Создание и анализ сборок

Сборка в CAD – это трехмерная модель изделия, объединяющая модели деталей и узлов, соединенных в соответствии с установленной конструктором структурой. Модели деталей и узлов, составляющие сборку, записаны в отдельных файлах, а в файле сборке хранятся только ссылки на эти модели.

Сборку можно создавать, используя проектирование снизу вверх, проектирование сверху вниз или комбинацию этих двух методов.

При проектировании снизу вверх сначала создаются детали (рисунок 16.1, а), а затем они вставляются в сборку и сопрягаются согласно требованиям проекта. Это метод хорош в том случае, когда не нужно создавать ссылки, управляющие размером и формой деталей относительно друг друга. Поскольку детали и узлы проектируются независимо, можно сосредоточиться на отдельных компонентах. Поэтому проектирование снизу вверх более предпочтительно при использовании заранее сконструированных или стандартных деталей и узлов. С другой стороны, при изменении размеров одной детали все сопряженные с ней детали придется редактировать вручную (как и при обычном, неавтоматизированном проектировании).

При проектировании сверху вниз (рисунок 16.1, б) детали создаются и редактируются прямо в среде сборки. При создании новой детали автоматически создается и файл, в котором она размещается. При редактировании детали в контексте сборки все изменения тоже сохраняются в файле детали и, соответственно, отображаются в сборке.

а) Сборка снизу вверх	б) Сборка сверху вниз

Рисунок 16.1 – Методы проектирования сборок

Проектирование сверху вниз чаще всего используется, когда необходимо использовать геометрию одной детали для определения других деталей. Например, можно поместить звездочку в сборку (рисунок 16.2) и проектировать держатель, задавая при этом взаимосвязи с геометрией звездочки. В этом случае размеры звездочки будут определять размеры держателя. Если изменяется размер звездочки, то при методе проектирования сверху вниз размеры держателя обновляется автоматически (рисунок 16.2, а). Если же проектировать по методу снизу вверх, то при изменении размеров звездочки размеры держателя останутся теми же самыми, и их необходимо будет редактировать самостоятельно (рисунок 16.2, б).

¯	¯
а) сборка сверху вниз	б) сборка снизу вверх

Рисунок 16.2– Результаты редактирования сборок, выполненных по разным методам

К недостаткам проектирования сверху вниз можно отнести повышенные требования к вычислительной мощности машины и уровню квалификации инженера. Поэтому на практике эти два метода проектирования стараются использовать совместно.

При сборке узла из отдельных деталей достаточно указать, какие поверхности выбранных деталей должны контактировать при работе (или величину зазора между ними), и машина автоматически введет детали в сборку (например, достаточно указать поясок вала и внутреннюю поверхность зубчатого колеса). Создавая детали в контексте сборки, указывают необходимые поверхности деталей, уже введенных в сборку и на основе этих поверхностей строить новые детали (например, создавать корпус редуктора, задавая зазор между зубчатыми колесами и контакт между наружной поверхностью подшипников и уплотнений).

Помимо оригинальных деталей, широко используются стандартные – от болтов и гаек до электродвигателей и муфт. Как правило, их выбирают из библиотек (баз данных) стандартных изделий. Библиотеки поставляются вместе с пакетом, закупаются у сторонних производителей либо создаются самими пользователями. При этом данные обычно хорошо структурированы. Например, при выборе подшипника, указав посадочный диаметр, пользователь получает список не всех подшипников, имеющихся в базе, а только нужного диаметра, причем разбитые по типам – шариковые, роликовые и т.д.

После объединение деталей в сборку CAD_пакет обеспечивает проверку собираемости. С целью реализации этой задачи можно выделить следующие группы функций:

- определение геометрических конфликтов в сборках. При анализе рассчитываются пересечения (наложения), зазоры и соприкосновенияя между деталями. Выявленные конфликты обычно выделяются цветом или помещаются в специальное окно просмотра. Пользователь может легко анализировать и выделять области геометрических конфликтов – нет ли взаимопроникновения деталей в друг друга в исходном положении и при геометрически возможных рабочих перемещениях;

- расчет допусков, в т.ч. трехмерных; обычно рассматриваются два варианта: 1) определение наиболее вероятного зазора (натяга) между деталями, исходя из нормального или задаваемого пользователем закона распределения размеров сопрягаемых деталей; 2) расчет допусков деталей, обеспечивающих гарантированную собираемость.

Одной из разновидности «проверки на собираемость» является моделирование взаимодействия человек-машина. Часто жизненно важно еще на стадии проектирования определить, насколько удобно и безопасно осуществлять сборку или ремонт изделия, проводить техническое обслуживание, наконец, просто насколько комфортно пользоваться станком или швейной машинкой. Для решения этих задач в компьютерную модель изделия дополнительно помещают компьютерную модель человека – манекен. Манекен, с точки зрения машины, такая же часть конструкции, как станина или кожух. Такой подход позволяют моделировать типовые движения реального оператора при работе с машиной. Пользователь может точно задать положение и программу движения манекена в трехмерном пространстве. Доступны достаточно сложные действия. Например, если манекен сидит в кресле, а от него требуется включить высоко расположенный тумблер, программа самостоятельно оценит, должен манекен только протянуть руку или необходимо все же встать на ноги. При этом моделируются все необходимые движения манекена с учетом окружающей обстановки. Учитываются даже такие нюансы, как ограничения возможностей человека при максимальной нагрузке в стесненных условиях.

Модель человека (манекен) выбирается из базы данных с учетом эргономических требований для соответствующего сегмента рынка. Возможно выбрать манекен соответствующий, например, высокому молодому шведу или полному пожилому филиппинцу, а также сформировать свою собственную модель. Более того, можно оценить, какому проценту от населения, например, Финляндии или Мексики будет удобно работать с разработанной конструкцией. Манекен моделирует не только движения человека, но и зрение – бинокулярное и периферий­ное. При этом в любой момент можно определить то, что именно манекен «видит» в трехмерном пространстве проекта при том или ином положении тела или повороте головы.