Методические рекомендации по порядку выполнения работы и анализу результатов. Рецензент Модорский В. Я. Тираж экз. Фгбоу впо Пермский национальный исследовательский политехнический университет

32
1.7.2. Сопряжения компонентов сборки
Сопряжения создают геометрические взаимосвязи между компонентами сборки. При добавлении сопряжений следует определить допустимые направления линейного или вращательного движения компонентов. Можно перемещать компонент в пределах его степеней свободы, наблюдая за поведением сборки. Сопряжения можно создавать между гранями, ребрами, линиями, точками и т.д.
Для того чтобы добавить сопряжение:
1.
Нажмите кнопку "Сопряжение"
(панель инструментов "Сборка", рисунок 1.7.2.1) или выберите "Вставка" -> "Сопряжение".
Рис. 1.7.2.1. Добавление сопряжений
2.
В PropertyManager (Менеджере свойств) в разделе "Выбор сопряжений" выберите объекты, для которых требуется выполнить сопряжение с помощью функции "Объекты для сопряжения"
(рисунок 1.7.2.2).

33
Рис. 1.7.2.1. Выбор объектов для сопряжения
3.
Там же выберите "Добавить/завершить сопряжение" или выберите другой тип сопряжения.
4.
Нажмите
, чтобы закрыть PropertyManager.
Подробнее работа с компонентами сборок будет рассмотрена в пункте 2.
После изучения основных инструментов и функций данной программы, прейдем к непосредственному построению модельной ракеты.

34
2. Создание основных деталей и сборки модельной ракеты
2.1. Создание основных деталей модельной ракеты
К данным деталям относятся: корпус, головной обтекатель, стабилизатор, пыж, уплотнительное кольцо и триммер.
2.1.1. Корпус модельной ракеты
Корпус модельной ракеты представляет собой полый цилиндр. Корпус является основной деталью модельной ракеты и предназначен для размещения как на нем, так и внутри него всех необходимых для полета ракеты деталей, таких как двигатель, стабилизаторы, головная часть и т.д.
Корпус изготавливается из нескольких слоев бумаги скрепленных клеем, намоткой на цилиндрическое основание (рисунок 2.1.1). То, что будет получено в процессе моделирования представлено на рисунках 2.1.1 и 2.1.2
Рис. 2.1.1. Корпус готовой 3D-модели
Рис. 2.1.2. 3D-модель корпуса
1.
Нажмем на кнопку "Создать новый файл".

35
2.
После нажатия на кнопку высветится набор шаблонов библиотеки SolidWorks, выберите шаблон "gost-part", и нажмите "ok" (рисунок 2.1.3).
Рис. 2.1.3. Шаги создания нового проекта
3.
Вы должны увидеть рабочие пространство для дальнейшего 3D моделирования
(рисунок 2.1.4).
Рис. 2.1.4. Рабочее пространство нового проекта

36 4.
Далее в контекстном меню сверху необходимо выбрать "Эскиз", затем в
Дереве построения необходимо выбрать "Элемент (Сверху)", нажать на него правой кнопкой мыши, в открывшемся меню, нажмем на иконку "Эскиз"
(рисунок 2.1.5).
Рис. 2.1.5. Переход к эскизированию
5.
Далее в меню стандартных элементов Эскиза нам нужно выбрать
"Окружность"
, начертить 2 окружности.
6.
Далее выберем инструмент "Автоматическое нанесение размеров"
, зададим размер как на рисунке 2.1.6.

37
Рис. 2.1.6.
7.
После всех проделанных операций нажмите кнопку "Выход из эскиза"
8.
Нажмите на вкладку "Элементы", далее выберите элемент "Вытянутая
бобышка/основание" (рисунок 2.1.7).
Рис. 2.1.7. Выбор элемента "Вытянутая бобышка"
9.
После нажатия в левой части экрана появится настройки бобышки, задайте параметры как на рисунке 2.1.8.

38
Рис. 2.1.8. Параметры элемента "Вытянутая бобышка"
10.
После применения вытенутого выреза у вас получится корпус вашей будующей ракетной модели (рисунок 2.1.9).
Рис. 2.1.9. Корпус ракетной модели
11.
Теперь зададим материал для нашего корпуса, для этого в "Дереве
построения" нажмем на корпус нашей детали.

39 12.
Кликнем по нему правой кнопкой мыши, затем наведем курсор на вкладку
"Материал", после этого нажмем на пункт "Редактировать материал". Для подробности смотрим рисунках 2.1.10-2.1.11.
13.
Теперь в открывшейся библиотеке найдем нужный нам материал, для нашего корпуса это – "Гофрированная бумага".
Рис. 2.1.10. Выбор материала

40
Рис. 2.1.11. Библиотека материалов

41
2.1.2. Головная часть (обтекатель) модельной ракеты
Головной обтекатель представляет собой конус с цилиндрическим переходником для крепления к корпусу. Он, так же как и корпус, выполняется из бумаги намоткой и предназначен для улучшения обтекания модели ракеты (рисунок 2.1.2.1).
Рис. 2.1.2.1. Головная часть
1.
Создаем новый файл и в нем новый эскиз, по аналогии с прошлым пунктом.
2.
В эскизе создаем осевую линию, которая является осью симметрии данной детали.
Для этого на панели "Эскиз" открываем контекстное меню инструмента "Линия"
и выбираем тип линии "Осевая линия". Рисуем осевую линию в соответствии с рисунком 2.1.2.2.

42
Рис. 2.1.2.2. Ось головной части
3.
С помощью инструмента "Линия" создаем форму будущей головной части ракеты, в соответствии с рисунком 2.1.2.3.
Рис. 2.1.2.3. 1/2 формы головной части

43
4.
Добавим взаимосвязь между линиями, представляющими собой внутреннюю и внешнюю поверхность обтекателя. Данные линии должны быть параллельны. Для этого выберем две данных линии и в появившемся окне "PropertyManager" в разделе "Добавить взаимосвязи" выберем тип взаимосвязи "Параллельный"
(рисунок2.1.2.4).
5.
Рис. 2.1.2.4. Взаимосвязь линий
6.
Далее выберем инструмент "Автоматическое нанесение размеров" и зададим размеры как на рисунке 2.1.2.5.

44
Рис. 2.1.2.5. Размеры 1/2 формы головной части
При необходимости добавить прочие размеры и взаимосвязи, для того чтобы
доопределить эскиз.
7.
Далее необходимо воспользоваться функцией "Повернутая бобышка/основание".
8.
После нажатия в левой части экрана появятся настройки повернутой
бобышки, задайте параметры как на рисунке 2.1.2.6.

45
Рис. 2.1.2.6. Настройки повернутой бобышки
9.
Теперь нужно задать материал для нашего обтекателя, как это делать вы уже знаете. Материал для обтекателя: "Гофрированная бумага".

46
2.1.3. Стабилизатор модельной ракеты
Аэродинамический стабилизатор – узел ракеты, с помощью которого в полете создается стабилизирующий момент, стремящийся совместить продольную ось ракеты с направлением полета. Стабилизаторы могут иметь различную форму, но в основном это формы близкие к треугольнику. Чаще всего стабилизаторов 3- 4 штуки и они располагаются в области нижней кромки корпуса (рисунок 2.1.3.1). В нашем случае изготавливаются из пенопласта.
Рис. 2.1.3.1. Стабилизатор
1.
Создаем новый "Файл" и новый "Эскиз" по аналогии с предыдущими пунктами.
2.
Создаем "Эскиз" с размерами как на рисунке 2.1.3.2.
Рис. 2.1.3.2. Эскиз стабилизатора

47
3.
После всех проделанных операций нажмите кнопку "Выход из эскиза"
4.
Нажмите на вкладку "Элементы", далее выберите элемент "Вытянутая
бобышка/основание".
5.
После нажатия в левой части экрана появится настройки бобышки, задайте параметры как на рисунке 2.1.3.3.
Рис. 2.1.3.3. Настройки бобышки
6.
Теперь нужно задать материал для нашего стабилизатора, как это делать вы уже знаете. Материал для стабилизатора:
"Полиуретановый жесткий пенопласт".

48
2.1.4. Пыж модельной ракеты
Пыж модельной ракеты предназначен для выталкивания системы спасения после срабатывания вышибного заряда. Он располагается внутри корпуса на удалении от стабилизатора и модельного ракетного двигателя (рисунок 2.1.4.1). В данном случае проектируется пыж цилиндрической формы изготовленный из пенопласта.
Рис. 2.1.4.1. Расположение "пыжа"
1.
Создаем новый "Файл" и новый "Эскиз" по аналогии с предыдущими пунктами.
2.
Создаем деталь со следующими размерами (рисунок 2.1.4.2).
Рис. 2.1.4.2. Геометрия для детали "пыж"
3.
Теперь нужно задать материал для нашего "Пыжа", как это делать вы уже знаете.
Материал для Пыжа: "Полиуретановый жесткий пенопласт".

49
2.1.5. Триммер модельной ракеты
В натурной ракете триммер представляет собой ленту длиной около 500 мм и шириной около 55 мм из прочного полиэтилена. Он предназначен для вертикального спуска ракеты после вылета вышибного заряда.
Рис. 2.1.5.1. Расположение "триммера"
Для помещения триммера в модельную ракету он много раз складывается и погружается внутрь на необходимое расстояние. Так как полиэтилен является достаточно упругим материалом, после того как он оказывается внутри корпуса, он начинает расправляться, между слоями полиэтилена появляется области заполненные воздухом и он заполняет собой весь свободный объем внутри корпуса в радиальном направлении.
Такую систему проектировать достаточно сложно, в связи с этим приводится допущение, и триммер моделируется цилиндром с радиусом равным внутреннему радиусу корпуса и высотой равной ширине натурного двигателя. При этом он должен иметь меньшую плотность для сохранения неизменной массы триммера. В данной работе предлагается создать новый материал с новым значением плотности, при которой масса остается неизменной.
Рассчитаем массу натурного триммера.
риммера
поли тилена
риммера
(2.1.5.1) где:
риммера
- масса триммера,
поли тилена
кг м
- плотность полиэтилена, из которого сделан триммер и
риммера
- объем триммера.
Объем триммера можно определить:
риммера
(2.1.5.2)
где a=550 мм, b= 50 мм - соответственно длина и ширина прямоугольника, а h - толщина материала.
Возникает вопрос, как определить толщину одного слоя? Толщина полиэтилена достаточно мала, в связи с этим толщину одного слоя измерить затруднительно.

50
Предлагается сложить много слоев материала "стопкой" измерить толщину полученной конструкции и разделить на количество слоев.
После погружения в корпус ракеты будем считать, что триммер будет иметь форму цилиндра. Тогда его объем будет определяться соотношением:
цил
(2.1.5.3) где
- площадь круга в основании цилиндра, R - внутренний радиус корпуса и b - ширина триммера.
Так как масса триммера остается постоянной, выразим плотность моделируемого триммера, после его погружения в корпус:
цил
рим
риммера
цил
(2.1.5.4)
1.
Создаем новый "Файл" и новый "Эскиз" по аналогии с предыдущими пунктами.
2.
Создаем деталь со следующими размерами (рисунок 2.1.5.2).
Рис. 2.1.5.2. Геометрия и размеры для детали "триммер"
3.
Далее создадим в SolidWorks материал с плотностью, полученной в результате
расчета. Для этого в "Дереве построения" нажимаем правой кнопкой на вкладке
"Материал" и выбираем пункт "Редактировать Материал"(рисунок 2.1.5.3).

51
Рис. 2.1.5.3. Переход к редактированию материала
В появившемся диалоговом меню "Материал" переходим на вкладку
"Настроенный пользователем материал" и нажимаем правой кнопкой на вкладку
"Пластмасса", в контекстном меню выбираем вкладку "Новый материал"(рисунок
2.1.5.4).
Рис. 2.1.5.4. Задаем новый материал

52
Присваиваем название материала "Полиэтилен для триммера" и редактируем свойства материала, присваивая значение плотности, равное полученному при
расчете (рисунок 2.1.5.5).
Рис. 2.1.5.5. Свойства полиэтилена для триммера

53
2.1.6. Уплотнительное кольцо МРД модельной ракеты
Уплотнительные кольца представляют собой два небольших цилиндрических колечка с помощью которых двигатель крепится в корпусе, располагаются на расстоянии примерно по 5 мм от верхней и нижней кромки двигателя и изготавливаются из пенопласта (рисунок 2.1.6.1).
Рис. 2.1.6.1. Расположение уплотнительных колец
1.
Создаем новый "Файл" и новый "Эскиз" по аналогии с предыдущими пунктами.
2.
Создаем деталь со следующими размерами (рисунок 2.1.6.2)
Рис. 2.1.6.2. Геометрия и размеры уплотнительного кольца
3.
Теперь нужно задать материал для уплотнительного кольца "Полиуретановый
мягкий пенопласт".

54
2.2. Создание деталей МРД
Модельный ракетный двигатель состоит из корпуса МРД, сопла, твердотопливного заряда, замедлителя и вышибного заряда.
2.2.1. Корпус МРД
Корпус модельной ракеты представляет собой полый цилиндр из картона. В нем располагаются остальные детали МРД. Корпус МРД крепится к корпусу ракеты с помощью двух уплотнительных колец (рисунок 2.2.1.1).
Рис. 2.2.1.1. Сечение корпуса МРД
1.
Создаем новый "Файл" и новый "Эскиз" по аналогии с предыдущими пунктами.
Создаем деталь со следующими размерами (рисунок 2.2.1.2).
Рис. 2.2.1.2. Геометрия и размеры корпуса МРД
2.
Теперь нужно задать материал для нашего корпуса МРД, как это делать вы уже знаете. Материал для МРД: "Гофрированная бумага".

55
2.2.2. Сопло МРД
Сопло МРД представляет собой цилиндр с небольшим отверстием. Через данное сопло истекают раскаленные газы из камеры сгорания двигателя и создают реактивную тягу. Изготавливается из керамического материала. Сечение представлено на рисунке
2.2.2.1.
Рис. 2.2.2.1. Сечение сопла МРД
1.
Создаем новый "Файл" и новый "Эскиз" по аналогии с предыдущими пунктами.
2.
Создаем бобышку со следующими размерами.
Рис. 2.2.2.2. Геометрия и размеры сопла МРД
Выбираем нижнюю часть бобышки (как это сделать было рассмотрено ранее). В этом виде сделайте еще одну окружность и задайте ей размер с помощью
"Автоматического нанесения размеров" (рисунок 2.2.2.3).

56
Рис. 2.2.2.3. Дополнительная окружность
3.
Нажмите на иконку "Вытянутый вырез"
, в правой части экрана откроются настройки вытянутого выреза, задайте эти настройки как нарисунке
2.2.2.4.
Рис. 2.2.2.4. Настройки вытянутого выреза
4.
Теперь нужно задать материал для нашего сопла, как это делать вы уже знаете.
Материал для сопла: "Керамика фарфор".

57
2.2.3. Твердотопливный заряд МРД
Твердотопливный заряд представляет собой заряд черного пороха. После воспламенения заряда раскаленные газы вытекают через сопло МРД и создают реактивную тягу. Данный заряд представляет собой цилиндр с небольшим центральным каналом (рисунок 2.2.3.1).
Рис. 2.2.3.1. Сечение заряда МРД
1.
Создаем новый "Файл" и новый "Эскиз" по аналогии с предыдущими пунктами.
Создаем "Бобышку" со следующими размерами (рисунок 2.2.3.2).
Рис. 2.2.3.2. Геометрия и размеры заряда МРД
Выбрать нижнюю часть нашей бобышки (как это сделать было рассмотрено ранее). В этом виде сделайте еще одну окружность и задайте ей размер с помощью "Автоматического нанесения размеров"(рисунок 2.2.3.3).

58
Рис. 2.2.3.3. Дополнительная окружность
2.
Нажмите на иконку "Вытянутый вырез"
, в правой части экрана откроются настройки вытянутого выреза, задайте эти настройки, как нарисунке
2.2.3.4
Рис. 2.2.3.4. Настройки вытянутого выреза
3.
Создаем новый материал с плотностью равной плотности пороха и применяем данный материал.

59
2.2.4. Замедлитель МРД
Замедлитель МРД горит намного медленнее, чем основной заряд. Это позволяет продлить пассивный участок траектории. После догорания замедлителя срабатывает вышибной заряд, который выбрасывает систему спасения. Сечение замедлителя представлено на рисунке 2.2.4.1.
Рис. 2.2.4.1. Сечение замедлителя МРД
1.
Создаем "Бобышку" со следующими размерами (рисунок 2.2.4.2).
Рис. 2.2.4.2. Геометрия и размеры замедлителя МРД
2.
Затем выберите вид "Сверху".
3.
В этом виде сделайте еще одну окружность и задайте ей размер с помощью
"Автоматического нанесения размеров" (рисунок 2.2.4.3).

60
Рис. 2.2.4.3. Дополнительная окружность
4.
Нажмите на иконку "Вытянутый вырез"
, в правой части экрана откроются настройки вытянутого выреза, задайте эти настройки как на рисунке
2.2.4.4.
Рис. 2.2.4.4. Настройки вытянутого выреза
5.
Теперь нужно задать материал "Порох".

61
2.2.5. Вышибной заряд МРД
Вышибной заряд срабатывает после догорания замедлителя. Он предназначен для выбрасывания пыжа и системы спасения ракеты. Сечение вышибного заряда представлено на рисунке 2.2.5.1.
Рис. 2.2.5.1. Сечение вышибного заряда МРД
1.
Создаем новый "Файл" и новый "Эскиз" по аналогии с предыдущими пунктами.
2.
Создаем "Бобышку" со следующими размерами (рисунок 2.2.5.2).
Рис. 2.2.5.2. Геометрия и размеры вышибного заряда МРД
3.
Теперь нужно задать материал "Порох".

62
2.3. Сборка МРД модельной ракеты
1.
Нажмем "Создать новый файл".
2.
После нажатия на кнопку высветится набор шаблонов библиотеки SolidWorks, выберите шаблон
перейти в каталог файлов