Kinematiksimulation. eines R6-Zylinder-Kurbeltriebes

Transkript

1 Prf. Dr. -Ing. A. Belei CAD Catia Kinematics Kinematiksimulatin eines R6-Zylinder-Kurbeltriebes Verfasser: Frank Werschmöller Seite 1 / 17

2 1. Aufgabenstellung Unter Catia V5 lassen sich mittels der DMU-Kinematik-Simulatin mechanische Bewegungen erstellen, simulieren und analysieren. Durch die Analyse können eventuelle Engstellen der Bauteildurchdringungen ermittelt und nch während der Knstruktin berücksichtigt werden. In der nun flgenden Dkumentatin sll die kinematische Bewegung eines Reihen-6-Zylinder-Kurbeltriebes erstellt werden. 2. DMU-Kinematik Das Erstellen einer Kinematik innerhalb vn Catia beruht auf den Schritten: 2.1 Gemetrien in den Arbeitsbereich laden und platzieren 2.2 Fixiertes Teil definieren 2.3 Antrieb(e) definieren 2.4 Gelenke definieren / Mechanismus erzeugen 2.5 Analyse des Mechanismus 2.6 Simulatin des Mechanismus 2.1. Gemetrien in den Arbeitsbereich laden und platzieren Öffnen eines neuen Prduktes über die Menüleiste Datei Neu Prduct der durch Start Digitale Mdellerstellung DMU-Kinematics Umbenennen des Prduktes Prdukt mit rechter Maustaste anklicken Eigenschaften Prdukt Laden vn Gemetrien Einfügen Vrhandene Kmpnenten Prdukt im Strukturbaum anklicken Part(s) wählen (Shift + linke Maus Mehrfachselektin Cntrl + linke Maustaste Mehrfachdirektselektin) der durch anklicken - Prdukt im Strukturbaum anklicken Part(s) =Vrhandene Kmpnente wählen: Kurbelwelle Pleuel Klben Kurbellager (siehe Anhang) Klbenblzen (siehe Anhang) Laufbuchse (siehe Anhang) Tipp: Die einzelnen Bauteile/Gemetrien sllten mit genauen Bezeichnungen versehen (rechte Maustaste Eigenschaften Prdukt -... ) und die Ebenendarstellungen möglichst nur eines Bauteiles angezeigt werden Seite 2 / 17

3 Platzierung/Drehung vn Gemetrien Kurbelwelle anklicken anklicken =Translatin und Rtatin Drehung der Kurbelwelle Tipp: Aufruf des Icns durch: Ansicht Symblleiste Anpassen - Symblleiste DMU-Kinematik Neu Fundatin Design - Assembly Pleuel anklicken anklicken Platzierung + Drehung des Pleuels =Translatin und Rtatin Klbenblzen anklicken (Klbenblzenaufbau siehe Anhang) anklicken Platzierung des Klbenblzens =Translatin und Rtatin Seite 3 / 17

4 Klben anklicken anklicken Platzierung + Drehung des Klbens =Translatin und Rtatin Laufbuchse anklicken (Laufbuchsenaufbau siehe Anhang) anklicken Platzierung der Laufbuchse =Translatin und Rtatin Kurbellager anklicken ( Kurbellageraufbau siehe Anhang) anklicken Platzierung des Kurbellagers =Translatin und Rtatin Seite 4 / 17

5 Duplizieren der Bauteile Pleuel anklicken anklicken Duplizieren + Verschieben des beren Pleuelteils =Erzeugung vn Mehrfachexemplaren erzeugen flgende Bauteile nach dem selben Verfahren Vervielfachen und Verschieben: Klbenblzen Klben Laufbuchse Zylindereinheiten: Hinweis: eigentliche Zählrichtung der Zylindereinheiten andersherum, jedch für dieses Beispiel sinnvller!!! Seite 5 / 17

6 2.2. Fixiertes Teil definieren In einem Mechanismus muss mindestens ein Teil im Raum fest verankert werden. =fixiertes Teil Erzeugung eines neuen Mechanismus anpicken zu fixierende Teil (Kurbellager) selektieren Tipp: Es ist sinnvll, nur ein Bauteil als fixiertes Teil zu definieren und alle anderen feststehenden Bauteile über eine starre Verbindung mit dem fixierten Teil zu verknüpfen!!! 2.3. Antrieb(e) definieren Die Festlegung eines Antriebes geschieht grundsätzlich bei der Gelenkdefinitin, mittels Anklicken auf abhängiger Winkel der abhängige Länge =Drehverbindung Linie1 selektieren (Kurbelwellenzapfenachse) Linie2 selektieren (Kurbellagerachse) Ebene1 selektieren (Kurbelwellenzapfen- Stirnfläche) Ebene2 selektieren (Kurbellager-Stirnfläche) Offset + Abhängiger Winkel anklicken!!! Ebene2 Ebene1 Linie2 Linie1 Tipp: teilweise muss man sehr langsam und behutsam über entsprechende Flächen/Linien mit der Maus fahren, um sie selektieren zu können!!! Tipp: sfern jetzt eine Ansicht der erstellten Simulatin erwünscht ist, kann diese durch Anklicken vn eingesehen werden. Bei Beendigung sllte die Kurbelwelle jedch wieder in der Ausgangspsitin sein (0 )!!! (siehe 2.6.2) Seite 6 / 17

7 2.4. Gelenke + Mechanismus definieren Gelenke + Mechanismus definieren für die 1. Zylindereinheit Tipp: Um bestimmte Linien/Flächen selektieren zu können, sllte man entsprechend mit NShw/Shw arbeiten!!! Drehverbindung zwischen Kurbelzapfen und Pleuel der 1. Zylindereinheit =Drehverbindung Linie1 selektieren (Pleuelkpfachse) Linie2 selektieren (Kurbelzapfenachse) Ebene1 selektieren (Pleuelkpf-Stirnfläche) Ebene2 selektieren (Kurbelwangen- Stirnfläche) Offset anklicken!!! Ebene1 Linie1 Linie2 Ebene2 Seite 7 / 17

8 Starre Verbindung zwischen Pleuelauge und Klbenblzen der 1. Zylindereinheit =Starre Verbindung Pleuel selektieren Klbenblzen selektieren Tipp: Laufbuchse und Klben ins NShw (Verdecken) geben Zylindrische Verbindung zwischen Klbenblzen und Klben der 1. Zylindereinheit =Zylindrische Verbindung Linie1 (Klbenblzenachse) selektieren Linie2 (Klbenachse) selektieren Linie1 + 2 Tipp: Laufbuchse ins NShw (Verdecken) geben Seite 8 / 17

9 Zylindrische Verbindung zwischen Klben und Laufbuchse der 1. Zylindereinheit =Zylindrische Verbindung Linie1 (Klben) selektieren Linie2 (Laufbuchse) selektieren Linie1 + 2 Starre Verbindung zwischen Laufbuchse und Kurbellager der 1. Zylindereinheit =Starre Verbindung Laufbuchse selektieren Kurbellager (fixiertes Teil) selektieren der kinematische Mechanismus für die 1. Zylindereinheit ist kmplett Tipp: sfern jetzt eine Ansicht der erstellten Simulatin erwünscht wird, kann diese durch Anklicken vn eingesehen werden. Bei Beendigung sllte die Kurbelwelle jedch wieder in der Ausgangspsitin sein (0 )!!! (siehe ) Seite 9 / 17

10 Gelenke + Mechanismus definieren für die 6. Zylindereinheit wie zuvr unter , jedch nun für die 6. Zylindereinheit : Drehverbindung : Kurbelwelle Pleuel Starre Verbindung 1 : Pleuel Klbenblzen Zylindrische Verb. 1 : Klbenblzen Klben Zylindrische Verb. 2 : Klben Laufbuchse Starre Verbindung : Laufbuchse Kurbellager Zylindrische Verb. 2 Zylindrische Verbindung 1 Drehverbindung Starre Verbindung 1 Seite 10 / 17

11 Gelenke + Mechanismus definieren für die Zylindereinheit Verdrehung Verdrehung der Kurbelwelle über um 120 =Simulatin mit Befehlen = (Kurbelwangen der 3. und 4. Zylindereinheit senkrecht zur X- und Y-Achse) wie zuvr unter , jedch nun für die Zylindereinheit Kurbelwange der 4. Zylindereinheit Kurbelwange der 3. Zylindereinheit Gelenke + Mechanismus definieren für die Zylindereinheit Verdrehung der Kurbelwelle über um 120 =Simulatin mit Befehlen = (Kurbelwangen der 2. und 5. Zylindereinheit senkrecht zur X- und Y-Achse) wie zuvr unter , jedch nun für die Zylindereinheit Verdrehung Kurbelwange der 5. Zylindereinheit Kurbelwange der 2. Zylindereinheit Seite 11 / 17

12 2.5. Analyse des Mechanismus Die Mechanismus-Analyse zeigt Ergebnisse und Infrmatinen für die Funktinsfähigkeit eines kinematischen Mechanismus an. Regel-Visualisierung Allgemeine Mechanismusinfrmatinen Gelenk-Visualisierung Spezielle Mechanismusinfrmatinen Mechanismus-Aufbereitungs- Infrmatinen Die Gelenk-Visualisierung ermöglicht die Darstellung der Gelenksymble im CATPrduct. Dies ist jedch nur möglich, slange das Dialgfenster geöffnet ist; wird es geschlssen, springen die Gelenk-Symble wieder in den NShw (Verdecken)-Mdus. Die Speziellen Mechanismus-Infrmatinen sind (vn links nach rechts): enthaltenen Gelenke verwendeten Antriebsbefehle Gelenktyp Teil, welches bei der Gelenkdefinitin als erstes (Part1) selektiert wurde Gemetrie-Element, welches in Part1 selektiert wurde Teil, welches bei der Gelenkdefinitin als zweites (Part2) selektiert wurde Gemetrie-Element, welches in Part2 selektiert wurde Teil, welches bei der Gelenkdefinitin als drittes (Part3) selektiert wurde Ergänzende Infrmatinen Seite 12 / 17

13 2.6. Simulatin des Mechanismus Um einen Mechanismus zu simulieren stehen in CATIA V5 drei Möglichkeiten zur Verfügung: Direkte Manipulatin =Simulatin mit Befehlen Simulatin mit Steuerbefehlen =Simulatin mit Befehlen Simulatin mit Bewegungsgesetzen =Simulatin mit Regeln Direkte Manipulatin Die Gelenke können, sfern sie als Antrieb genutzt werden, direkt manipuliert werden. Dabei fährt man mit der Maus über die bewegliche Gemetrie und es erscheint ein Pfeil, der die möglichen Freiheitsgrade zeigt. Klickt man nun mit der linken Maustaste und zieht dabei die Maus in die entsprechende Richtung, wird eine Bewegung erzeugt. Freiheitsgrad der Gemetrie Simulatin mit Steuerbefehlen Steuerbefehle stellen in einem Mechanismus die steuerbaren Bewegungsmöglichkeiten (Freiheitsgrade) eines Antriebes dar. Schieberegler zur Parameterverstellung Rückstelltaste Simulatin durch Bedienknöpfe Echtzeitsimulatin Parameteranzeigeund Eingabefeld Bedienknöpfe Schrittweitenregulierung Tipp: Bei der Simulatin auf Anfrderung sllte man wie flgt vrgehen: Auf Anfrderung klicken Schieberegler zur Parameterverstellung nach rechts der links schieben Anzahl der Schritte eingeben Bedienknpf Play anklicken = Es wird der Bereich zwischen Anfangs- und End-Schiebereglerstellung simuliert Seite 13 / 17

14 Simulatin mit Bewegungsgesetzen Die Simulatin mit Bewegungsgesetzen (Regeln, Gesetzen) ermöglicht es, Relativbewegungen mit einem Mechanismus in Abhängigkeit vn der Zeit zu simulieren. Seite 14 / 17

15 Anhang 1. Aufbau eines Kurbellager Öffnen eines neuen Dkumentes (Parts) über die Menüleiste Datei Neu Part auswählen Part1 umbenennen Part1 mit rechter Maustaste anklicken Eigenschaften Prdukt Teilenummer Kurbel_Lager 2D-Grundkntur erstellen yz-ebene anklicken anklicken =Skizzierer =Kreis erzeugen Erzeugung des 1. Kreises mit der Maus den Mittelpunkt (0/0) des 1. Kreises selektieren die Maus slange vm selektierten Mittelpunkt weg bewegen bis Radius 40mm erreicht wurde Editieren durch Dppelklick auf den erzeugten Kreis (Radius vn 40mm auf 37mm ändern) Erzeugung eines zweiten Kreises mit dem selbem Mittelpunkt, jedch mit einem Radius vn 40mm Vrgehensweise wie beim ersten Kreis =Umgebung verlassen 3D-Körper erstellen einen der erzeugten Kreise anklicken anklicken =Blck erstellen gespiegelte Ausdehnung anpicken Länge mit 15mm angeben mit OK bestätigen Seite 15 / 17

16 Anhang 2. Aufbau eines Klbenblzen Öffnen eines neuen Dkumentes (Parts) über die Menüleiste Datei Neu Part auswählen Part1 umbenennen Part1 mit rechter Maustaste anklicken Eigenschaften Prdukt Teilenummer Klbenblzen 2D-Grundkntur erstellen yz-ebene anklicken anklicken =Skizzierer =Kreis erzeugen Erzeugung des 1. Kreises mit der Maus den Mittelpunkt (0/0) des 1. Kreises selektieren die Maus slange vm selektierten Mittelpunkt weg bewegen bis Radius 20mm erreicht wurde Editieren durch Dppelklick auf den erzeugten Kreis (Radius vn 20mm auf 14mm ändern) Erzeugung eines zweiten Kreises mit dem selbem Mittelpunkt, jedch mit einem Radius vn 8mm Vrgehensweise wie beim ersten Kreis =Umgebung verlassen 3D-Körper erstellen einen der erzeugten Kreise anklicken anklicken =Blck erstellen gespiegelte Ausdehnung anpicken Länge mit 43mm angeben mit OK bestätigen 3D-Körperkanten verrunden anklicken =Kantenverrundung Verrundungsradius= 1mm eingeben äußere und innere Fläche anklicken mit OK bestätigen Seite 16 / 17

17 Anhang 3. Aufbau einer Laufbuchse Öffnen eines neuen Dkumentes (Parts) über die Menüleiste Datei Neu Part auswählen Part1 umbenennen Part1 mit rechter Maustaste anklicken Eigenschaften Prdukt Teilenummer Laufbuchse 2D-Grundkntur erstellen yz-ebene anklicken anklicken =Skizzierer =Kreis erzeugen Erzeugung des 1. Kreises mit der Maus den Mittelpunkt (0/0) des 1. Kreises selektieren die Maus slange vm selektierten Mittelpunkt weg bewegen bis Radius 60mm erreicht wurde Editieren durch Dppelklick auf den erzeugten Kreis (Radius vn 60mm auf 55mm ändern) Erzeugung eines zweiten Kreises mit dem selbem Mittelpunkt, jedch mit einem Radius vn 49mm Vrgehensweise wie beim ersten Kreis =Umgebung verlassen 3D-Körper erstellen einen der erzeugten Kreise anklicken anklicken =Blck erstellen Länge mit 147mm angeben mit OK bestätigen Transparenz der Laufbuchse festlegen mit der rechten Maustaste im Strukturbaum den Hauptkörper anklicken Eigenschaften Grafik Transparenz auf 255 stellen Mit OK bestätigen Seite 17 / 17