Проектирование деталей и сборок турбомашин в среде PTC Сreo Parametric/Creo Simulate

Министерство образования и науки Российской Федерации 

Уральский федеральный университет  

имени первого Президента России Б. Н. Ельцина 

В. И. Брезгин, Д. В. Брезгин 

Проектирование деталей и сборок турбомашин 

в среде PTC Creo Parametric/Creo Simulate

Рекомендовано методическим советом  
Уральского федерального университета  

в качестве учебного пособия для студентов вуза,  

обучающихся по направлению подготовки  
13.03.03 — Энергетическое машиностроение 

Екатеринбург 
Издательство Уральского университета 
2017 

УДК 62-135:004.9(075.8) 
ББК 31.363-02я73 
          Б87 

Рецензенты:
завкафедрой энергетики, д-р техн. наук, проф. С. М. Шанчуров (Уральский государственный лесотехнический университет);
заместитель главного конструктора СКБт ЗАО «Уральский турбинный 
завод», канд. техн. наук Т. Л. Шибаев 

Б78

Брезгин, В. И.
Проектирование деталей и сборок турбомашин в среде PTC 
Сreo Parametric/Creo Simulate : учебное пособие / В. И. Брезгин, 
Д. В. Брезгин. — Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 2017. — 232 с.
ISBN 978-5-7996-2032-5

PTC Creo Parametric 3.0/Сreo Simulate 3.0 представляет собой средство сквозно
го проектирования и производства верхнего уровня. Для этой цели используются 
технологии автоматизированного проектирования (Computer Aided Design — CAD), 
автоматизированного производства (Computer Aided Manufacturing — CAM) и автоматизированного инженерного анализа (Computer Aided Engineering — CAE). В данном пособии приведено описание возможностей CAD-средства Creo Parametric 
3.0 и CAE-средства Сreo Simulate 3.0. Возможности программных продуктов проиллюстрированы примерами с подробным описанием функционалов систем. Рассмотрены вопросы создания эскизов, использования опорных (вспомогательных) 
элементов, основные операции и принципы создания моделей деталей, узлов и сборок, чертежей, выполнения теплового и структурного анализа, а также оптимизации конструкции средствами Creo Simulate 3.0.

Разработка предназначена для студентов, обучающихся по направлению подго
товки «Энергетическое машиностроение», а также для слушателей системы переподготовки и повышения квалификации специалистов энергетических и машиностроительных предприятий.

Библиогр.: 18 назв. Табл. 4. Рис. 357.

УДК 62-135:004.9(075.8) 
ББК 31.363-02я73

ISBN 978-5-7996-2032-5
© Уральский федеральный  
      университет, 2017

Введение 

Современные предприятия не смогут выжить в условиях глобальной 

конкуренции, если не будут выпускать новые продукты лучшего качества, более низкой стоимости и за меньшее время. Поэтому они стремятся использовать возможности памяти компьютеров, их высокое быстродействие и возможности удобного графического интерфейса для 
того, чтобы автоматизировать и связать друг с другом задачи проектирования и производства. Для этой цели используются технологии автоматизированного проектирования (Computer Aided Design — CAD), 
автоматизированного производства (Computer Aided Manufacturing — 
CAM) и автоматизированного инженерного анализа (Computer Aided 
Engineering — CAE).

Программное средство сквозного проектирования и производства верхнего уровня PTC Creo Parametric 3.0 (Parametric Technology Corporation 
(PTC), США) может удовлетворить требования производства к функциональной полноте. PTC Creo Parametric позволяет быстро создавать, редактировать и ориентировать модель с помощью интуитивного, Windowsстилизованного интерфейса. С помощью таких инструментов интерфейса, 
как Навигатор папок и Web-браузер, можно быстро находить, предварительно просматривать и загружать модели, а также непосредственно в среде PTC Creo Parametric получать доступ к Web-ресурсам и иметь возможность для совместной удаленной работы с другими инженерами.

PTC Creo Parametric — мощное CAD/CAM/CAE-решение для твердо
тельного, поверхностного и комбинированного моделирования, используемое для создания и анализа 3D-моделей деталей и сборок. В процессе 
проектирования деталей могут быть задействованы также и другие модули 
PTC Creo Parametric, например, чертежный модуль, модуль маршрутизации проводки, модуль листового железа, модуль проектирования трубопроводов, технологические модули и т. д. (более подробный перечень модулей PTC Creo Parametric приведен в заключении настоящего пособия).

Базовый курс моделирования в PTC Creo Parametric, представленный 

настоящим пособием, может быть описан как последовательность изучения, состоящая из шести фундаментальных этапов:

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ДЕТАЛЕЙ И СБОРОК ТУРБОМАШИН В СРЕДЕ PTC СREO PARAMETRIC/CREO SIMULATE

• знакомство с интерфейсом Creo Parametric и практический обзор 

возможностей Creo Parametric в технике создания моделей деталей, 
сборки и чертежей простейшего машиностроительного устройства;

• предварительная подготовка к проектированию модели изделия 

и работа в режиме создания и редактирования 2D-эскизов, являющихся основой для реализации замысла конструктора;
• техника создания и редактирования вспомогательных Опорных элементов — плоскостей, осей, точек и координатных систем;

• создание твердотельных моделей новых деталей;
• создание нового сборочного изделия путем сборки моделей отдельных деталей;
• создание конструкторской документации: деталировочных и сбо
рочных чертежей, спецификаций; вывод на печать чертежей, а также экспорт чертежей, 3D-моделей деталей и сборок.

Небольшое расширение базового курса представлено в настоящем пособии двумя разделами:
• решение нескольких задач в среде Creo Simulate — интегрирован
ном с Creo Parametric решении конечно-элементного анализа конструкции;
• установка соединения с сервером PLM-системы компании PTC — 

Windchill для организации совместной работы конструкторов над 
изделием.

Установка соединения с сервером Windchill предназначена для получения 

актуальных шаблонов деталей, сборок и чертежей. Совместная работа инженеров-конструкторов в среде PTC Creo Parametric может быть реализована 
с помощью технологии управления жизненным циклом изделий. Такой 
организационно-технической системой в спектре продуктов PTC является PLM-среда Windchill (PLM — Product Lifecyle Management). Windchill 
обеспечивает преимущества современных методов разработки изделий:
• нисходящее проектирование (проектирование сверху вниз);
• совместное параллельное проектирование изделия большим ко
личеством разработчиков, расположенных в любой точке земного шара;
• поддержание в актуальном состоянии объектов проектирования 

в рабочей области каждого пользователя.

Практический обзор возможностей Creo Parametric в технике создания 

моделей деталей, сборки и чертежей простейшего машиностроительного 
устройства, представленный в первой главе учебного пособия, призван 
заинтересовать читателя возможностями быстрого и точного конструирования изделия в среде Creo Parametric. В течение короткого времени 

Введение 

пользователь, не имеющий подготовки в твердотельном трехмерном моделировании, сможет самостоятельно создать две простые детали, собрать 
из них сборочное изделие и распечатать чертежи деталей и сборки. Первая лабораторная работа должна позволить понять основные преимущества трехмерного моделирования по сравнению с выполнением двумерных чертежей в AutoCAD и Компас.

Предварительная подготовка к проектированию модели изделия. Очень 
часто перед проектированием модели детали (изделия) необходимо получить информацию о компонентах сборки, которые будут находиться 
в непосредственной близости от нее. Следовательно, появится необходимость открыть и изучить сопрягаемые детали до того, как начнете проектирование новой. В некоторых компаниях эта подготовительная стадия 
может по времени совпасть с процессом проектирования новой детали 
или может вовсе не случиться. В любом случае, знания о сопряженных 
деталях могут помочь при проектировании модели новой детали.
Создание твердотельных моделей новых деталей. Твердотельная модель 

новой детали, соответствующая замыслу конструктора, создается на основе концепции создания геометрии, базирующейся на фичерах (конструктивных элементах). Модель детали позволяет представить внешний вид 
детали до того, как она будет изготовлена. Модель позволяет:

• предоставить информацию о массовых и инерционных характеристиках детали;
• изменять параметры модели для достижения наилучших характеристик детали;
• визуально представить, как будет выглядеть деталь после ее изготовления.
Создание нового сборочного изделия путем сборки моделей отдельных 
деталей. Изделие может состоять из одной или нескольких деталей. Детали в сборке расположены и собраны относительно друг друга так же, 
как они находятся в реальном изделии. Модель сборочного изделия может быть использована для:
• проверки прилегания деталей;
• проверки пересечений деталей;
• создания спецификации изделия;
• вычисления общего веса сборочного изделия.
Создание конструкторской документации. После создания модели чер
тежа или сборки часто необходимо создать документацию на них в виде 
двумерных чертежей. Чертеж обычно содержит различные виды детали 
или сборки, размеры и титульный блок. На чертеже также могут быть расположены пояснения, таблицы, технические условия и другая дополни

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ДЕТАЛЕЙ И СБОРОК ТУРБОМАШИН В СРЕДЕ PTC СREO PARAMETRIC/CREO SIMULATE

тельная конструкторская информация. Выпуск чертежей при создании 
моделей не является обязательным требованием во всех компаниях. Предприятия, сохранившие технологии производства, основанные на использовании чертежей на бумажном носителе, вынуждены прикладывать значительные усилия по созданию чертежной документации и обеспечению 
выполнения требований стандартов при их создании.

Современные промышленные предприятия, работающие в услови
ях безбумажных технологий, не испытывают потребности в двумерных 
чертежах. Инженер-конструктор, работающий на предприятии, использующем для совместной работы PLM-среду Windchill, завершает создание конструкторской документации с помощью операций Выгрузить 
или Сдать на хранение. Операция Выгрузить производит сохранение 
данных в рабочую область пользователя на сервере Windchill. Данные 
недоступны для других пользователей, но доступны данному пользователю с любого рабочего места PTC Creo Parametric, на котором выполнена процедура регистрации сервера Windchill. Операция Сдать на хранение сохраняет данные в общих контейнерах, предоставляя доступ к ним 
другим пользователям.
Фундаментальные основы базового курса моделирования в PTC Creo 

Parametric можно представить в виде следующих шести постулатов:

• концепция твердотельного моделирования;
• концепция поэлементного моделирования (геометрия, основан
ная на конструктивных элементах);

• отношение Родитель/Потомок;
• концепция параметризации;
• концепция ассоциативности всех основных объектов проектирования;
• концепция модель-ориентированного проектирования. 
Концепция твердотельного моделирования в PTC Creo Parametric за
ключается в возможности создания реалистичных представлений трехмерных моделей (3D-моделей) деталей и сборочных изделий. Эти виртуальные модели могут использоваться для визуализации и анализа 
создаваемой конструкции, не дожидаясь этапа изготовления прототипа 
(как правило, чрезвычайно дорогостоящего).

Модели включают в себе такие характеристики, как масса, объем, центр 

тяжести, площадь поверхности и т. д. Все свойства модели обновляются 
при добавлении или удалении каких-либо конструкторских элементов. 
Например, если в модели добавляется отверстие, масса модели уменьшается. Дополнительно, твердотельные модели предоставляют возможности анализа допусков и проверку зазоров/натягов при включении детали 
в сборку. На рис. I представлена иллюстрация, поясняющая концепцию 

Введение 

твердотельного моделирования в Creo Parametric: модели трех различных 
деталей, созданные в методологии трехмерного твердотельного моделирования, представленные на рис. I, а собраны в сборку, представляющую 
машиностроительное изделие, показанное на рис. I, б.
 
а  
 
 
 
 
б

 
 

Рис. I. Создание трехмерных моделей деталей (а) и сборок (б) 

Концепция поэлементного моделирования. PTC Creo Parametric — это 

инструмент разработки изделия, основанный на конструктивных элементах. Геометрия модели состоит из блоков, подобно зданию, состоящему из кирпичиков. Каждый такой «кирпичик» представляет собой конструктивный элемент. Это справедливо как для деталей, так и для сборок, 
только сборка, в первую очередь, будет состоять из компонентов (деталей 
и подсборок). Конструктивные элементы имеют, как правило, простую 
для понимания геометрию, но по мере добавления в модель все вместе 
они формируют сложные детали и сборки. Каждый новый элемент опирается на элемент, созданный ранее, он может ссылаться сразу на несколько предшествующих конструктивных элементов.

 

Рис. II. Концепция поэлементного моделирования 

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ДЕТАЛЕЙ И СБОРОК ТУРБОМАШИН В СРЕДЕ PTC СREO PARAMETRIC/CREO SIMULATE

На рис. II мы видим первые шесть этапов создания колеса, иллюстрирующие концепцию поэлементного моделирования:
• на первом этапе создается элемент ВЫТЯГИВАНИЕ, который фор
мирует первоначальную форму и размеры модели;

• на втором этапе с помощью дополнительного вытягивания добав
ляется материал в середине модели;

• третье ВЫТЯГИВАНИЕ удаляет материал из средней части модели;
• четвертое ВЫТЯГИВАНИЕ создает ступицу внутри модели;
• далее в предыдущем конструктивном элементе создается соосное 

отверстие;
• и, наконец, на ребре отверстия создается фаска.

Отношение Родитель/Потомок 
Поскольку твердотельное моделирование представляет собой про
цесс постепенного создания все новых и новых конструктивных элементов (кумулятивный процесс), некоторые функции предшествуют другим. 
Последующие конструктивные элементы опираются на ранее созданные 
элементы, используя их в качестве размерных и геометрических ссылок. 
Такие отношения между предшествующими и последующими конструктивными элементами называют родительскими и дочерними отношениями или отношениями Родитель/Потомок (рис. III). Так же, как в семье, 
дети зависят от родителей, и в твердотельном моделировании элементыродители могут существовать без потомков, но потомки не могут существовать без своих родителей.

В процессе проектирования модели в PTC Creo Parametric эти отноше
ния между элементами создаются постоянно. В сборке отношения Родитель/Потомок справедливы и для компонентов. Для использования всех 
преимуществ отношения Родитель/Потомок необходимо правильно им 
управлять. При создании нового конструктивного элемента любые уже 
существующие элементы, на которые ссылается создаваемый объект, становятся его Родителями. Далее это выражается в том, что изменение родительского элемента повлечет за собой изменения объектов-потомков, 
ссылающихся на него.

Концепция параметризации заключается в широком использовании параметрических связей между геометрическими размерами, определении 
зависимостей между параметрами электронной модели. Параметрические связи могут быть наложены на взаимное расположение отдельных 
конструктивных элементов (или на их размеры) либо на детали, входящие в состав сборки. Параметры могут быть связаны между собой математическими или логическими взаимосвязями, задание параметров и их 

Введение 

редактирование возможны непосредственно в дереве построения модели детали или сборки. 

 

Рис. III. Отношения Родитель/Потомок 

Важное значение имеет порядок создания конструктивных элементов. 
Если задано, что грань конструктивного элемента параллельна опорной 
плоскости (рис. IV), то заданное взаимное расположение будет сохраняться при модификации конструкции.
 
а  
 
 
б  
 
 
     в

 
 
 

Рис. IV. Концепция параметризации 

Концепция ассоциативности всех основных объектов проектирования. 

PTC Creo Parametric — двунаправленно ассоциативный инструмент разработки изделия. Ассоциативность означает, что все изменения, внесенные 

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ДЕТАЛЕЙ И СБОРОК ТУРБОМАШИН В СРЕДЕ PTC СREO PARAMETRIC/CREO SIMULATE

в объект в любом режиме работы Creo (например, в режиме 3D-модели), 
автоматически отражаются во всех связанных с ним режимах (чертеж, 
сборка, технология и т. д.). Двунаправленная ассоциативность означает, 
что не только изменения в модели вызывают изменения в чертеже детали и сборке, но и изменения в чертеже вызывают соответствующие изменения как в модели детали, так и в сборке  1. Такая ассоциативность между различными представлениями (рис. V) возможна потому, что деталь, 
представленная чертежом, не скопирована в чертеж, а скорее ассоциативно связана с чертежом. Аналогично, сборка — это не большой файл, 
содержащий копии каждой детали, а скорее файл, содержащий ассоциативные связи к каждой модели деталей, используемых в сборке.

а
б

в

 
 

Рис. V. Концепция двунаправленной ассоциативности на примере сборки 
(а), модели детали (б) и чертежа (в) 

1 Существует возможность конфигурирования PTC Creo Parametric для включения 
либо блокирования возможности изменения размеров 3D-модели из режима чертежа.