Design and 3D modeling of straight-bevel involute gears and gearing in KOMPAS 3D.
DOI:
https://doi.org/10.14529/engin260302Keywords:
involute bevel gear (IBG), CAD, KOMPAS-3D, 3D modeling, bevel gearing, cylindrical gearing, contact ratio, geometric designAbstract
Design of involute bevel gears (IBGs) remains a relevant and challenging engineering task in modern computer-aided design (CAD) systems. A key problem is the lack of specialized tools for their modeling, even in dedicated modules such as the “Mechanics – Shafts and Mechanical Transmissions” module of the KOMPAS-3D system. This limitation directly hinders the widespread adoption of promising IBGs in drive systems for various applications, despite their potential advantages. The goal of this work is to overcome this technological barrier. For this purpose, a comprehensive methodology for parametric design and creation of geometrically accurate 3D models of spur IBGs and gear transmissions based on them has been developed and proposed. The methodology is based on the use of the standard, built-in functionality of KOMPAS-3D, ensuring its accessibility for a wide range of design engineers. It is founded on the principle of equivalence, according to which the complex geometry of a bevel gear is represented as a set of virtual cylindrical gears corresponding to its transverse sections, with a variable coefficient of profile shift. The solid modeling technology is implemented using a blending operation between the two extreme transverse sections of the gear rim. As part of the research, a practical design algorithm was developed and successfully tested, integrating the proposed methodology into the workflow of the “Mechanics” module. As a result, parametric 3D models of spur IBGs were obtained, and two typical gear sets were formed and assembled based on them: a bevel gear (with intersecting axes) and a cylindrical gear (with parallel axes). The proposed approach significantly expands the functional capabilities of the KOMPAS-3D CAD system in the field of gear design, creates a new toolkit for engineers, and opens a practical pathway for the implementation of efficient involute bevel gear transmissions in modern mechanical engineering.References
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.
