International Scientific Conference 18 – 19 November 2011, gabrovo

Зъбните колела са едни от най-сложните машинни елементи и намират широко приложение в практиката. Според изследвания от 2005г. общото количество на еволвентните зъбни колела е 75% от всички зъбни колела, от които цилиндричните с външни зъби са 85÷90%, а от тях около 97% са с прави зъби [3].

Един от начините за повишаване на производителността при изработване на цилиндрични зъбни колела (ЦЗК) е използване на системи за автоматизирано проектиране по време на цикъла проектиране-производство. Това могат да бъдат, както CAD/CAE/CAM системи с общо предназначение така и тясно специализирани, които се използват само за зъбни предавки. В [1] е направен сравнителен анализ относно използването на такива универсални (в случая Autodesk Inventor) и специализирани системи (GEOMER и GEAR-разработени в Русенски университет) за пресмятане на зъбни предавки. Основните изводи от анализа показват, че и двата вида системи със своите предимства и недостатъци намират своето място в практиката.

Една от съвременните CAD/CAE системи, които намират широко приложение е Autodesk Inventor. С помощта на модула „Spur Gears Component Generator” който е част от Design Accelerator (Mechsoft) вграден в Autodesk Inventor 2012, могат да се пресмятат цилиндрични зъбни предавки и да се генерират техни 3D модели. Тези модели могат успешно да се използват за направа на чертежи и 3D модели на сборни конструкции (3D Assembly models), част от които са те. Ако обаче на база на тези модели трябва да се направи дигитален прототип или прототип на ЦЗК изработен по методите на бързото прототипиране (Rapid Prototyping), или да се използват за автоматизирано генериране на управляващи програми за машини с цифрово програмно управление (с помощта на CAM системи) е необходимо профила на зъбите на колелата да отговаря на номиналния такъв. На пръв поглед 3D моделите на ЦЗК генерирани чрез „Spur Gears Component Generator” имат профил съществено различаващ се от номиналния, като работната повърхнина на зъбите вероятно не е еволвентна, а освен това липсва и преходна повърхнина между работната повърхнина и основата на зъба (фиг.1).

За да се генерира 3D модел на колелото профила на зъбите, на който да отговаря на номиналния трябва да се изпълни следната последователност (фиг.2):

1)да се стартира „Spur Gears Component Generator” (фиг.2.а);

2)да се въведат параметрите на колелото и предавката и да се генерира 3D модел, профила на зъбите на който не отговаря на номиналния (фиг.1);

3)да се кликне с десен бутон на мишката върху този модел и да се избере опцията „Export tooth shape” (фиг.2.б), след което от едноименното меню (фиг.2.в) да се посочи на малкото или голямото колело от предавката да се генерира номиналния профил на междузъбието;

4)избира се „ок” (фиг.2.в) и системата генерира нов файл, в който има 3D модел на цилиндър с диаметър и височина, отговарящи съответно на външния диаметър (d_a) и широчината (b) на колелото и скица лежаща в равнина намираща се на едното чело на цилиндъра съдържаща изчертан номиналния профил на междузъбието (фиг.2.г);

5)в зависимост от това дали ЦЗК е с прави или винтови зъби се избират съответно опциите „Extrude” (фиг.2.д) или „Coil” с булева операция „Cut” и след като се посочи профила се изрязва материала от междузъбието в първия случай по права линия (фиг.2.д), а във втория по винтова линия;

6


а)



б) в)



г) д)



е) ж)

Фиг. 2. Последователност на действие при генериране на 3D модел на ЦЗК с номинален профил на зъбите в средата на Inventor
)полученото междузъбие се размножава около оста на цилиндъра с помощта на командата за направа на полярен масив „Circular pattern” (фиг.2.е) , като броя на размножаваните обекти се приема да е равен на броя на зъбите на колелото (z). След реализиране на масива се получава и желания 3D модел на ЦЗК с профил на зъбите отговарящ на номиналния.
Вижда се , че за да бъде генериран желания модел е необходимо да се изпълни описаната последователност (фиг.2), което става не много бързо, а освен това е и необходимо потребителя да може да работи със системата Inventor.

Ц

За постигане на целта е необходимо да се разработи методика и алгоритъм на база на които да бъде създадена надстройката.

За да бъде разработена желаната надстройка е необходимо да се разработи методика за нейната реализация. Методиката има следната последователност:

1


Фиг. 4. Базов 3D модел на ЦЗК
)анализ на възможни варианти за създаване на надстройката

-създава се един цилиндър;

-в едно от челата на цилиндъра се създава скица с изчертан профил на междузъбие. Това става с помощта на точки и криви „spline”, като за работния участък (част от еволвента) се използва един, а за преходната крива (част от удължена еволвента) втори „spline”и се построява примерно лявата страна на междузъбието (фиг.3.а), след което се прави огледален образ спрямо симетралата му и се получава и дясната (фиг.3.б);

-изпълняват се 5) и 6) от последователността дадена в т.2 и се генерира базовия 3D модел, като в 5) се прилагат командите „Extrude” и „Coil”, след което едната от тях се потиска (Suppress) (фиг.4). Това се прави за да може базовия 3D модел да се използва за създаване на ЦЗК с прави и винтови зъби, понеже командата „Coil” не приема стойност за ъгъла на наклона на винтовата линия 0^°. При ЦЗК с прави зъби е необходимо да се потиска „Coil”, а при ЦЗК с винтови зъби „Extrude”.

4


Фиг. 5. Интерфейс на надстройката
)конструиране на интерфейса на надстройката

6


а)



б)

Фиг. 6. Пример за връзка между интерфейса на надстройката и параметрите на модела
)осъществяване на връзка между интерфейса и базовия модел

След изпълнение на методиката се получава 3D модел на ЦЗК, с желаните от потребителя параметри.

На база на създадената методика е съставен и алгоритъм за разработване на надстройката (фиг.7).

На база на разработените методика и алгоритъм е създадена надстройка в средата на Autodesk Inventor и VBA за генериране на 3D модели на ЦЗК.

След разработването надстройката е тествана в следната последователност:

-стартиран е Autodesk Inventor и е отворен файла съдържащ базовия модел и VBA файла свързан с този модел (фиг.8.а);

-с натискане на бутона F5 е стартирано създаденото приложение (фиг.8.б);

-

В резултат на изпълнение на тази последователност е тествана надстройката. Получения модел на ЦЗК е сравнен с същия такъв получен с помощта на изпълнение на последователността дадена в т.1 (фиг.2) на настоящата работа. Двата модела съвпадат напълно. Това доказва, че надстройката работи точно и математическите зависимости за определяне на параметрите на колелата са едни и същи.

От направения анализ в т.1 на настоящата работа става ясно, че за да се генерира номинален 3D модел на ЦЗК с еволвентни зъби е необходимо да се изпълни определена последователност (фиг.2), като задължително се преминава през модула „Spur Gears Component Generator” който е част от Design Accelerator в Inventor.

Предложената надстройка разработена с помощта на VBA вграден в Inventor, дава възможност да се генерира желания номинален 3D модел на ЦЗК по-бързо и лесно. Освен това не се налага потребителят на надстройката да познава системата Inventor, докато в първия случай това е задължително.

Създадената и тествана надстройка ще бъде в основата на експериментални изследвания, относно възможността за изработване на прототипи на ЦЗК по методите на бързото прототипиране (Rapid Prototyping) и тяхната точност, които предстоят.

[1] Ангелова Е., В. Ронкова. Сравнителен анализ на CAD системи за изчисляване на зъбни предавки, XIX Международна конференция trans&MOTAUTO'11, 29.06- 01.07 2011 г, Варна, България, сп. Научни известия, Година ХІХ, Брой 3(123), юни 2011г., ISBN: 1310-3946, 60-63.

[2] Гавриленко. В. А. Основы теории эволвентной зубчатой передачи. „Машиностроение”, Москва 1969.

[3] Младенов Ю. Повишаване на производителността при нарязване на цилиндрични еволвентни колела. Сборник доклади. Трудове на юбилейната международна научна конференция AMTECH 2005, том 44, серия 2, с.342-347.

[4] Справочник зубчатые передачи. Под общей редакцией Е. Г. Гинзбург. „Машиностроение”, 1980.

[5] Autodesk Inventor 2012-Wikihelp.

[6] Visual Basic 6.0 Professional-Стъпка по стъпка. Том I. Софтпрес, 2000.

[7] Visual Basic 6.0 Professional-Стъпка по стъпка. Том II. Софтпрес, 2000.

Изследванията са подкрепени по договор № BG051PO001-3.3.04/28, „Подкрепа за развитие на научните кадри в областта на инженерните научни изследвания и иновациите”. Проектът се осъществява с финансовата подкрепа на Оперативна програма „Развитие на човешките ресурси” 2007-2013, съфинансирана от Европейския социален фонд на Европейския съюз“.