Bewegungssimulation mit CATIA V5

Transkript

1 Jan Meeth Michael Schuth Bewegungssimulation mit CATIA V5 Grundlagen und praktische Anwendung der kinematischen Simulation

2 Inhalt Vorwort Einleitung Begriffe Getriebelehre und DMU Kinematics Einführung in DMU Kinematics Vorstellung der Arbeitsumgebung DMU Kinematics Aufrufen der Arbeitsumgebung DMU Kinematics Symbolleisten von DMU Kinematics Anpassen der Arbeitsumgebung DMU Kinematics Kinematische Simulation einer Viergelenkkette Erstellen eines simulierbaren Mechanismus Simulation mit Befehlen Simulation mit Regeln Bearbeiten von Simulationen Erstellen einer Wiedergabe Beispiele und Übungen Bewegungssimulation einer Presse mit Niederhalter Bewegungssimulation eines Scheibenwischers Automatische Überschneidungserkennung Umwandlung von Baugruppenbedingungen Animationen von Bemaßungsbedingungen Grundlagen zur Getriebelehre und Anwendung von DMU Kinematics Aufgaben und Inhalt der Getriebelehre Aufbau von Getrieben und Mechanismen Getriebeglieder und Gelenke Freiheitsgrade von Körpern Freiheitsgrade von Gelenken und kinematischen Verbindungen Eigenschaften und Erzeugung von kinematischen Verbindungen Zwanglauf und Freiheitsgrad von Mechanismen und Getrieben Freiheitsgrad (Laufgrad) eines ebenen Getriebes Freiheitsgrade von Körperverbünden im Raum Übungsbeispiele zum Erstellen und Simulieren von Mechanismen Bewegungssimulation eines Werkzeugs Bewegungssimulation eines Hubkolbenverdichters Bewegungssimulation eines Scharniermechanismus Bewegungssimulation einer Gelenkwelle Bewegungssimulation einer Ladebordwand Bewegungssimulation einer Dampflokomotivsteuerung

3 Inhalt 4.7 Bewegungssimulation eines Radladers Erstellen einer Sequenz am Beispiel eines Kolbenmotors Getriebeanalyse Analyse der Getriebekinematik Grundlagen zu grafischen Verfahren der kinematischen Analyse Kurbelschwinge mit konstanter Winkelgeschwindigkeit Erstellen von kombinierten Sensorkurven Erstellen von Animationen Vorstellung der Arbeitsumgebung Photo Studio Die Symbolleiste Wiedergabe Die Symbolleiste Animation Die Symbolleiste Szeneneditor Übungen zum Erstellen von Animationen Literaturverzeichnis Index

4 1.2 Getriebelehre und DMU Kinematics 2 Einführung in DMU Kinematics Zu Beginn dieses Kapitels werden zunächst verschiedene Wege gezeigt, wie man die Arbeitsumgebung CATIA V5 DMU Kinematics starten kann. Anschließend erfolgt eine sehr kurze Vorstellung einzelner Symbolleisten. Dadurch soll ein erster Eindruck über die Verwendungsmöglichkeiten dieser Arbeitsumgebung vermittelt werden. Nach diesem Überblick werden die elementaren Funktionen von DMU Kinematics an dem einfachen Beispiel einer Viergelenkkette ausführlich dargestellt. Dabei wird gezeigt, wie man mit CATIA einen simulierbaren Mechanismus erzeugt und wie man ihn mithilfe der beiden Simulationsmodi Simulation mit Befehlen und Simulation mit Regeln auf zwei Arten simulieren kann. Im Anschluss daran werden weitere Simulationen von einer Presse mit Niederhalter und dem Getriebe eines Scheibenwischerantriebs vorgeführt. An diesen beiden Beispielen werden auch bereits Verwendungsmöglichkeiten der Arbeitsumgebung Generative Drafting in Verbindung mit Getriebesimulationen erläutert. Zusätzlich wird beim zweiten Beispiel die Funktion Verlaufslinie angewendet, um das Wischfeld des Scheibenwischers zu erzeugen und es auf einer technischen Zeichnung darstellen zu können. Bei diesen Beispielen wurde der simulierbare Mechanismus ausschließlich in der Arbeitsumgebung DMU Kinematics erzeugt. Prinzipiell gibt es in CATIA V5 jedoch zwei Wege, um zu einem simulierbaren Mechanismus zu gelangen. Die beiden Wege unterscheiden sich vor allem hinsichtlich der Verbindungserstellung zwischen den einzelnen Bauteilen der zu simulierenden Baugruppe. Der erste Weg besteht darin, kinematische Verbindungen zwischen den Bauteilen in der Arbeitsumgebung DMU Kinematics zu erstellen. Bei manchen Mechanismen bietet sich die zweite Möglichkeit an, Bewegungssimulationen zu definieren, bei der man auf im Assembly Design erstellte Verbindungen zurückgreift und CATIA V5 automatisch die daraus entsprechenden kinematischen Verbindungen erstellen lässt. Außerdem können Getriebesimulationen ebener Mechanismen prinzipiell auch im Skizzierer von CATIA V5 durchgeführt werden. Am Ende dieses Kapitels soll kurz auf diese Möglichkeit, im Skizzierer mit der Funktion Animation von Bemaßungsbedingungen einfache ebene Getriebesimulationen zu erstellen, eingegangen werden. Dies geschieht auf der Basis von Bedingungen, mit denen die geometrischen Elemente der Skizze verknüpft sind. Eine der Bedingungen muss dann animiert werden, was der Definition eines Antriebes entspricht (Bild 1.2-c). 17

5 2 Einführung in DMU Kinematics 2.1 Vorstellung der Arbeitsumgebung DMU Kinematics Nach dieser zusammenfassenden Einleitung folgt zunächst eine Vorstellung der Arbeitsumgebung DMU Kinematics, bevor anhand von Beispielen die prinzipielle Vorgehensweise mit CATIA V5 DMU Kinematics dargestellt wird. Bild 2.1: Aufrufen der Workbench DMU Kinematics Aufrufen der Arbeitsumgebung DMU Kinematics Wo die Arbeitsumgebung DMU Kinematics zu finden ist und wie sie aufgerufen wird, zeigt Bild 2.1. Bild 2.2 zeigt die Arbeitsumgebung des CATIA V5 DMU Kinematik-Simulators, die aber auch auf andere Art und Weise aufgerufen werden kann. 18

6 2.1 Vorstellung der Arbeitsumgebung DMU Kinematics Bild 2.2: Arbeitsumgebung DMU Kinematics Außerdem kann man unter bestimmten Voraussetzungen DMU Kinematics über das beim Neustart von CATIA erscheinende Fenster (Bild 2.2-a), über Start in der Menüleiste wie in Bild 2.2.-b oder über die Symbolleiste Umgebungen (Bild 2.2-c) aufrufen. Dazu müssen die Schritte durchgeführt werden, die in Bild 2.3 dargestellt sind. Bild 2.2-a: Aufrufen von DMU Kinematics beim Start von CATIA Bild 2.2-b und 2.2.-c:: Aufrufen von DMU Kinematics über die Menüleiste Start und die Symbolleiste Umgebungen 19

7 2 Einführung in DMU Kinematics Bild 2.3: Dialogfenster zum Erstellen einer Liste bevorzugter Bedingungen Erstellen einer Liste von bevorzugten Umgebungen: Ansicht (Menüleiste) Symbolleisten Anpassen Registerkarte: Menü Start DMU Kinematics (und andere oft verwendete Arbeitsumgebungen) markieren Klick auf den Pfeil nach rechts SCHLIEßEN die ausgewählten Umgebungen können über Start nun direkt oder über die Symbolleiste Umgebungen angewählt werden. Falls diese nicht angezeigt wird, kann sie folgendermaßen angezeigt werden: Ansicht Symbolleisten Symbolleiste Umgebungen anzeigen Nach dem Aufrufen der Arbeitsumgebung DMU Kinematics stellt sie dem Anwender verschiedene Symbolleisten bereit, die nun kurz vorgestellt werden, um einen ersten Eindruck zu vermitteln Symbolleisten von DMU Kinematics Um einen Überblick über den Funktionsumfang und die Anwendungsmöglichkeiten der Arbeitsumgebung DMU Kinematics zu erhalten, sollen die einzelnen Symbolleisten, die in CATIA V5 standardmäßig zu DMU Kinematics gehören, dargestellt und kurz erläutert werden. Bild 2.4: Symbolleiste DMU Kinematics Die Symbolleiste DMU Kinematics Die Symbolleiste DMU Kinematics (Bild 2.4) enthält die elementaren Funktionen, die zur Definition des Getriebes und der Simulation notwendig sind. Zu der Definition eines Getriebes gehören unter anderem die Definition der Festkomponente und der Gelenke des Getriebes. Diese Gelenke werden über die kinematischen Verbindungen bestimmt. Die Leiste Kinematische Verbindungen (Bild 2.5) kann neben der Symbolleiste Simulation durch einen Doppelklick abgekoppelt werden. Zur Simulation stehen die beiden Modi Simulation mit Befehlen und Simulation mit Regeln zur Verfügung, die beide in diesem Kapitel vorgestellt werden. Außerdem bietet sich bei manchen Getrieben die bereits erwähnte Funktion Umwandlung 20

8 2.1 Vorstellung der Arbeitsumgebung DMU Kinematics von Baugruppenverbindungen an, mit der man aus im Assembly Design erstellten Baugruppenbedingungen kinematische Verbindungen generieren kann. Die Verwendung verschiedener kinematischer Verbindungen wird im weiteren Verlauf dieses Buches dargestellt. Dies gilt auch für die Funktionen Umwandlung von Baugruppenbedingungen, Mechanismusanalyse sowie die Funktion Geschwindigkeit und Beschleunigung. Symbolleiste Simulation Symbolleiste DMU Kinematics Mechanismusanalyse Bild 2.5: Übersicht über Symbolleisten DMU Kinematics und die davon abkoppelbaren Symbolleisten Simulation und Kinematische Verbindungen Simulation mit Befehlen Simulation mit Regeln Mechanismusaufbereitung Geschwindigkeit und Beschleunigung Umwandlung von Baugruppenbedingungen Doppelklick auf diesen schmalen Balken bewirkt das An- oder Abkoppeln der Symbolleiste Definition der Festkomponente Symbolleiste: Kinematische Verbindungen Drehverbindung Prismatische Verbind. Zylindrische Verbind. Schraubverbindung Sphärische Verbindung Ebene Verbindung Starre Verbindung Punktkurvenverbindung Gleitkurvenverbindung Rollkurvenverbindung Punktflächenverbindung Universalverbindung Doppelgelenk Zahnradverbindung Zahnstangenverbind. Kabelverbindung Verbindung aus Achse 21

9 Literaturverzeichnis Literaturverzeichnis BACH, P. DMU Kinematics Simulator Labor für Gerätebau FH-Trier BEHNISCH, S. Digital Mock Up mit CATIA V5 1.Auflage 2004; Carl Hanser Verlag ISBN: CATIA V5R16 Online-Dokumentation Dassault Systems DITTRICH, G./BRAUNE, R. Getriebetechnik in Beispielen 1.ˆAuflage 1978; R. Oldenbourg Verlag GmbH München ISBN: GERIGK, P. Kraftfahrzeugtechnik 4. Auflage 2002; Westermann ISBN: HAGEDORN, L Konstruktive Getriebelehre 4. Auflage 1986; VDI Verlag ISBN: KERLE, H./PITTSCHELLIS, R. Einführung in die Getriebelehre 2. Auflage 2002; Teubner Verlag ISBN: KLEPZIG, W./WEISSBACH, L. 3D-Konstruktion mit CATIA V5 1.Auflage 2004; Carl Hanser Verlag ISBN: LOHE, R. Begleittext zur Vorlesung Getriebetechnik 1 und 2 Ausgabe 1999, Lehrstuhl für Konstruktionstechnik-CAD-Mechatronik U-GH Siegen LUCK, K./MODLER, K.H. Getriebetechnik Analyse, Synthese, Optimierung 2. Auflage 1995; Springer-Verlag ISBN: MATSCHINSKY, W. Radführung der Straßenfahrzeuge, Kinematik, Elasto-Kinematik und Konstruktion 2. Auflage 1998; Springer Verlag ISBN: SCHUTH, M. Begleittext zur Vorlesung Getriebelehre Ausgabe 2004; Labor für Gerätebau und Bauteiloptimierung Fachhochschule Trier STEINBRUCH, R. Simulation im konstruktiven Maschinenbau 1. Auflage 2004; Carl Hanser Verlag ISBN: VOLMER, J. Getriebetechnik Grundlagen 1. Auflage 1992; Verlag Technik ISBN: VOLMER, J. Getriebetechnik 3. Auflage 1989; Friedr. Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft ISBN:

10 Index Abhängige Länge 101 Abtriebsglied 88 Achsensysteme 164 Aktion bearbeiten 259 Animation 290 Animation von Bemaßungsbedingungen 17 Animation wiedergeben 293 Animationen 287 Animationsdatei 45 Antriebsfunktion 261 Antriebsglied 88 Arbeitsumgebung DMU Kinematics 18 Assembly Design 17 Astschere 113 Automatische Überschneidungserkennung 46 Bahnkurve 183 Baugruppenbedingungen 93, 99 Befehl 94 Beleuchtung 288 Beleuchtungsbefehle 295 Beschleunigung 183 Beschleunigungsmaßstab 261 Bezugsglied 88 Bezugssystem 89 Bildformat 291 Bildgröße 291 Blickpunkt 288 Bohrungen 88 Bolzen 88 CAx-System 5 Dampfkanäle 85 Dampflokomotive 237 Dampfzylinder 85 Definition der Filmaufnahme 288 Differentialschraube 103 Differentialschraubengetriebe 103 Digital-Mock-Up 5, 12 DMU Fitting 12, 258 DMU Kinematik-Simulator 5 Doppelgelenk 151 Drehen 92 Drehgelenk 13, 94 Drehschubgelenk 91, 100 Drehsockel erzeugen 289 Drehverbindung 94 Druckgusswerkzeug 193, 293 Druckmittel 88 Ebene Verbindung 110 Eigenrotation 185 Einzelradaufhängung 85, 182, 188 Elementarbewegungen 89, 90 Erneute Wiedergabe 289 Fahrbahnunebenheiten 183 Fahrzeugtechnik 136 Filmaufnahmen 287 Flächenberührung 92 Fördergetriebe 120 Freiheitsgrad 89, 90, 177, 179 Gelenkbauarten 91 Gelenkdreieck 179 Gelenke 6 Gelenkfünfeck 179 Gelenkgabel 151 Gelenkhälfte 91 Gelenkviereck 179 Gelenkwelle 151, 217 Generative Drafting 17 Gesamtsteigung 103 Geschwindigkeit-Beschleunigung 6 Geschwindigkeitsmaßstab 261 Getriebe 11 Getriebeanalyse 6, 86, 261 Getriebedarstellungen 88 Getriebedynamik 86, 261 Getriebeglied 13 starr 88 Getriebekinematik 86 Getriebelehre 11 Getriebestruktur 88 Getriebesynthese 86 Getriebesystematik 86 Getriebetechnik 85 Gewindesteigung 103 Gleitkurvenverbindung 130 Gruppierung 117 Heusinger-Steuerung 85, 237 Hohlrad 136 Hubkolbenverdichter 201 Identische Freiheiten 185 Industrieroboter 85 Kabelverbindung 162 Kamerabefehle 295 Ketten 88 Kinematik 11 Kinematische Funktion 88 Kinematische Kette 13, 14, 85, 179, 184 Kinematische Verbindungen 20 Kinetik 11 Knicklenkung 249 Kolbenmotor 257 Kongruenz 96 Kraftfluss 136 Kugelflächengelenk 91 Kugelgelenk 89, 91, 108 Kugeln 88 Kugelpfanne 189 Kugelschalen 88 Kurbelschwinge 263 Ladebordwand 225 Längenmaßstab 261 Laufgrad 177 Lenkerfreiheitsgrad 185 Lichtquellen 288 Linienberührung 92 Lokomotivsteuerung 237 Material 293 Mathematische Funktion 87 Mechanismus 13 Mechanismusanalyse 21,

11 Index Momentanpol 262 Mutter 102 Nachbildung 5 Parallelkurbel 227 Photo Studio 287 Pixelzahl 291 Planetengetriebe 136 Planetenräder 136 Planetenradsatz 136 Player 45 Polygonmethode 263 Präsentation 287 Presse mit Niederhalter 46 Prismatische Verbindung 97 Produktpräsentation 287 Punktbahn 87 Punktberührung 92 Punktflächenverbindung 146 Punktkurvenverbindung 119, 120 Radlader 248 Ravigneaux 136 Real Time Rendering 287 Relativbewegung 23, 89, 90 Relativrotation 91 Reuleaux 13 Riemen 88 Rollenzuführung 124 Rollkurve 133 Rollkurvenverbindung 134 Rotation 89 Rückwärtsgang 137 Schaltungsmöglichkeiten 136 Scharniermechanismus 208 Schaufellader 85 Scheibenwischerantrieb 17 Schieben 92 Schieberstange 85 Schleifenmodus 44 Schnelle Wiedergabe 289 Schnellgang 137 Schrauben 92 Schraubengelenk 102 Schraubengetriebe 102 Schraubverbindung 93, 102 Seile 88 Sequenz 257 Sichtbarkeitsaktion 258 Simpson-Getriebe 136 Simulation 36, 37 Simulation mit Befehlen 17 Simulation mit Regeln 17, 39 Simulation umwandeln 45 Simulationsmodi 17 Sonnenrad 136 Sphärische Verbindung 108 Spindel 102 Standardmaterialkatalog 293 Starrachse 183 Starre Verbindung 117 Steigungsdifferenz 103 Szeneneditor 289 Teleskopspindel 103 Trace 215 Translation 89 Übersetzungsverhältnis 155 Übertragungsgetriebe 87 Umgebung 288 Umlaufgetriebe 155 Umwandlung von Baugruppenbedingungen 5, 93 Unfreiheiten 92 Universalgelenk 149, 210 Universalverbindung 149 Unterverbindungen 159 Verbindung aus Achsensystemen 164 Verbindungsgrenzen 193 Verbindungslimits 196 Verlaufslinie 17, 46 Video-Dateien 43 Videoschaltflächen 43 Viergelenkgetriebe 12 Vorschubbewegung 91 Walschert-Steuerung 237 Wiedergabe 44 Wiedergabe generieren 43 Wirkungsgrad 104 Wischfeld 17 Zahnradverbindung 155 Zahnstange 159 Zahnstangenverbindung 159 Zeichnungsableitung 52 Zeichnungsansicht 46 Zeitintervall 45 Zentriert 95 Zugmittel 88 Zwanglauf 13, 177 Zwanglaufgleichung 186 Zwangläufig 177 Zweifachschraubgetriebe 103 Zweistufige Planetenradsätze 136 Zylinderfüllung 85 Zylindrische Verbindung