hochschule für angewandte wissenschaften CAD CATIA V5 Solids

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1 Prof. Dr.-Ing. A. Belei CAD Catia Solids Arbeitsunterlagen Kurbelwelle Verfasser: Thomas Löwenthal Hamburg 2006 Seite 1 / 30

2 Konstruktionsbeschreibung der 6-Zylinder-Kurbelwelle mit Hilfe von CATIA V5 0. Allgemeines - Folgende Bezeichnungen sind für die einzelnen Bauteile einer Kurbelwelle gebräuchlich: - Die Dokumentation beruht auf Catia V5, Release 7. Es führen oft verschiedene Möglichkeiten und Wege zum Ziel. Die Einheit für Maßangaben ist, sofern nicht anders vermerkt, Millimeter. 1. Erstellen der Wange - In dem Menü START- MECHANISCHE KONSTRUKTION - PART DESIGN ein neues CATIA Bauteil öffnen: - Die y-z Ebene selektieren und durch Anklicken des Symbols den Skizzierer starten Im Skizzierer soll die Grundkontur der Wange erstellt werden: - Mit dem Kreissymbol einen Kreis k 1 mit Radius 45 und Mittelpunktskoordinaten (0/0) erstellen. Anmerkung: Über das Symbol Bedingung werden. kann der Radius festgelegt - Einen zweiten Kreis k2 mit Radius 40 und Mittelpunktskoordinaten (0/52) auf die gleiche Art und Weise erstellen Seite 2 / 30

3 - Dazu zunächst mit dem Kreissymbol den zweiten Kreis k 2 erstellen und dann die beiden Kreismittelpunkte von k 1 und k 2 durch Anpicken des Bedingungssymbols und anschließendes Auswählen der Mittelpunkte im Abstand 52 festlegen. - Einen dritten Kreis k 3 mit Radius 120 an beliebiger Stelle mit dem Kreissymbol so erstellen, dass er scheinbar die beiden ersten Kreise berührt. Den dritten Kreis k 3 anpicken und mit gedrückter STRG-Taste den Kreis k 1 anklicken. Beide Kreise werden rot eingefärbt. Über das Symbol definieren: für beide Kreise k 1 und k 3 die Bedingung Tangente im Dialogfenster Analog mit Kreis k 2 und k 3 verfahren. - Den dritten Kreis k 3 an der gelben Vertikalachse v spiegeln: Vorgehensweise: Kreis 3 k 3 anklicken Symbol für Spiegelung anklicken V-Achse anklicken. Ergebnis: 2.Kreis k 2 (0,52,40) 1.Kreis k 1 (0,0,45) V-Achse 3.Kreis k 3 (x,y,120) Seite 3 / 30

4 - Trimmen der Kreise untereinander: Das Symbol zum Trimmen von Linien anklicken Zuerst Kreis 3 an einem Abschnitt zwischen k 1 und k 2 anpicken, dann k 2 anpicken. Folge: Kreis 3 wurde an Kreis 2 getrimmt. Entsprechend mit den anderen beiden Kreisen verfahren, bis folgende Skizze entsteht: - Erzeugung des Solids aus der Skizze: Den Skizzierer verlassen Im dreidimensionalen Raum einen Block mit Hilfe des Befehls Block erzeugen: Es erscheint folgendes Fenster: Anmerkung: Die Wange soll in positive x- Richtung zeigend erzeugt werden. Typ: Bemaßung Länge (Breite der Wange): 32 Profil-Auswahl: Skizze1 Mit OK bestätigen. x Seite 4 / 30

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6 Ansicht des Wangen Solids nach der letzten Operation: - Verrunden der Kanten: Mit dem Befehl die Kantenverrundung aufrufen. Im folgenden Fenster den Kantenradius 4 angeben. Als zu verrundende Objekte entweder die beiden Ovalkanten oder die Seitenflächen der Wange ( 2 Teilflächen ) anpicken und zum Schluß mit OK bestätigen. Seite 6 / 30

7 - Einfügen des Wangenkoordinatensystems: Es erweist sich später zur Definition von Richtungen als zweckmäßig, ein Wangenkoordinatensystem einzuführen. Dazu im Menüpunkt EINFÜGEN den Unterpunkt ACHSENSYSTEM auswählen. Das folgende Dialogfenster zur Definition des Achsensystems einfach mit OK bestätigen. Es wurde ein rechtshändiges Koordinatensystem im Ursprung (0/0/0) erstellt: Die verrundete Kurbelwellenwange mit dem zusätzlichen Koordinatensystem zeigt die folgende Abbildung: Seite 7 / 30

8 2. Erstellen der Kröpfung und des Hauptzapfens - Erstellen der Kröpfung Zunächst die Wange mit dem Befehl Rechteckmuster duplizieren Im Dialogfenster folgende Eingaben vornehmen: Exemplare: 2 Abstand: 61mm Referenzelement: x-achse anpicken (= Kante 1) evtl. Richtung umkehren, sodass die Kopie negative x- Werte annimmt Mit OK bestätigen. x-richtung Erstellen des Kurbelzapfens: Zunächst auf die Seitenfläche einer Wange klicken und den Skizzierer starten Im Skizzierer einen Kreis mit Koordinaten k 4 (0,52) und Radius 32 erstellen (vgl. nebenstehende Abbildung): Seite 8 / 30

9 den Skizzierer verlassen und anschließend im dreidimensionalen Raum einen Block mit folgenden Parametern erzeugen: Typ: bis zum letzten Auswahl: Skizze2 Evtl. Richtung umkehren Mit OK bestätigen Verrunden des Kurbelzapfens mit den Wangen Die Kanten a und b anklicken und mit Radius 3 mit den Wangen verrunden: Kante a Kante b Ergebnis: Seite 9 / 30

10 Erstellen des Hauptzapfens Die Seitenfläche der linken Wange anklicken und im Skizzierer einen Kreis Koordinaten k 5 (0,0) und Radius 37 erzeugen Anschließend in den dreidimensionalen Raum zurückkehren und mit Hilfe eines Blockes der Länge 36 den Hauptzapfen erzeugen: mit Verrunden des Hauptzapfens mit der Wange mit Radius 3: Den Hauptzapfen mit dem Befehl Verrunden gegenüber der Wange mit Radius 3 verrunden (siehe Abbildung). Dazu entweder eine Kante des Zapfens oder zwei Flächen (Wange/Zapfen) anpicken. Seite 10 / 30

11 Erzeugen der Kurbelzapfenbohrung Die Seitenfläche einer Wange anklicken und den Skizzierer starten Im Skizzierer einen Kreis k 6 mit den Koordinaten k 6 (0,61) und Radius 19 erzeugen: Den Skizzierer verlassen und mit der Kreiskontur sowie dem Befehl Tasche mit folgenden Parametern eine Bohrung erzeugen: Typ: Bis zum letzten Offset: 0mm Auswahl: Skizze 4 Mit OK bestätigen Ansicht im Skizzierer Ansicht beim Erzeugen der Tasche Verrunden der Kurbelzapfenbohrung mit den Wangenseitenflächen Die Kanten der Bohrung gegenüber den Seitenflächen der Wangen mit Radius 0,75 verrunden. Dazu die Kanten c und d anklicken ( ) Kante c Kante d Seite 11 / 30

12 Ergebnis nach dem Verrunden: 3. Erstellen der Ölbohrung - Zunächst im dreidimensionalen Raum mit dem Befehl Punkt zwei Punkte P 1 (50/-37/0) und P 2 (-14,5/32/52) erzeugen, indem im Dialogfenster die Option Punkt durch Koordinaten ausgewählt wird: Punkt P 1 Punkt P 2 - Die beiden Punkte P 1 und P 2 durch Aufruf des Befehls Linie und anschließendes Anpicken der Punkte miteinander verbinden. Seite 12 / 30

13 Anmerkung: Im Dialogfenster Linie folgende Einstellungen vornehmen: Linienart: Punkt-Punkt Punkt 1: Punkt 1 Punkt 2: Punkt 2 Stützelement: Standard - Mit dem Befehl Ebene eine Ebene senkrecht zur Linie durch einen der beiden Punkte P 1 oder P 3 legen, indem im Dialogfenster der Ebenentyp Senkrecht zur Kurve ausgewählt wird und anschließend auf die Kurve und auf den Endpunkt geklickt wird. (vgl. Abbildung) Seite 13 / 30

14 - Mit dem Befehl Bohrung die Ölbohrung mit Durchmesser 5 erstellen: Nach Aufruf des Befehls auf die vorher erzeugte Ebene klicken Im Dialogfenster als Typ Bis zum letzten auswählen und den Durchmesser mit 5mm festlegen Mit OK die Eingaben bestätigen Dialogfenster beim Erstellen der Bohrung - Die Ölbohrung sowohl mit dem Kurbel- als auch dem Hauptzapfen mit Radius 0,75 verrunden Den Befehl Ausrunden aufrufen Die beiden Körperkanten e und f auswählen (Die zweite Körperkante mit gedrückter STRG - Taste anpicken) und im Dialogfenster nach bestätigender Anzeige ( 2 Kanten ) als Rundungsradius 0,75 eingeben (siehe Abbildung) Mit OK bestätigen Kante e Kante f Seite 14 / 30

15 Die resultierende Kröpfung sollte jetzt folgendermaßen aussehen: 4. Erzeugen der 6-Zylinder Kurbelwelle - Die sechs Kröpfungen der Kurbelwelle werden jeweils durch Duplizieren der Kröpfungen, Einfügen als neuer Körper und anschließendes Transformieren in Form von Translation und Rotation erzeugt. Nach dem Vereinigen der sechs Kröpfungen erfolgt eine abschließende Verrundung - Erstellen der sechs Kröpfungen Den Hauptkörper im Strukturbaum anklicken Ansicht des Verzeichnisbaums mit markiertem Hauptkörper Seite 15 / 30

16 Zum Kopieren des Körpers die Tastenkombination STRG - C drücken Zum unsichtbaren Einfügen über den bereits bestehenden Körper die Tastenkombination STRG - V drücken. (Anmerkung: Aufgrund der Komplexität der Körper kann das Kopieren und Einfügen etwas Zeit in Anspruch nehmen). Ergebnis: Im Strukturbaum entsteht ein Körper 2, der im dreidimensionalen Raum allerdings mit Körper 1 identisch ist. Den Körper 2 mit dem Befehl Verschiebung um 129mm in x- Richtung bewegen: Dazu im Dialogfenster auf das Feld Richtung klicken und anschließend die x-achse des Wangenkoordinatensystems anpicken. Für den Abstand den Wert 129 angeben. Den Körper 2 um 120 drehen: Dazu den Befehl Drehung 1 aufrufen. Im Dialogfenster auf das Feld Achse klicken und anschließen die x-achse des Wangenkoordinatensystems anpicken. Als Winkel 120deg eingeben. Ergebnis: Es ist eine zweite Kröpfung entstanden, die um 129mm zur ersten versetzt sowie um 120 verdreht angeordnet ist. Die dritte Kröpfung kann sowohl aus der zweiten Kröpfung durch Kopieren, Einfügen, Translation in x-richtung um ebenfalls 129mm und Drehung um 120 erzeugt werden als auch aus der ersten Kröpfung durch Translation um 258mm und anschließende Drehung um 240. Die Vierte Kröpfung wird aus der Dritten nur durch eine weitere - 1 Man erhält den Befehl Drehung, indem man auf den kleinen Pfeil des Befehls Verschiebung klickt und dann das neue Symbol Drehung auswählt Seite 16 / 30

17 Verschiebung erzeugt, während die Fünfte aus der Vierten eine nochmalige Drehung um 240 erfordert. Analog kann bei der letzten Kröpfung verfahren werden. Es sollte ein Hauptkörper entstehen, welcher aus sechs Einzelkörpern besteht: Es müssen noch einige scharfe Kanten, im Folgenden g bis k bezeichnet, mit einem Radius von 3mm ausgerundet werden: g h i j k Ein erfolgreiches Verrunden erfordert zunächst die Verschmelzung der sechs Einzelkörper zu einem Hauptkörper Im Strukturbaum den Körper 2 anwählen. Er erscheint farbig markiert. Im Menü EINFÜGEN den Menüpunkt BOOLESCHE OPERATIONEN VEREINIGEN UND TRIMMEN auswählen (siehe Abbildung auf folgender Seite) Seite 17 / 30

18 Das folgende Dialogfenster mit OK bestätigen. Ergebnis: Körper 1 und 2 sind zu einem Hauptkörper verschmolzen Die gleiche Vorgehensweise mit den Körpern 3,4,5 und 6 wiederholen. Aus den Einzelkörpern ist ein Gesamtkörper entstanden. Den Befehl Ausrunden aufrufen und im Dialogfenster die zu verrundenden Kanten angeben (Kanten g-k mit gedrückter STRG - Taste anpicken) und den Radius 3 wählen. Ergebnis der verrundeten Kurbelwelle: Um das Schwungrad und die Nebenaggregate befestigen zu können, ist es notwendig, die Kurbelwelle mit entsprechenden Flanschen zu versehen. Dies geschieht im Folgenden. Seite 18 / 30

19 5. Konstruktion der Schwungradverbindung - Die Schwungradverbindung wird konstruiert, indem man ein Profil um seine Achse rotieren läßt. - Den Skizzierer aufrufen, und auf die x-z-ebene des Wangenkoordinatensystems klicken - Mit dem Befehl Profil eine Profilkontur mit folgenden Eckpunkten erstellen 1 P 10 (58/0/0) 2 P 11 (58 /0/37) 3 P 12 (97/0/37) 4 P 13 (147/0/32) 5 P 14 (147/0/28) 6 P 15 (149/0/28) 7 P 16 (149/0/30) 8 P 17 (169/0/30) 9 P 18 (172/0/27) P 19 (172/0/0) Die Punkte 1 bis nacheinander anpicken und zum Schluß mit Punkt 1 das Profil schließen Die Punkte 1 P 10 (58/0/0) und P 19 (172/0/0) definieren eine Achse, um die das Profil später rotieren wird. Mit dem Befehl Achse eine Achse ( Linie) erzeugen, indem zunächst Punkt 1 angepickt und dann bei gedrückter linker Maustaste Punkt angewählt wird (Anmerkung: Es genügt auch, eine beliebig lange horizontale Linie durch beide Punkte zu zeichnen). - Den Skizzierer verlassen und im dreidimensionalen Raum den Befehl Welle auswählen Das automatisch folgende Dialogfenster mit OK bestätigen. Die Schwungradverbindung ist somit konstruiert. Die beiden Abbildungen verdeutlichen den Zustand nach dem Beenden des Skizzierers bzw. nach der Erzeugung der Schwungradverbindung. Seite 19 / 30

20 Kante l Dialogfenster bei der Welleerzeugung Zustand nach der letzten Operation - Der Zapfen muß nun noch mit der Kurbelwelle mit Radius 3 verrundet werden. Dazu den Befehl Verrunden aufrufen und die Kante l anpicken. Als Rundungsradius 3mm angeben. - Ergebnis: Ansicht des mit dem Hauptkörper automatisch verschmolzenen und verrundeten Zapfens Seite 20 / 30

21 6. Anbindung der Nebenaggregate - Die Nebenaggregatseite wird in ähnlicher Weise zur Schwungradverbindung erstellt - Wieder den Skizzierer in der x-z-ebene starten. - Mit dem Befehl Profil eine Profilkontur mit folgenden Eckpunkten erstellen: 1 P 20 (-713/0/0) 2 P 21 (-713/0/57) 3 P 22 (724/0/57) 4 P 23 (724/0/40) 5 P 24 (727/0/40) 6 P 25 (727/0/0) Die Punkte 1 bis 6 nacheinander anpicken und zum Schluß mit Punkt 1 das Profil schließen. Mit dem Befehl Achse Linie durch die Punkte 1 und 6 erzeugen. - Den Skizzierer verlassen und im dreidimensionalen Raum wieder den Befehl Welle auswählen. Das Dialogfenster mit OK bestätigen. - Den Nebenaggregatflansch mit dem Hauptzapfen mit Radius 3 verrunden. Dazu den Befehl Verrunden aufrufen und die Kante m anpicken. Kante m Seite 21 / 30

22 Die folgende Abbildung zeigt, dass dem Nebenaggregatflansch noch Bohrungen zur Momentenübertragung fehlen: - Die Momentübertragung erfolgt durch 10 Bohrungen mit jeweils einem Durchmesser von 9 Millimetern. Den Skizzierer mit der in der nebenstehenden Abbildung markierten Fläche starten und in dieser Ebene einen Kreis k 7 mit Mittelpunktskoordinaten (0/48,5) und Durchmesser 9 erzeugen Seite 22 / 30

23 - Ansicht der Kurbelwelle im Skizzierers: - Den Skizzierer verlassen und im dreidimensionalen Raum eine Tasche durch den Kreis k 7 definieren: Einstellungen im Dialogfenster zur Definition der Tasche: Typ: bis zum letzten Auswahl: Skizze 39 Mit OK die Eingaben bestätigen Seite 23 / 30

24 Ergebnis: - Die zehn Bohrungen werden mit dem Befehl Kreismuster 2 erzeugt Im Dialogfenster der Kreismusterdefinition folgende Einstelllungen auswählen: Parameter: Vollständiger Kranz Exemplare: 10 Objekt für Muster: Die erstellte Tasche anpicken Referenzelement:die x-achse des Wangenkoordinatensystems anpicken - 2 Den Befehl Kreismuster erhält man aus dem Befehl Rechteckmuster durch Anklicken des Pfeils Seite 24 / 30

25 - Die fertige Kurbelwelle zeigen die folgenden Abbildungen: Seite 25 / 30

26 7. Hinweise und Anmerkungen zur Zeichnungserstellung - Allgemeines: Die Zeichnung wird auf einem Blatt des Formats DINA0 erstellt. Die Zeichnung umfasst insgesamt neun Ansichten: Eine Ansicht der Kurbelwelle von oben (M 1:2) Zwei Ansichten der Kurbelwelle von der Seite (M1:1) Eine Isometrische Ansicht (M1:2) Ein Schnitt durch die Kurbelwellenlängsachse (x-z-ebene) Ausgehend von dem Längsschnitt durch die Kurbelwelle zwei Detailschnitte durch die Kröpfungen eins und sechs Zwei Schnitte durch eine Ölbohrung zur Darstellung des wahren Durchmessers sowie der wahren Winkel zur Kurbelwellenlängsachse In den beiden Detailansichten werden die Kröpfungen bemaßt Die Hauptansicht der Kurbelwelle von oben dient der Darstellung der Kröpfungsabstände Die Seitenansichten veranschaulichen Wangenradien bzw. Kröpfungswinkel In Catia V5 ist für die Zeichnungsableitung das Drafting -Modul zuständig. Es ist im Hauptmenü unter START - MECHANISCHE KONSTRUKTION DRAFTING zu finden. - Zusammenfassung der Zeichnungsableitung: Erstellen der Vorderansicht von oben Für diese Ansicht ist es notwendig, sowohl das 3D- als auch das Drafting-Fenster nebeneinander zu betreiben Das Drafting-Modul starten (Papierformat DINA0, Leeres Blatt) Alternative: Die Datei DINA0.CAT öffnen. Diese Datei enthält bereits ein leeres Blatt sowie einen Zeichnungsrahmen Im Drafting-Fenster den Befehl Vorderansicht auswählen Seite 26 / 30

27 In den dreidimensionalen Raum wechseln, im Strukturbaum den Hauptkörper selektieren (ganze Welle wird eingefärbt) und die Stirnseite des Nebenaggregatflansches anpicken. Im Drafting - Fenster erscheint eine Seitenansicht. Mit dem Kompass (blaues Zeigersymbol) kann diese Ansicht um drei Achsen rotiert werden, bis die Ansicht die gewünschte Form besitzt: Die Vorderansicht selektieren und die rechte Maustaste drücken. Folgendes Menü erscheint: Im Unterpunkt Ansichtenpositionierung kann festgelegt werden, ob die aktive Ansicht frei beweglich ist oder einer Hauptansicht zugeordnet wird. Im Unterpunkt Eigenschaften sind für die jeweilige Ansicht wichtige Eigenschaften abgelegt. Dies gilt später ebenso für die Veränderung der Eigenschaften von späteren Bemaßungen. Seite 27 / 30

28 Das Menüfenster Eigenschaften hat folgenden Aufbau: Es kann ausgewählt werden, welche Linien zur Geometrieaufbereitung dargestellt werden sollen (z. B. Mittellinien und Achsen). Der Maßstab der Ansicht kann beliebig verändert werden. Den Befehl Projizierte Ansicht zweimal aufrufen und zur Ortsfestlegung der neuen Seitenansichten einmal neben die linke Seite der Vorderansicht und einmal neben die rechte Seite klicken. Folgende Zeichnung sollte sich ergeben nachdem die Seitenansichten auf Maßstab 1:1 vergrößert wurden: Seite 28 / 30

29 Mit dem Befehl Abgesetzter Schnitt den Längsschnitt durch die Kurbelwelle erzeugen, indem ein Schnitt entlang der Längsachse definiert wird. Ergebnis nach der letzten Operation: Nun können die beiden Detailansichten der äußersten Kröpfungen zur Bemaßung der Anschlüsse erzeugt werden: Dazu den Befehl Detailansicht aufrufen, in die Mitte der Kröpfungen picken und dann mit der Maus die erscheinenden Kreise soweit aufziehen, dass zwei kreisförmige Detailansichten entstehen, welche die benötigten Details enthalten: Seite 29 / 30

30 Die Isometrische Ansicht der Kurbelwelle mit Hilfe des Befehls Isometrische Ansicht erstellen. Dazu bei aktiviertem Befehl in den dreidimensionalen Raum wechseln und die Kurbelwelle so mit der Maus drehen, bis eine ansprechende isometrische Ansicht entsteht. Im Strukturbaum den Hauptkörper auswählen und auf die Stirnfläche des Nebenaggregatanschlusses picken. Im Drafting- Fenster erscheint nun die isometrische Ansicht, welche wieder mit dem Kompaß gedreht werden kann. Ergebnis: Die Ölbohrung muß so durchschnitten werden, dass der wahre Durchmesser sowie die wahren Winkel zur Kurbelwellenlängsachse erkennbar sind. Die beiden Schnitte werden wie folgt erzeugt: In der Vorderansicht der Kurbelwelle die Anzeige der verdeckten Linien im Eigenschaftsfenster der Ansicht (siehe oben) aktivieren. Die Ölbohrungen werden sichtbar. Eine Symmetrielinie durch die gewünschte Ölbohrung mit dem zugehörigen Linienbefehl erstellen und anschließend abtrimmen ( ). Die Darstellung der verdeckten Linien wieder ausschalten. Auf der so erstellen Linie einen abgesetzten Schnitt durchführen. Die Hilfslinie in den No-Show-Bereich stellen. Der Maßstab der Ansicht ist 1:1. Die zweite Schnittansicht entsteht auf analogem Wege, indem in der einen Seitenansicht der Kurbelwelle die Ölbohrungen sichtbar geschaltet werden, eine Symmetrielinie erzeugt sowie wieder ein abgesetzter Schnitt ausgeführt wird. Die Ansicht wird anschließend auf den Maßstab 1:2 verkleinert. Seite 30 / 30

31 Das Ergebnis sollte wie folgt aussehen: Abschließend können die einzelnen Ansichten bemaßt werden. Zur Bemaßung stehen die verschiedensten Bemaßungstypen zur Verfügung. Die wichtigsten sind: Bezugsbemaßung 1 Abstandsmaß 2 Winkelmaß 3 Radienbemaßung 4 Durchmesserbemaßung 5 Fasenbemaßung Durch anpicken des Maßes und klicken der rechten Maustaste können im folgenden Menüpunkt Eigenschaften die Einstellungen der jeweiligen Bemaßung sehr detailliert verändert werden hinsichtlich Wert, Maßlinie, Toleranzen und Darstellungsarten. Im Anhang befindet sich eine vollständig bemaßte Zeichnung der Kurbelwelle. Seite 31 / 30