Для повышения эффективности труда конструкторов и технологов и качества разрабатываемой ими продукции необходимо использование объемных моделей в качестве основных объектов проектирования. Преимуществами твердотельной модели являются: полное определение объема и формы; автоматизированное построение трехмерных разрезов проектируемого изделия, что полезно при анализе сложных сборочных единиц; автоматическое получение точных значений массы, площади поверхности, центра тяжести, момента инерции для любой детали или изделия в целом; повышение эффективности имитации движения инструмента или рабочих органов изделия; наличие разнообразной палитры цветов, управление цветовой гаммой, получение тоновых эффектов — всего того, что способствует получению качественного изображения формы [1].
При 3D-моделировании сборочных единиц приходится выполнять изображение деталей с резьбой. Для упрощения резьбовые поверхности условно заменяют гладкими цилиндрическими или коническими поверхностями, однако существует ряд задач расчетного характера, когда необходимо полное определение резьбовой поверхности [2, 3].
В качестве примера 3D-модели резьбового соединения приведено построение, в графическом редакторе AutoCAD, болтового соединения: стандартный болт общего назначения (Болт М48х120 ГОСТ 7798–70), гайка (Гайка 2М48 ГОСТ 5915–70) и шайба (Шайба 48 ГОСТ 11371–78).
За основу для построения болта принято цилиндрическое тело, диаметр которого равен диаметру болта по впадинам резьбы, а высота равна длине резьбовой части стержня болта (рис. 1). Для создания винтовой части модели использовался расчетный профиль метрической цилиндрической резьбы. Построение профиля и замкнутого контура показано на рисунке 2. Использовались команды: Полилиния и Контур.
Следующим шагом было создание направляющей винтовой линии. Для этого использовалась команда Спираль, позволяющая создавать спирали (винтовые линии), которые могут быть как двумерными (лежать в одной плоскости), так и трехмерными.
На рис. 3, на виде спереди, и на рис. 4, в юго-западной изометрии, показан результат построения спирали.
Рис.1
Рис. 2
Для построения резьбовой поверхности использована команда Сдвиг. Выбран построенный контур профиля резьбы, а затем траектория сдвига — спираль. Результат построения представлен на рисунке 5. Изображение приведено в концептуальном стиле, использован вид спереди.
Рис. 3
Рис. 4
В завершение построены: сбег резьбы (вращением плоского контура); гладкая часть стержня (твердотельный примитив — цилиндр); шестигранная головка болта (выдавлена из замкнутой плоской фигуры). Затем все твердотельные элементы, составляющие болт, были объединены командой Объединение.
В последнюю очередь были выполнены фаски и скругление под головкой болта. Фаски сняты с помощью дополнительных элементов, сконструированных из замкнутых контуров — прямоугольных треугольников, соответствующих профилю фаски. Командой Вращать (вокруг оси болта) эти треугольники преобразованы в тела вращения и командой Вычитание вычтены из шестигранника и нижней резьбовой части болта. Скругление выполнено с помощью команды Сопряжение. На изображении (рис. 6 и 7) поверхности фасок и скругления выделены красным.
Рис. 5
Рис. 6
Рис. 7
Построение гайки базировалось на построении шестигранной призмы. Шестиугольник основания строился в плоскости ХУ с помощью команды Многоугольник и выдавливался в направлении оси Z (командой Выдавить) на высоту гайки. Для построения отверстия с резьбой использовался тот же прием, что и для изображения резьбы на стержне болта (рис. 8).
За основу брался тот же цилиндр, что и при построении болта. Через окно редактирования Свойства изменялся его диаметр (с 41,86 на 42,59) и высота (с 102 на 38). Профиль для впадины резьбы строился с использованием построений, уже выполненных для болта. Это позволило обеспечить более точное сопряжение между поверхностями болта и гайки.
Рис. 8
Рис. 9
В результате выполнения команд Спираль и Сдвиг был образован твердотельный элемент (рис. 9), который в дальнейшем вычитался из шестигранной призмы. Для правильного выполнения операции вычитания шестигранную призму и построенный винтовой элемент необходимо было выровнять, используя ПСК и объектную привязку. Наружная фаска снималась так же как у головки болта, а внутренняя с помощью команды Фаска из меню Редактирование.
Шайба построена с помощью команды Вращать. В режиме Вид спереди сиспользованием оси, общей с гайкой, в плоскости ХУ построено сечение шайбы командой Полилиния.
Рис. 10
Рис.11
Рис.12
Для завершения построений осталось собрать детали между собой. Использована привязка к оси симметрии, показанной красной штрихпунктирной линией. Для сопряжения резьбы на поверхности болта и гайки осуществлялась привязка к шагу резьбы (Р=5). На рис. 11 показано изображение всех построенных деталей в сборе, а на рис. 12 они представлены в разрезе. Разрез позволяет проконтролировать точность совмещения моделей соединяемых деталей.
Рис. 13
Таким образом, видим, что инструменты AutoCAD позволяют довольно несложными приемами точно моделировать резьбовые изделия и осуществлять их сборку. По завершении работы над моделью возможно максимально повысить правдоподобие изображения сконструированного объекта [4], использовав реальные цвета и текстуры поверхностей (рис.13), естественную светотень, освещение из одного или нескольких источников света.
Литература:
1. Красильникова, Г. А. Автоматизация инженерно-графических работ / Красильникова Г. А., Самсонов В. В., Тарелкин С. М. — СПб.: Питер, 2001. — 256 с.: ил.
2. Безрукова, Т. В. Формирование сложных объектов в 3D-моделировании / Т. В. Безрукова, С. Н. Мишустина // Известия ВолгГТУ: межвуз. сб. науч. ст. / ВолгГТУ. — Волгоград, 2012. — с. 23–25. (Сер. Новые образовательные системы и технологии обучения в вузе. Вып.9).
3. Разработка 3D моделей деталей сложной конфигурации / Безрукова Т. В., Мишустин О. А., Асеева С. Д., Мишустина С. Н., Асеева Е. Н. // Инновации на основе информационных и коммуникационных технологий (ИНФО-2013): матер. Х междунар. науч.-практ. конф., г. Сочи, 1–10 окт. 2013 г. / МИЭМ НИУ ВШЭ [и др.]. — М., 2013. — C. 372–374.
4. Асеева, Е. Н. Визуализация образов средствами компьютерного твёрдотельного моделирования как способ решения геометрических задач / Асеева Е. Н., Авдеюк Д. Н., Асеева С. Д. // Инновации и современные технологии в системе образования: матер. III междунар. науч.-практ. конф., 20–21 февр. 2013 г. / НИЦ «Социосфера» [и др.]. — Прага, 2013. — С. 300–301.
