Проектирование кинематики механизмов при помощи блоков в эскизах

Блоки в эскизах, в частности, возможность их перемещать в плоскости эскиза как единое целое, позволяют рассматривать эскизы SolidWorks как схемы механизмов, где каждый эскиз соответствует своей детали эскиза. Достаточно соединить блоки взаимосвязями (например, совпадение точек двух блоков может рассматриваться как цилиндрический шарнир) и зафиксировав или привязав к начальной точке одну из деталей, можно перемещать относительно нее другие детали, получая представление о работе механизма и настраивая форму и взаимное положение его звеньев. Данный подход удобен, во-первых, тем, что позволяет определиться с размерами деталей механизма еще до создания их трехмерных моделей, а, во-вторых, такой эскиз может стать основой для создания сборки методом «Сверху вниз».

Также в SolidWorks 2008 предусмотрен ряд инструментов, дающих дополнительные возможности моделирования механизмов в эскизах.

Часто в основе механизмов лежат зубчатые передачи. Создание зубчатых колес «с нуля» является очень трудоемкой задачей (в большинстве случаев вместо создания детали осуществляют ее вставку из библиотеки готовых компонентов, см. Лабораторную работу №). Обсчет трехмерных моделей зубчатых колес – очень ресурсоемкая задача, которая даже на мощных компьютерах выполняется медленно.

Однако для ряда задач, в частности, определения межосевых расстояний и передаточных чисел, зубчатые колеса можно условно заменить их делительными окружностями. Именно такой подход применяется при проектировании механизмов на уровне эскизов.

Чтобы смоделировать передачу вращения между зубчатыми колесами, в SolidWorks предусмотрена специальная взаимосвязь «Тяговое усилие». Взаимосвязь добавляется при помощи кнопки так же, как и любые другие взаимосвязи. В рабочей области она обозначается значком . Данная взаимосвязь может быть добавлена только между двумя дугами или дугой и линией при условии, что эти объекты являются частями двух различных блоков.

Взаимосвязь «Тяговое усилие» также предполагает наличие касательности между объектами. Если объекты не были касательными, они будут перемещены так, чтобы касательность была обеспечена. Если ограничения (размеры и взаимосвязи) не позволяют переместить объекты, эскиз получит статус неразрешимого.

Другой распространенной задачей является проектирование ременных и цепных передач. В этом случае важным вопросом является определение длины ремня или цепи.

Для этого в SolidWorks предусмотрен специальный инструмент «Ремень/цепочка», который запускается через меню Инструменты – Объекты эскиза – Ремень/цепочка или кнопкой панели инструментов блоков. Будет открыт соответствующий менеджер свойств.

В категории Детали ремня присутствует поле для выбора объектов (дуг или окружностей), которые будут охвачены ремнем. Эти объекты не обязательно должны быть отдельными блоками. Ремень будет проходить вдоль объектов именно в той последовательности, в которой объекты перечислены в поле . Чтобы изменить последовательность, следует выделить нужный объект и переместить его по списку кнопками и .

Часто ремень (или цепь) могут соприкасаться с одними элементами своей внутренней стороной, а с другими – наружной. Чтобы изменить рабочую сторону ремня для каждого из шкивов, следует выделить этот шкив в списке поля и нажать кнопку . Вместо этого можно щелкнуть по маркеру-стрелке в месте касания ремня и шкива в рабочей области (данные маркеры появляются после выделения хотя бы двух шкивов).

В категории Свойства, прежде всего, можно узнать длину получившегося ремня. Если установить флажок «Управляющая», длину ремня можно будет задать самостоятельно (например, для использования стандартных ремней или цепей). В этом случае SolidWorks переместит те или иные шкивы, так, чтобы длина ремня была соблюдена. Возможность перемещения шкивов определяется наложенными на их осевые точки ограничениями (размерами и взаимосвязями). Если перемещение будет невозможно, эскиз получит статус неразрешимого.

Флажок «Использовать толщину ремня» позволяет сместить линию ремня относительно исходного контура на заданную величину. Величина вводится в специальное поле, которое появляется после установки флажка. Это полезно, когда толщиной ремня нельзя пренебрегать, а длина ремня нормируется по его наружной стороне.

Наконец, флажок «Включить ремень» задействует созданный ремень в качестве кинематической передачи, заставляя его передавать вращение от одних объектов эскиза другим. Если флажок снят, инструмент служит лишь для расчета длины ремня.

Созданный ремень обозначается в дереве построения отдельным значком , вложенным в соответствующий эскиз наравне с его блоками. Рядом с именем ремня в скобках указывается его длина. При щелчке правой кнопкой мыши по этому значку (в режиме редактирования эскиза) доступен пункт Редактировать ремень, открывающий менеджер свойств ремня.

Если выделить ремень в рабочей области, также откроется менеджер свойств ремня, однако категория Детали ремня будет отображаться серым цветом, и редактировать можно будет только категорию Свойства (изменять длину ремня, толщину, а также включать и выключать передачу движения ремнем. Если же необходимо изменить состав или порядок обхождения ремнем шкивов, в категории Детали ремня предусмотрена кнопка «Редактирование шкивов». После ее нажатия она сама исчезнет, а настройки в категории Детали ремня снова станут доступными.

Третьей задачей, которую можно решить в эскизах SolidWorks, является проверка взаимодействия деталей типа кулачков. Как правило, чтобы поверхность кулачка соприкасалась с поверхностью толкателя, достаточно для соответствующих линий их эскизов указать взаимосвязь «Касательность». И если кулачок представляет собой замкнутой сплайн, этого будет достаточно.

Однако чаще всего эскиз кулачка образуется из нескольких объектов – линий, дуг, сплайнов, которые при вращении кулачка по очереди соприкасаются с толкателем. Задать взаимосвязь касательности одновременно с ними всеми нельзя. Для этого их необходимо объединить в одно целое. Это не может быть блок, так как в SolidWorks взаимосвязи задаются с отдельными объектами блока (точками, линиями, дугами), а не с блоками целиком.

Таким целым в SolidWorks является путь. Основное назначение элемента типа путь, собственно, и заключается в том, чтобы позволить задать взаимосвязь касательности с цепочкой элементов.

Для создания пути служит меню Инструменты – Инструменты эскиза – Создать путь или кнопка панели инструментов «Эскиз».

Если перед началом работы команды выделить один из объектов, которые в будущем должны составить путь (например, одну из дуг), будет изображен менеджер свойств команды, содержащий две категории: Существующие взаимосвязи и Определение. В последней содержится кнопка «Редактировать путь», нажатие на которую изменяет менеджер свойств. Отныне в нем присутствуют категории Сообщение (отображает текстовую подсказку) и Выбранные объекты. В поле выбора последней и перечисляются все объекты, которые должны сформировать путь.

После нажатия кнопки путь будет создан. Можно выделить его и объект, взаимодействующий с ним, и назначить для них взаимосвязь касательности. При этом путь и касающийся его объект не обязаны быть частями блоков, хотя использование блоков часто позволяет объединить кулачок и толкатель с другими объектами, сформировав эскизы более сложных деталей.

Если перед созданием пути ничего не выделить или выделить несколько объектов, будет сразу же отображен второй менеджер свойств с полем выбора объектов.

Признаком того, что путь создан, является во-первых, выделение всех объектов пути при щелчке по одному из них, а, во-вторых, отображение менеджера свойств пути с категориями Существующие взаимосвязи и Определение. Кнопка «Редактировать путь» отображает второй менеджер пути, позволяя изменить состав образующих путь объектов.

Поскольку выделить один из объектов, образующих путь, простым щелчком мыши невозможно (выделяется весь путь), при такой необходимости следует воспользоваться пунктом контекстного меню Выбрать другой (или кнопкой контекстной панели инструментов).

Чтобы удалить путь, следует воспользоваться пунктом Удалить контекстного меню. Объекты, образующие путь, при этом удалены не будут.

При создании пути из объектов, относящихся к блоку, не следует создавать путь в режиме редактирования блока, так как вне режима редактирования блока такой путь будет недоступен. Следует сначала создать блок и разместить его в эскизе, а затем из его элементов создать путь. Более того, если путь уже создан «внутри» блока, создать такой же путь «вне» его SolidWorks не позволит.

Создание трехмерных эскизов

В ряде случаев проектирование изделий предполагает использование в основе твердотельных деталей эскизов, которые не могут принадлежать одной плоскости. К примеру, для создания цилиндрической пружины нужно выдавить окружность (сечение проволоки пружины) вдоль пространственной спирали. Таким же образом создаются модели деталей, получаемых гибкой металлических прутков в нескольких плоскостях. Также при проектировании металлических ферменных конструкций на начальном этапе может быть полезно проработать основные размеры фермы на уровне эскиза (представив каждую из балок фермы отрезком).

Для решения этих задач в SolidWorks предусмотрено создание трехмерных (3D) эскизов.

Для создания 3D эскизов вместо обычных (2D) эскизов используется меню Вставка – 3D эскиз или кнопка панели инструментов «Эскиз» (объединена с кнопкой в выпадающий список). Подобно 2D эскизу, нажатие данной кнопки переводит SolidWorks в режим рисования эскиза, а в дерево построений добавляется новый значок «Трехмерный эскиз».

После входа в режим эскиза выбирается нужный инструмент эскиза и осуществляется собственно рисование. В SolidWorks 2008 в режиме трехмерного эскиза можно пользоваться инструментами рисования линий, прямоугольников, дуг, окружностей, точек и сплайнов. Построение правильных многоугольников, эллипсов и эллиптических дуг, парабол и текста в режиме трехмерного эскиза недоступно. Также недоступны функции массивов и эквидистантного смещения объектов.