3d модели пружин растяжения

Пружины

Любая пружина доставляет немало хлопот любому проектировщику независимо от того, создает он ее чертеж или трехмерную модель. К счастью, на больших сборочных чертежах пружины отрисовываются условно, но в модели (сборке) приходится выполнять полноценную модель. Вместе с КОМПАС-3D поставляется библиотека КОМПАС-Spring, специально предназначенная для расчета и проектирования различных типов пружин (сжатия, растяжения, тарельчатых), а также для автоматической генерации их чертежей или трехмерных моделей. Однако очень часто приходится моделировать какие-то особые разновидности пружин, которые не содержатся в библиотеке. К тому же, научиться самому разрабатывать различные модели пружин очень полезно, поскольку при их построении используются различные интересные подходы.

В качестве первого примера рассмотрим процесс создания трехмерной модели обычной пружины растяжения с двумя боковыми зацепами. Размеры пружины будем брать произвольными, поскольку в данном случае нам значительно важнее сам процесс моделирования, а не характеристики готовой модели.

Создайте документ КОМПАС-Деталь и сразу сохраните его на диск под именем Пружина растяжения.m3d, после чего можете приступать к построению.

1. Выделите в дереве детали ортогональную плоскость XY, перейдите на панель инструментов Пространственные кривые и нажмите кнопку Спираль цилиндрическая. На вкладках панели свойств установите параметры спирали:

· способ построения спирали – По числу витков и шагу;

· количество витков – 10 шт.;

· шаг витков – 6 мм;

· направление построения – прямое;

· направление навивки – правое;

· диаметр витков – 30 мм.

Нажмите кнопку Создать объект, чтобы завершить построение трехмерной кривой.

2. Выделите плоскость ZX и запустите процесс создания эскиза. Постройте окружность с центром в точке с координатами (15; 0) и радиусом 2,99 мм. Эта окружность будет служить эскизом сечения витка пружины. Координаты центра в плоскости эскиза выбраны с таким расчетом, чтобы начало витков спирали лежало точно в центре окружности. Радиус (чуть менее половины шага спирали) выбран с расчетом того, чтобы витки пружины плотно прилегали друг к другу, но не касались (напомню, мы моделируем пружину растяжения). Хотя можно задавать окружности немного меньший радиус.

3. Завершив построение эскиза, вызовите команду Кинематическая операция. В качестве эскиза для нее укажите эскиз с окружностью, а в качестве направляющей – цилиндрическую спираль. Создайте операцию и отключите видимость спирали-направляющей (рис. 3.131).

Рис. 3.131. Формирование витков пружины

Теперь необходимо «приклеить» с обеих сторон витков зацепы. Для этого необходимо будет сформировать трехмерную кривую, которая бы повторяла изгиб зацепа и брала начало на плоскости, где закончились (оборвались) витки. Я говорю об одной кривой, поскольку второй зацеп полностью симметричен, и если мы сможем выполнить его с одной стороны витков, то его создание на другой стороне не должно вызвать никаких затруднений.

1. Сделайте активной плоскость XY. Нажмите кнопку Эскиз на панели Текущее состояние. С помощью команды Дуга панели Геометрия создайте в эскизе сегмент окружности радиусом 15 мм, начальным углом 0° и конечным углом 90°. Активизируйте панель инструментов Поверхности, нажав одноименную кнопку на компактной панели. Вызовите команду Поверхность выдавливания, которая создаст криволинейную поверхность, выдавив эскиз в прямом направлении. Величину выдавливания задайте не меньше 100 мм (рис. 3.132).

Рис. 3.132. Поверхность выдавливания

2. Постройте еще один эскиз на плоскости ZX. В нем поместите полуокружность радиусом 15 мм, с координатами центра (15; –75) и выпуклой частью вверх. Завершите редактирование эскиза. Перейдите на панель Вспомогательная геометрия и нажмите кнопку Линия разъема. На панели свойств выберите прямое направление проецирования линий эскиза и укажите внутреннюю грань поверхности, после чего создайте операцию. В результате на криволинейной поверхности (указанной грани) вы получите ребро, которое является результатом проецирования полуокружности на поверхность выдавливания (рис. 3.133).

Рис. 3.133. Полуокружность в эскизе и ребро на поверхности, полученное с помощью команды Линия разъема

3. Сразу создайте еще один эскиз с полуокружностью, но на этот раз в плоскости ZY. Центр полуокружности должен иметь координаты (-75; 0), а радиус, как обычно, 15 мм. Выпуклость дуги должна быть направлена в сторону, противоположную положительному направлению оси X эскиза. Как видите, окончание ребра-проекции на поверхности выдавливания точно совпадает с началом полуокружности в последнем эскизе.

4. Создайте еще один эскиз на плоской грани среза витка пружины (эта грань лежит в плоскости ZX и совпадает с плоскостью эскиза полуокружности, на основе которого была сформирована линия разъема). В эскизе должна быть окружность, точно очерчивающая контуры разреза витка (координаты центра – (15; –60), радиус – 2,99 мм).

5. Вызовите команду Кинематическая операция, для которой в качестве формообразующего эскиза укажите окружность на срезе витка (последний созданный нами эскиз), а в качестве направляющих – ребро, полученное проекцией полуокружности на поверхность выдавливания, и эскиз полуокружности в плоскости ZY. Очень важно, чтобы эскиз полуокружности и ребро, рассекающее поверхность, были созданы правильно (то есть чтобы их концы совпадали), иначе вы не сможете выполнить кинематическое добавление материала. Обратите внимание также на порядок указания кривых в окне модели: сначала ребро, за ним кривую в эскизе. Это также имеет очень большое значение для кинематических операций, направляющая которых состоит из нескольких трехмерных кривых. В результате создания операции вы получите зацеп на одном из концов пружины (рис. 3.134).

Рис. 3.134. Выполнение зацепа в пружине растяжения

6. Постройте такой же зацеп на другом конце витков пружины (вам придется создать еще одну поверхность, потом линию разъема на ней и т. д.) и, главное, – не забудьте отключить видимость (скрыть) поверхность выдавливания и эскизы полуокружностей верхнего и нижнего зацепов. Полученная модель пружины показана на рис. 3.135.

Рис. 3.135. 3D-модель пружины растяжения

Файл этой модели Пружина растяжения.m3d находится на прилагаемом к книге компакт-диске в папке ExamplesГлава 3Пружины.

Во втором примере рассмотрим разработку более сложной модели. Это будет пружина, продольная ось которой имеет форму кольца (рис. 3.136). Это именно тот случай, когда при виде чертежа возникают мысли о том, что инструментарий КОМПАС-3D здесь бессилен. Однако, как вы увидите, с помощью гибкого воображения и знания инструментария КОМПАС-3D такую деталь можно смоделировать и в этой программе, причем затратив на это даже меньше операций, чем в предыдущем примере.

Рис. 3.136. Кольцевая пружина

Создайте новый документ-деталь и сохраните его на жесткий диск под именем Кольцевая пружина.m3d.

1. Начните создание эскиза на плоскости XY. Сначала постройте вспомогательную окружность (инструмент Окружность панели Геометрия, стиль линии – Вспомогательная) диаметром 50 мм и с центром в начале локальной системы координат эскиза. На этой окружности создайте еще одну окружность стилем линии Основная с координатами центра (0; 25) и диаметром 2 мм (это будет сечение витка на внешнем диаметре пружины). Имя этого эскиза – Эскиз:1. Он показан на рис. 3.137, а.

Выйдите из режима редактирования эскиза и сразу снова запустите процесс создания эскиза на этой же плоскости. Как и в предыдущем эскизе, постройте вспомогательную окружность, только уже диаметром 40 мм (таким примем диаметр размещения сечений внутренних витков кольцевой пружины). Теперь предположим, что наша пружина будет состоять из 40 витков. Напомню, размеры сейчас не столь важны, поэтому вы можете принять любое другое значение. При этом угловой шаг витка спирали будет равен 360 : 40 = 9°, из чего следует, что сечение витка на внутренней окружности должно быть смещено относительно первого сечения на угол 4, 5° (между сечениями полвитка). Исходя из приведенных соображений, построим две вспомогательных прямых: первую с помощью команды Вертикальная прямая, привязываясь к началу координат эскиза, вторую – с помощью команды Вспомогательная прямая, проложив ее через начало координат под углом 4, 5° к вертикальной прямой. Для создания второй линии достаточно будет указать одну ее точку (начало координат), после чего задать угол смещения 85, 5° в поле Угол на панели свойств, и зафиксировать прямую. Постройте эскиз витка (окружность диаметром 2 мм) с центром в точке пересечения второй вспомогательной линии и окружности (рис. 3.137, б). Завершите построение эскиза, отжав кнопку Эскиз. Теперь создайте еще один точно такой же эскиз в модели. Эти эскизы имеют имена Эскиз:2 и Эскиз:3.

Выполните третий эскиз на плоскости XY. В нем постройте вспомогательную окружность диаметром 50 мм и две вспомогательные линии: одну вертикальную, а вторую под углом 9° к ней (то есть под углом 81° к горизонтали). На пересечении вспомогательной окружности и наклонной прямой постройте еще одно сечение витка (рис. 3.137, в). Этому эскизу система присвоила имя Эскиз:4.

Рис. 3.137. Эскизы сечений кольцевой пружины

2. Создайте еще два эскиза в плоскости ZY. Оба должны содержать полуокружность, выполненную с помощью команды Дуга панели Геометрия. Координаты центра дуги – (0; –22,5), радиус – 2,5 мм, начальный угол 90°, конечный угол 270°. Различие в эскизах заключается только в направлении построений дуг (по или против часовой стрелки), то есть в эскизах должно быть различное направление выпуклостей дуг. Пусть эскиз с направлением построения дуги по часовой стрелке имеет имя Эскиз:5, а с направлением против часовой стрелки, соответственно, Эскиз:6.

3. С эскизами мы, наконец, покончили, пора перейти к собственно построению тела модели. Вызовите команду Операция по сечениям панели Редактирование детали. На панели свойств нажмите кнопку Сечения, после чего в дереве построения щелкните на первом и втором эскизах (Эскиз:1 и Эскиз:2), содержащих сечения витков пружины. Если сейчас создать операцию, то вы получите абсолютно плоский элемент, поскольку оба эскиза лежат в одной плоскости. Однако для операции по сечениям можно указывать траекторию, как и для кинематических операций (просто при формировании тела по эскизам траектория не всегда обязательна). Для этого щелкните на кнопке Осевая линия на панели свойств и укажите в дереве модели Эскиз:6. Теперь можно создать операцию (рис. 3.138, а).

Вызовите еще раз команду Операция по сечениям, в качестве сечений для которой задайте Эскиз:3 и Эскиз:4, а в качестве траектории – Эскиз:5. Выполните операцию, и вы получите вторую половину витка пружины (рис. 3.138, б). Сразу спрячьте оба эскиза-направляющих.

Рис. 3.138. Виток кольцевой пружины: полувиток-основание (а), приклеивание второй половины витка (б)

4. Создайте вспомогательную ось на пересечении плоскостей ZX и ZY (команда Ось на пересечении плоскостей панели Вспомогательная геометрия) – эта ось будет перпендикулярна плоскости XY и проходить будет через начало координат модели. Выполните команду Массив по концентрической сетке панели Редактирование детали. В качестве оси массива задайте конструктивную ось на пересечении плоскостей, а объектами для копирования будут служить две операции по сечениям, формирующие виток пружины. Количество копий по окружности, как вы уже догадались, должно равняться 40. Задав все параметры, нажмите кнопку Создать объект и получите готовую пружину (рис. 3.139). Осталось только спрятать конструктивную ось и сохранить изменения в документе.

Рис. 3.139. 3D-модель кольцевой пружины

Файл модели кольцевой пружины Кольцевая пружина.m3d находится в папке ExamplesГлава 3Пружины компакт-диска, прилагаемого к книге.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.