Применение современных инженерных инструментов для конструирования

Москва  2021

Минис терс тво науки и высш его о б ра з о ва н и я рФ

ФеДераЛЬное госуДарственное автоноМное образоватеЛЬное уЧреЖДение 
высшего образования 
«наЦионаЛЬныЙ иссЛеДоватеЛЬскиЙ теХноЛогиЧескиЙ университет «Мисис»

Центр проФессионаЛЬноЙ навигаЦии и приеМа 
 
Проект «Инженерный класс в московской школе»

№ 4583

Применение современных  
инженерных инструментов 
для конструирования

Методические указания

рекомендовано редакционно-издательским 
советом университета

УДК 622,62 
 
П76

Р е ц е н з е н т 
канд. техн. наук, доц. А.В. Томилин 

А в т о р ы : 
А.Е. Кривенко, С.Г. Губанов, О.Л. Дербенева, В.В. Зотов

П76  
Применение современных инженерных инструментов 
для конструирования : метод. указания / А.Е. Кривенко, 
С.Г. Губанов, О.Л. Дербенева, В.В. Зотов. – Москва : Издательский 
Дом НИТУ «МИСиС», 2021. – 43 с.

Пособие содержит методические разработки по применению современных 
инструментов при решении конструкторских задач. В 
частности, приводится порядок работы с пакетом компьютерных 
программ SolidWorks. На примере выбранной детали показаны 
создание ее цифровой модели, подготовка к расчету и инженерный 
анализ. В приложениях приводятся примеры заданий и порядок 
их решения в программах КОМПАС-3D, AutoCAD, Fusion 360, 
Inventor.
Методические указания предназначены для учеников московских 
школ, которые проходят обучение на элективных курсах в 
рамках городского образовательного проекта «Инженерный класс 
в московской школе». Рекомендованы выпускникам инженерных 
классов для подготовки к конкурсу предпрофессиональных умений 
по направлению «Конструирование». Материал, представленный 
в методических указаниях, может быть полезен студентам, 
обучающимся в университетах на технических направлениях подготовки, 
а также инженерно-техническому составу проектных организаций 
и конструкторских отделов.

УДК 622,62

 Коллектив авторов, 2021

 НИТУ «МИСиС», 2021

Содержание

Введение ....................................................................4

1 Описание задания .....................................................5

2 Создание модели .......................................................6

3 Подготовка модели к расчету.................................... 12

4 Присвоение материала ............................................ 14

5 Определение нагруженных зон ................................. 16

6 Инженерный анализ ............................................... 19

7 Оценка результатов ................................................. 21

Библиографический список  ....................................... 23

Приложение 1. Основы конструирования  
в SolidWorks ............................................................ 24

Приложение 2. Конструкторское проектирование  
в системе КОМПАС-3D ............................................... 26

Приложение 3. Создание чертежной документации  
в среде AutoCAD ....................................................... 29

Приложение 4. Основы моделирования  
в среде Fusion 360 ..................................................... 33

Приложение 5. Основы моделирования  
в среде Inventor......................................................... 38

Введение

Прочностные расчеты элементов конструкции машин 
и оборудования – неотъемлемая часть проектно-конструкторских 
работ. Эти расчеты выполняются с различной степенью 
точности и подробности на всех стадиях проектирования. Использование 
эффективных инструментов инженерных расчетов 
позволяет сократить затраты времени на инженерный 
анализ конструкции и проектно-конструкторские работы в 
целом. Показателями эффективности инструментов инженерного 
анализа следует считать простоту использования, точность 
получаемых результатов, настраиваемость и масштаби-
руемость. 
В настоящее время при решении задач механики деформируемого 
тела основным инструментом стал метод конечных 
элементов. Благодаря возможности моделировать разнообразные 
физические процессы он получил самое широкое распространение 
в мировой конструкторской практике. В основе 
метода конечных элементов – разбиение объекта на элементарные 
области стандартной формы, так называемые конечные 
элементы. В границах конечного элемента должны быть 
определены физические свойства материала (плотность, упругость 
и т.п.), в узлах элемента определяют интересующие нас 
функции, такие как перемещение, деформация, напряжение 
и т.п. Потом вводятся интерполирующие функции, благодаря 
которым значения интересующих нас функций можно вычислить 
в любой точке конечного элемента. Конечные элементы, 
расположенные рядом, имеют общие вершины, кромки, поверхности. 
Благодаря этому подходу значение и характер любой 
интересующей нас функции могут быть определены в любой 
точке рассматриваемого объекта.

1 Описание задания

В задании даны чертеж и описание детали, указаны 
действующие на деталь нагрузки и приведена форма отчета о 
проделанной работе. Учащийся должен сделать деталь в виде 
отдельного файла SolidWorks. После этого в соответствии с заданием 
необходимо выполнить статический расчет детали и 
дать оценку полученным результатам. Пример задания приведен 
в приложении 1.

2 Создание модели

В современных CAD-системах любая задача создания 
тел сложной формы может быть решена несколькими наборами 
приемов. Выбор набора приемов зависит от замысла конструирования 
и личного опыта конструктора.
Для выполнения задания нужно мысленно разбить деталь 
на тела и вырезы простой формы и создать их, последовательно 
добавляя в одно общее тело. К телам и вырезам простой 
формы следует относить объекты, которые можно создать за 
один прием на основе одного или нескольких эскизов, используя 
инструменты вкладки «Элементы» в панели Command-
Manager.
Деталь приложения 1 возможно создать, используя инструменты 
построения тел вытягивания, вращения, вытянутого 
и повернутого вырезов в различных комбинациях, но 
самым быстрым приемом будет создание тела по траектории. 
Для построения тела по траектории, имеющего сечение слож-
ной формы, необходимо построить два эскиза. Один будет 
определять форму детали второй – сечение. Эскизы должны 
располагаться на перпендикулярных плоскостях. Порядок 
создания эскизов может быть любой. Начиная работу с эскиза-
ми, надо помнить, что форма и размеры тела, создаваемого ин-
струментом «По траектории», зависят не только от размеров 
эскизов и настроек инструмента, но также от взаимного рас-
положения эскизов в пространстве. Для корректного построе-
ния тела эскизы должны иметь одну общую точку, например 
исходную точку системы координат.
Чтобы создать эскиз траектории, необходимо вы-
брать курсором мыши плоскость «Спереди» и в открывшем-
ся всплывающем меню нажать первую кнопку «Эскиз» (ри-
сунок 1). В правом верхнем углу появятся значки выхода из 
эскиза (рисунок 2), и рабочее пространство повернет плоскость 
эскиза параллельно плоскости экрана. Если этого не произо-
шло, можно использовать кнопку «Перпендикулярно», а так-
же другие кнопки и инструменты панели «Вид (Управляемый 
просмотр)» (рисунок 3).
Разместить траекторию можно в любой точке детали, а 
также вне ее, но лучше ориентироваться на размеры, постав-

ленные на чертеже. Поскольку размеры на чертеже даны по 
внешнему контуру, траекторию будущего тела быстрее и про-
ще построить по внешнему контуру детали. 

Рисунок 1

Рисунок 2

Рисунок 3

Графические примитивы, составляющие эскиз, должны 
быть связаны между собой геометрическими и размерными 
ограничениями. Также эскиз должен быть связан с «Исход-
ной точкой» системы координат файла детали (рисунок 4). Эта 
связь помогает конструктору контролировать состояние опре-
деленности эскиза. Расположить разрез звена точно посереди-
не можно за счет применения взаимосвязи симметрии или при 
помощи размеров. Также можно сделать зазор в детали как 
вырез – отдельный элемент дерева конструирования.
Размеры, привязанные к дугам или окружностям, име-
ют три варианта привязки к каждой дуге: по центру, мини-
мум, максимум. Изменить привязку можно в нижней части 
вкладки «Выноски» менеджера свойств размера, раздел «Ус-
ловия для дуги». Полностью определенные графические при-
митивы меняют цвет с синего на черный. Черный цвет всех 
основных линий эскиза и всех точек, ограничивающих эти ли-
нии, указывает на то, что эскиз завершен и можно переходить 
к следующему этапу построения (рисунок 5).

Рисунок 4

Рисунок 5

Для второго эскиза выберем плоскость спереди и по-
строим профиль от «Исходной точки». Чтобы сократить объ-
ем ручных операций, при построении симметричного контура 
можно воспользоваться инструментом зеркального отображе-
ния объектов эскиза (рисунок 6).

Рисунок 6

Рисунок 7

Когда оба эскиза готовы, нужно перейти во вкладку 
«Элементы» CommandManager, включить инструмент «Бо-
бышка/основание по траектории» и последовательно указать 
курсором мыши любую линию эскиза сечения и любую линию 
эскиза траектории. Тело создается с настройками по умолча-
нию, и остается только подтвердить создание, нажав зеленую 
галочку. Результат построения показан на рисунке 7.