce/Point/cYcle] <accEpt>:

[Выберите второй набор или [Очистить/Грань/Точка/Цикл] <Принять:] – для выбора грани введем A ( fAce).

Second set = Плockocmь

Enter an option [Clear/aXis/Point/Next/Flip/cYcle] <accEpt>:

[Введите опцию [Очистить/Ось/Точка/Следующий/

Обратить/Цикл] <Принять:]   если на грани появилась стрелка, направленная вправо, то нажмем Enter.

Enter offset <0>:

[Введите смещение <0>:]нажмем Enter (нулевое смещение); две детали примкнут указанными выше плоскостями (рисунок 20).

Выполним анализ узла на отсутствие пересечений. Такой анализ полезен на ранних стадиях проектирования, так как он позволяет выявить ошибки проектирования. При обнаружении наложения одной детали на другую выдается запрос на создание тела в этом месте. Анализ выполняется по команде aminterfere. Запустим команду из командной строки и ответим на запросы:

Nested part or subassembly selection? [Yes/No] <No>:

[Выбор вложенной детали или подузла?[Да/Нет] <Нет>:]   нажмем  Enter.

Specify first set of parts or subassemblies or [?]:

[Определите первый набор деталей или подузлов или[?]>])   щелкнем мышью по диску; появится сообщение и тот же запрос.

1 found [1 обнаружен]

Specify first set of parts or subassemblies or [?]:

[Определите первый набор деталей или подузлов или [?]>:]

  нажмем Enter; появится запрос:

Specify second set of parts or subassemblies or [?]:

[Определите второй набор деталей или подузлов или [?]>:]   щелкнем мышью по пальцу; появится сообщение и тот же запрос.

1 found

Specify second set of parts or subassemblies or [?]: )  нажмем Enter; появится сообщение:

Parts/subassemblies do not interfere.

[Детали/подузлы не пересекаются]

При обнаружении пересечений (вал имел бы диаметр посадочной поверхности больший, чем диаметр отверстия диска) необходимо было бы отредактировать размеры деталей.

По созданной модели узла можно вычислить массо-инерционные характеристики узла в целом, создать схему сборки-разборки узла, создать чертеж узла. На рисунке 21 показано фотореалистическое изображение смоделированной сборки.

 

 

Список литературы

 

1.          Кудрявцев Е.М. Mechanical Desktop Power Pack. Основы работы в системе. – М.: ДМК Пресс, 2001. – 448 с.

2.          Инженерная и компьютерная графика. Трехмерное моделирование в системе AutoCAD. Методические указания к лабораторной работе/ А.Д.Динасылов. - Алматы:   АИЭС,  2003. – 39 с.

3.          Механика. Консторуирование и расчеты валов на прочность в системе Mechanical Desktop. Методические указания  и задания к курсовой работе/ А.Д.Динасылов. - Алматы:   АИЭС,  2003. – 48 с.


                                                                            Сводный план 2005 г., поз. 81

 

Алмас Даменович Динасылов

 

С А П Р  В  Т Е П ЛО Э Н Е Р Г Е Т И К Е .

К О Н С Т Р У И Р О В А Н И Е О Б О Р У Д О В А Н И Я   Т Э С .

 

РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ СБОРОЧНОГО УЗЛА

В СИСТЕМЕ MECHANICAL DESKTOP

 

Методические указания к лабораторной работе

(для студентов всех форм обучения специальности

220140 – Тепловые электрические станции)

 

Редактор Ж.М.Сыздыкова

 

 

Подписано в печать      .    . 2005 г. 

Тираж 150 экз. 

Объем – 1,43 уч.-изд. л.

Формат 60х84  1/16

Бумага типографская N1

Заказ        .  Цена 46 тенге

 

 

 

Копировально-множительное бюро

Алматинского института энергетики и связи

480013, Алматы, ул. Байтурсынова, 126