Проектирование 3D-моделей прямозубых эвольвентно-конических  зубчатых колес и передач, составленных из них в среде разработки КОМПАС-3D

Борис Александрович Лопатин; Светлана Викторовна Плотникова; Виктор Георгиевич Шаламов; Алексей Валентинович Морозов

doi:10.14529/engin260302

Авторы

Борис Александрович Лопатин Южно-Уральский государственный университет, филиал в г. Златоусте, Златоуст https://orcid.org/0000-0003-3398-2138
Светлана Викторовна Плотникова Южно-Уральский государственный университет, филиал в г. Златоусте, Златоуст https://orcid.org/0009-0006-3707-8145
Виктор Георгиевич Шаламов Южно-Уральский государственный университет, Челябинск
Алексей Валентинович Морозов Владимирский государственный университет им. А.Г. и Н.Г. Столетовых, Владимир

DOI:

https://doi.org/10.14529/engin260302

Ключевые слова:

эвольвентно-коническое колесо (ЭКК), САПР, КОМПАС-3D, 3D- моделирование, коническая передача, цилиндрическая передача, коэффициент перекрытия, геометрический расчет

Аннотация

Проектирование эвольвентно-конических колес (ЭКК) остается актуальной и сложной инженерной задачей в среде современных систем автоматизированного проектирования (САПР). Ключевой проблемой является отсутствие специализированных инструментов для их моделирования даже в специализированных модулях, таких как «Механика – Валы и механические передачи» системы КОМПАС-3D. Это ограничение напрямую сдерживает широкое внедрение перспективных ЭКК в конструкции приводов различного назначения, несмотря на их потенциальные преимущества. Целью данной работы является преодоление этого технологического барьера. Для этого разработана и предложена комплексная методика параметрического проектирования и построения геометрически точных 3D-моделей прямозубых ЭКК и зубчатых передач на их основе. Методика базируется на использовании стандартного, встроенного функционала КОМПАС-3D, что обеспечивает ее доступность для широкого круга инженеров-конструкторов. В ее основе лежит принцип эквивалентности, согласно которому сложная геометрия конического колеса представляется в виде набора виртуальных цилиндрических колес, соответствующих его торцовым сечениям, с переменным коэффициентом смещения исходного контура. Технология твердотельного моделирования реализуется с помощью операции интерполяции между двумя крайними торцовыми сечениями зубчатого венца. В рамках исследования был разработан и успешно апробирован практический алгоритм проектирования, интегрирующий предложенную методику в рабочий процесс модуля «Механика». В результате получены параметрические 3D-модели прямозубых ЭКК, на базе которых были сформированы и собраны две типовые передачи: коническая (с пересекающимися осями) и цилиндрическая (с параллельными осями). Предложенный подход существенно расширяет функциональные возможности САПР КОМПАС-3D в области проектирования зубчатых зацеплений, создает новый инструментарий для конструкторов и открывает практический путь для внедрения эффективных эвольвентно-конических передач в современное машиностроение.

Библиографические ссылки

1. Большаков В.П. Твердотельное моделирование деталей в CAD-системах: AutoCAD, КОМПАС-3D, SolidWorks, Inventor, Creo. СПб.: Питер, 2014. 480 с.

2. Петракова Е.А. Создание параметрической зубчатой пары в Autodesk Inventor с использованием внешних данных // Справочник. Инженерный журнал. 2017. № 5 (242). С. 26–32.

3. Петракова Е.А., Власов А.С., Федоров Д.Ю. Параметрическое моделирование твердотельных конструкций в Autodesk Inventor // Справочник. Инженерный журнал. 2017. № 12 (249). С. 35–42.

4. Лустенков М.Е. Моделирование цилиндрического зубчатого колеса с эвольвентным профилем в системе Siemens NX // Актуальные вопросы машиноведения. 2023. Вып. 12. С. 169–172.

5. Трубачев Е.С. Программный комплекс SPDIAL+ // Вестник ИжГТУ имени М.Т. Калашникова. 2024. Т. 27, № 2. С. 37–48.

6. Волков А. Э., Лагутин С. А., Бирюков С. С. Программный комплекс для расчета прямозубых конических передач с локализованным контактом // Интеллектуальные системы в производстве. 2020. Т. 18, № 3. С. 77–84.

7. Захаренков Н.В., Тонких К.Ю. Макрос для автоматизированной модификации трехмерной модели конического зубчатого колеса в секторное зубчатое колесо в системе КОМПАС-3D: программа для ЭВМ № 2022616858. Бюл. № 4, опубл. 15.04.2022.

8. Соболев А.Н., Некрасов А.Я. Расчет и моделирование в CAD-системе эвольвентных и циклоидальных (часовых) зубчатых передач приборов // Вестник МГТУ «Станкин». 2016. № 2 (37). С. 13–16.

9. Лустенков М.Е. Моделирование эвольвентного профиля зубчатых колес в системе NX // Современные проблемы машиностроения: труды XIII Международной научно-технической конференции, Томск, 25–29 окт. 2021 г. Томск: Изд-во ТПУ, 2021. С. 38–40.

10. Сторчак Н.А., Гегучадзе В.И., Синьков А.В. Моделирование трехмерных объектов в среде КОМПАС-3D: учебное пособие. Волгоград: РПК «Политехник», 2006. 216 с.

11. Стрыгин С.В., Лощинин Н.В. 3D-моделирование скайвинг-станочного зацепления // Вестник Политеха. 2025. № 2. С. 13–26.

12. T-FLEX CAD 17. Руководство пользователя. 3D-моделирование и 2D-проектирование. М.: ЗАО «Топ Системы», 2021. 2804 с.

13. Особенности изготовления и расчета зубчатых колес для новых приложений (обзор) / С.В. Шилько, В.Е. Старжинский, В.В. Дубровский и др. // Механика машин, механизмов и материалов. 2024. № 3 (68). С. 53–60.

14. Киселев Р.М., Домнина О.А. Некоторые аспекты применения системы «КОМПАС-3D» // Развитие’24: Российский PLM-комплекс для подготовки кадров: Всероссийский форум (с международным участием). М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2024. С. 85–87.

15. Подчасов Е.О., Киселев Р.М. Некоторые аспекты рационального выбора коэффициентов смещения эвольвентных цилиндрических зубчатых передач с применением библиотеки «Валы и механические передачи» системы КОМПАС-3D // Развитие’23: Российский PLM-комплекс для подготовки кадров: тезисы докладов всероссийского форума (с международным участием). М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2023. С. 138–140.

16. Голованев В.А. Валы и механические передачи 3D. Дополнительный модуль: программа для ЭВМ № 2020660300. Бюл. № 9, опубл. 01.09.2020.

17. Домачук А.И. Специальные возможности КОМПАС-3D для создания зубчатых венцов // Инновационные технологии в машиностроении, образовании и экономике. 2018. № 2 (8). С. 5–9.

18. Нгуен Т.Ж. Моделирование и анимация цилиндрической зубчатой передачи в среде КОМПАС-3D // Электронные системы и технологии: материалы 61-й научной конференции. Минск: БГУИР, 2025. С. 658–661.

19. Litvin F.L., Fuentes A. Gear Geometry and Applied Theory. 2nd ed. Cambridge: Cambridge University Press, 2004. 800 p.

20. Справочник по геометрическому расчету эвольвентных зубчатых и червячных передач / под ред. И.А. Болотовского. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1986. 448 с.

21. Lopatin B.A., Lopatin D.B., Plotnikov V.A. Design of Gears with Involute-Bevel Gearwheels // Theory and Practice of Gearing and Transmissions. Zug: Springer, 2025. P. 117–134.

22. Лопатин Б.А., Плотникова С.В., Плотников В.А. Зубчатые передачи из эвольвентно-конических колес: программа для ЭВМ № 2025696706. Бюл. № 12, опубл. 19.12.2025.