Проектирование и прочностной расчет в системе КОМПАС-3D V13

Москва, 2011

Проектирование
и прочностной расчет
в системе КОМПАС-3D V13

Н. Б. Ганин

8-е издание, переработанное и дополненное

УДК 721.021.2:004.94:004.42КОМПАС-3D
ББК 30.11с515

Г19

Г19
Ганин Н. Б.
Проектирование и прочностной расчет в системе КОМПАС-3D V13, 8-е 
издание, переработанное и дополненное – М.: ДМК Пресс, 2011. – 320 с.: ил.

ISBN  978-5-94074-753-6

Книга представляет собой самоучитель по одной из лучших САПР КОМПАС-3D 
V13, предназначенной для выполнения чертежно-конструкторской документации, 
построения объемных 3D-моделей, сборок и листовых деталей.
По итогам Всероссийского конкурса в 2004 году (г. Москва) первое издание этой 
книги отмечено призом за победу в номинации «Лучшая учебно-методическая разработка по применению КОМПАС-3D».
В нынешнем восьмом издании впервые приводятся примеры выполнения прочностных расчетов методом конечных элементов с помощью встроенного модуля 
системы прочностного анализа APM FEM, компании НТЦ АПМ.
Издание предназначено для студентов колледжей и вузов, инженеров-проектировщиков и всех, кто использует САПР в своней работе.
К книге прилагается DVD-диск, содержащий 30-дневную версию КОМПАС-3D 
V13, включающую машиностроительную и строительную конфигурации, а также 
материалы компании АСКОН и многочисленные примеры построения 3D-моделей.

                                                          УДК 721.021.2:004.94:004.42КОМПАС-3D
                                                 ББК 30.11с515

Все права защищены. Любая часть этой книги не может быть воспроизведена в какой 
бы то ни было форме и какими бы то ни было средствами без письменного разрешения владельцев авторских прав.
Материал, изложенный в данной книге, многократно проверен. Но поскольку вероятность 
технических ошибок все равно существует, издательство не может гарантировать абсолютную 
точность и правильность приводимых сведений. В связи с этим издательство не несет ответственности за возможные ошибки, связанные с использованием книги.

© Ганин Н. Б., 2011 
ISBN 978-5-94074-753-6
© Оформление, издание, ДМК Пресс, 2011

Краткое содержание

Обращение к читателям ............................................................ 8

Введение ......................................................................................10

Глава 1. СИСТЕМА КОМПАС-3D V13 .......................................12

Глава 2. ПРИМЕРЫ СОЗДАНИЯ КОНСТРУКТОРСКОЙ 
ДОКУМЕНТАЦИИ ....................................................................... 34

Глава 3. ПРИМЕРЫ СОЗДАНИЯ ТРЕХМЕРНЫХ 
МОДЕЛЕЙ ...................................................................................123

Глава 4. ПРИМЕРЫ ВЫПОЛНЕНИЯ ПРОЧНОСТНЫХ 
РАСЧЕТОВ МЕТОДОМ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ...............256

Глава 5. ТРЕХМЕРНАЯ СБОРКА .............................................280

Заключение ...............................................................................318

Список литературы ..................................................................319

Содержание

Обращение к читателям ............................................................ 8

Введение ......................................................................................10

Глава 1. Система КОМПАС-3D V13 .........................................12

1.1. Рекомендуемые характеристики компьютера ...........................14

1.2. Особенности работы под управлением Windows Vista ...............15

1.3. Установка системы КОМПАС-3D V13 .........................................15

1.4. Состав базового пакета КОМПАС-3D V13 ..................................17

1.5. Состав машиностроительной конфигурации КОМПАС-3D V13 ....19

1.6. Состав строительной конфигурации КОМПАС-3D V13 ..............20

1.7. Как работать со справочной системой ......................................20

1.8. Единицы измерения ................................................................. 22

1.9. Электронные учебники ............................................................ 22

1.10. Команда клавиатуры ...............................................................23

1.11. Новые возможности КОМПАС-3D V13. Графические 
документы .......................................................................................26

1.12. Новые возможности КОМПАС-3D V13. Трехмерное 
моделирование ...............................................................................29

Глава 2. Примеры создания конструкторской 
документации ............................................................................ 34

2.1. Прокладка  ................................................................................37
2.1.1. Алгоритм выполнения прокладки .......................................37
2.2. Рисунок снежинки  ................................................................... 42

Содержание
5

2.2.1. Алгоритм выполнения рисунка  ......................................... 43
2.3. Стойка ..................................................................................... 49
2.3.1. Алгоритм выполнения чертежа ......................................... 49
2.4. Клапан впускной  ......................................................................53
2.4.1. Алгоритм выполнения чертежа впускного клапана ............ 54
2.5. Сборочный чертеж поршня  ......................................................79
2.5.2. Алгоритм построения тронка поршня .................................89
2.5.3. Алгоритм построения масляной форсунки .........................96
2.5.4. Алгоритм сборки поршня .................................................101
2.6. Спецификация  .......................................................................116

Глава 3. Примеры создания трехмерных моделей ..........123

3.1. Этапы создания модели ..........................................................124
3.1.1. Создание основания ........................................................124
3.1.2. Формообразование модели  ............................................126
3.1.3. Обработка модели  ..........................................................126
3.1.4. Придание модели необходимых свойств .........................126
3.2. Примеры построения простых моделей  .................................126
3.2.1. Приклеить выдавливанием ..............................................130
3.2.2. Приклеить вращением .....................................................133
3.2.3. Приклеить кинематически ...............................................134
3.2.4. Приклеить по сечениям....................................................135
3.2.5. Вырезать выдавливанием ................................................137
3.2.6. Вырезать вращением ......................................................138
3.2.7. Вырезать кинематически .................................................139
3.2.8. Вырезать по сечениям .....................................................141
3.2.9. Клапан .............................................................................145
3.3. Примеры построения сложных моделей .................................147
3.3.1. Головка поршня ...............................................................147
3.3.2. Тронк поршня ..................................................................156
3.4. Особенности работы с цилиндрическими и коническими 
спиралями.....................................................................................175
3.4.1. Построение винтовых поверхностей ................................175
3.4.2. Построение рулонной поверхности различными 
способами ................................................................................182
3.4.3. Построение геометрических элементов, свернутых 
в рулон  .....................................................................................188

Содержание
6

3.4.4. Построение поверхностей с использованием 
конической спирали и скругление переменного радиуса ..........192
3.4.5. Комбинированное использование пространственных 
кривых  ......................................................................................200
3.5. Применение ребер жесткости .................................................206
3.5.1. Оребрение плоского канала ............................................206
3.5.2. Оребрение цилиндрического канала ...............................208
3.6. Использование команды Уклон ...............................................214

3.7. Пример выполнения листовой детали .....................................220

3.8. Использование команды Кривая по закону в различных 
системах координат  .....................................................................231
3.8.1. Построение параболоида в прямоугольной системе 
координат .................................................................................232
3.8.2. Построение пространственной лемнискаты 
в цилиндрической системе координат ......................................233
3.8.3. Построение пространственной прямой 
в сферической системе координат ............................................237
3.9. Использование команд создания и преобразования 
трехмерных поверхностей .............................................................239
3.9.1. Использование команд Группа изопараметрических 
прямых и Разбиение поверхности  ............................................240
3.9.2. Использование команд Создание поверхностей 
по сети кривых и Линия очерка  .................................................242
3.9.3. Использование команды создания поверхности 
по сети точек .............................................................................245
3.10. Примеры для самостоятельной работы .................................249

Глава 4. Примеры выполнения прочностных 
расчетов методом конечных элементов .............................256

4.1. Подключение системы APM FEM .............................................257

4.2. Статический расчет клапана ...................................................258

4.3. Расчет собственных частот консольной балки ........................268

4.4. Расчет собственных частот консольной балки с учетом 
внешнего нагружения ....................................................................273

4.5. Расчет сборки поршня ............................................................274

Содержание
7

Глава 5. Трехмерная сборка ..................................................280

5.1. Создание трехмерных деталей ...............................................282

5.2. Выполнение рабочих чертежей по их трехмерным моделям ...285

5.3. Создание трехмерной сборки  ................................................289

5.4. Включение в состав сборки стандартных изделий ..................293

5.5.Создание сборочного чертежа по модели трехмерной 
сборки...........................................................................................298

5.6. Создание спецификации ........................................................313

Заключение ...............................................................................318

Список литературы ..................................................................319

Обращение к читателям

Уважаемые читатели!
Книга, которую вы держите в руках, предоставляет замечательную возможность – 
научиться работать с КОМПАС-3D V13, разрабатываемой компанией АСКОН.
КОМПАС-3D де-факто стал одним из стандартов проектирования и выпуска 
конструкторской документации на предприятиях России, Украины, Белоруссии 
и других стран. Программа позволяет быстро и точно создавать параметрические 
электронные модели всего изделия или отдельных его узлов и деталей, а впоследствии оперативно вносить изменения и совершенствовать конструкцию. Принципиальным отличием КОМПАС-ЗD является использование отечественного 
математического ядра и параметрических технологий, полностью разработанных 
специалистами АСКОН.
Стратегия компании АСКОН заключается в разработке экономичных массовых продуктов, настоящих «рабочих лошадок» САПР. КОМПАС-3D – это массовая твердотельная САD-система, закрывающая 70–80% задач, включающая также 
профессио нальный 2D-редактор (КОМПАС-График вместе с широким набором 
библиотек). Причем возможности системы постоянно растут. С помощью пакета 
КОМПАС-ЗD вы не спроектируете сложные обводы авиалайнера, не создадите 
единую цифровую модель автомобиля из 100 тысяч деталей. Но его, к примеру, 
будет достаточно для моделирования узлов и агрегатов на любом машиностроительном или приборострои тельном производстве. При этом компания АСКОН 
постоянно разрабатывает окружение для КОМПАС – это, помимо различных 
справочников стандартных элементов, и фотореалистика, и кинематика, и некоторые прочностные расчеты. 
Рынок САПР неуклонно растет – промышленный подъем в России с каждым 
днем все более ощутим. Руководство предприятий повсеместно начинает осознавать эффективность вложений в передовые информационные технологии, которые успешно разрабатываются российскими компаниями. В свою очередь, растут 
и требования, предъявляемые заказчиками к САПР. Одно из основных – адаптируемость, настраи ваемость систем под задачи той или иной отрасли, предприятия, 
под конкретные проекты. АСКОН неизменно учитывает все пожелания заказчиков. Высоких оценок пользователей удостоены не только базовые продукты, но и 
десятки библиотек, справочников, приложений, существенно расширяющих возможности базового пакета КОМПАС.
Сегодня КОМПАС широко применяется для подготовки инженерных кадров 
в сотнях вузов. Пользователями этих систем являются основные технические кафедры: инженерной графики, технической и прикладной механики, деталей машин, технологии и механизации производства. КОМПАС активно используется 
в учебном процессе кафедры теории и конструкции судовых ДВС ФГОУ ВПО 
СПГУВК, на которой работает автор. 

Обращение к читателям

Подавляющее большинство выпускников технических вузов знакомы с КОМПАС. Эта книга поможет будущим инженерам – она откроет перед ними широкие 
возможности для использования системы КОМПАС не только в качестве средства автоматизированного проектирования, но и как инструмента исследования 
окружающего мира.

Заведующий кафедрой теории и конструкции судовых ДВС 
Санкт-Петербургского Государственного университета 
водных коммуникаций д.т.н., проф. Безюков О. К. 

Введение

Системы автоматизированного проектирования (САПР) родились в 60-е годы 
прошлого века, но лишь с бурным развитием вычислительной техники последних 
двух десятилетий стало возможным создание аппаратных и программных средств 
машинной графики. Полный переход на автоматизированное проектирование 
позволит уменьшить время создания чертежей и другой конструкторско-технологической документации, а также повысить качество выполнения документов. 
Конструкторские документы, выполненные традиционным способом с помощью 
карандаша и ватмана, свидетельствуют о низкой производственно-технологической базе предприятия, у которого мало шансов в борьбе за крупные заказы машиностроительной продукции. Однако широкое использование компьютерной 
техники позволит лишь исключить рутинный труд: использование шаблонов и 
библиотек конструкторско-технологической документации, вычисления, моделирование производственных процессов и др. Творческий потенциал человека 
никакой вычислительной техникой не заменить. Поэтому разработка свежих 
идей и концепций создания новой техники остается прерогативой инженера и 
ученого.
Книга написана на основе лекций и практических занятий в Санкт-Петер бургском Государственном университете водных коммуникаций (СПГУВК) на кафедре «Тео рии и конструкции судовых двигателей внутреннего сгорания» по дисциплинам: «Проектирование судовых двигателей внутреннего сгорания», «Пакеты 
прикладных программ для автоматизированного проектирования», «Компьютерная графика» и «Персональный компьютер в инженерной деятельности».
При изложении материала предполагается, что студенту известны элементарные сведения об основах вычислительной техники и операционной системе Windows, поэтому эти разделы здесь не рассматриваются.
Материал книги излагается на базе идеи самоучителя, где не требуется присутствия преподавателя. 
Первая глава посвящена описанию рекомендуемых характеристик компьютера, порядка установки и основным сведениям о системе. 
В второй главе рассмотрены практические примеры создания рабочих чертежей деталей и сборочного чертежа. 
В третьей главе описаны примеры создания как простых, так и сложных трехмерных моделей. Приводится подробный пошаговый алгоритм построения объемных деталей, что делает сам процесс трехмерного моделирования быстрым и 
приятным. 
Четвертая глава посвящена прочностным расчетам методом конечных элементов с использованием модуля АПМ.
В пятой главе рассматривается создание трехмерной сборки и спецификации.

Введение

Изучение системы КОМПАС методически лучше всего начинать с практических примеров создания чертежей, то есть со второй главы. Затем следует приступить к изуче нию примеров создания трехмерных моделей, изложенных в третьей 
главе. Четвертую и пятую главы следует изучать в последнюю очередь.

Автор сотрудничает с компанией АСКОН и является сертифицированным 
специа листом по системе КОМПАС-3D.

Глава 1

Система КОМПАС-3D V13

1.1. Рекомендуемые 
характеристики компьютера....... 14
1.2. Особенности работы 
под управлением Windows 
Vista ........................................... 15
1.3. Установка системы 
КОМПАС-3D V13 ......................... 15
1.4. Состав базового пакета 
КОМПАС-3D V13 ......................... 17
1.5. Состав 
машиностроительной 
конфигурации КОМПАС-3D V13 ... 19
1.6. Состав строительной 
конфигурации КОМПАС-3D V13 ... 20
1.7. Как работать 
со справочной системой ............ 20
1.8. Единицы измерения ............. 22
1.9. Электронные учебники ........ 22
1.10. Команда клавиатуры .......... 23
1.11. Новые возможности 
КОМПАС-3D V13. Графические 
документы .................................. 26
1.12. Новые возможности 
КОМПАС-3D V13. Трехмерное 
моделирование .......................... 29

Система КОМПАС-3D V13

Российская компания АСКОН (www.ascon.ru) создана в 1989 г. и в настоящее время является в России ведущим разработчиком систем для автоматизации предприятий. Основным направлением деятельности компании является разработка 
систем для автоматизированного проектирования, технологической подготовки 
производства, документооборота и систем управления жизненным циклом изделия (CAD/CAM/PLM-систем). 
В настоящее время САПР КОМПАС широко применяются в машиностроении, 
приборостроении, строительстве и энергетике. Системы эксплуатируются в более 
чем 4000 научно-исследовательских институтов, конструкторских бюро, промышленных предприятий России, Укpaины, Белоруссии, Казахстана, Болгарии, Германии, Финляндии, Эстонии, Монголии, Индии и других стран. 
С самого основания компания АСКОН проводит программу поддержки образовательных учреждений. В рамках стратегической образовательной программы 
АСКОН поставляет в учебные заведения полный пакет профессиональных систем КОМПАС по Университетской лицензии.
Начиная с 2000 г. компания выпустила 12 облегченных некоммерческих версии для учебных целей. Система ориентирована на студентов технических вузов 
и техникумов, учащихся средней школы естественно-математического и технологического профилей. 
В настоящее время КОМПАС используется в учебном процессе более тысячи 
учебных заведений России, Украины, Белоруссии, Казахстана.
КОМПАС применяется студентами специализированных кафедр при создании курсовых и дипломных проектов.
 В средней школе КОМПАС используется в рамках преподавания курсов информатики, технологии, черчения, геометрии.
Развивается электронный проект «КОМПАС в образовании» (www.edu.ascon.
ru), на котором представлены методические материалы, статьи и отзывы об опыте применения САПР КОМПАС в преподавании различных дисциплин, галерея 
студенческих чертежей и трехмерных моделей. 
Таким образом, систему КОМПАС можно рассматривать как основной инструмент непрерывного графического образования – от средней школы до дипломного 
проектирования.
Аргументы в пользу выбора САПР КОМПАС в качестве инструмента решения 
чертежно-конструкторских и технологических задач: 
1. Простота освоения и применения системы, удобный интерфейс и система 
помощи на русском языке.
2. Большое количество учебно-методических материалов.
3. Приемлемые требования к конфигурации аппаратного обеспечения.
4. Полное соответствие системы требованиям ЕСКД.
5. Соответствие системы принципам CALS-технологий (компьютерная поддержка на всех этапах проектирования и производства продукции).
6. Широкое распространение во всех отраслях промышленности.
7. Программный комплекс КОМПАС – ключевой элемент в построении информационной цепочки, включающ      ей расчетные системы и САПР бо лее 
высок ого уровня. 

Система КОМПАС-3D
14

8. Рекомендован Министе рством  образовани я РФ к  широкому применению 
в высших и общих образовательных учреждениях сертифицированн ого 
программного продукта системы КОМПАС начиная с версии  5.

1.1. Рекомендуемые характеристики 
комп ьютера

Характеристики компьютера, рекомендуемые для эффективной раб оты с системой КОМПАС-3D V13:
 •
процессор Pentium 1,2 ГГц и выше;
 •
оперативная память 1024 Мб и выше;
 •
видеокарта 32 Мб или более;
 •
монитор с размером диагонали от 17 дюймов и более;
 •
привод DVD-ROM;
 •
свободное пространство на жестком диске не менее 600 Мб;
 •
мани пулятор мышь и клавиатура.
Система КОМПАС-3D V13 предназначена для использования на персональных компьютерах типа IBM PC, работающих под управлением русскоязычной 
(локализованной) либо корректно русифицированной 32- или 64-разрядной версии операционных систем.
Минимально допустимые уровни ОС для MS Windows XP SP3 и выше редакции:
 •
Professional;
 •
Professional х64.
Для MS Windows Vista редакции:
 •
Business;
 •
Business х64;
 •
Ultimate;
 •
Ultimate х64.
Для MS Windows 7 редакции:
 •
Professional;
 •
Professional х64;
 •
Enterprise;
 •
Enterprise x64;
 •
Ultimate;
 •
Ultimate x64.
Необходимый объем свободного пространства на жестком диске:
 •
для установки Базового комплекта – 800 Мб;
 •
для установки Машиностроительной конфигурации – дополнительно 
500 Мб;
 •
для установки Строительной конфигурации – дополнительно 2,8 Гб.
Для получения бумажных копий документов могут использоваться любые 
модели принтеров и плоттеров, для которых имеются драйверы, разработанные 
к установленной на вашем компью тере версии Windows.