Zastosowanie systemów CAD i RP w projektowaniu i prototypowaniu rotomatu

Wykonanie modelu 3D CAD

Do wykonania modelu 3D CAD użyto oprogramowania Autodesk Inventor. W procesie projektowania można wyróżnić trzy główne etapy: projektowanie komponentów z zastosowaniem generatorów, modelowanie bryłowe części oraz modelowanie zespołu. Ze względu na fakt, że wszystkie z wymienionych procesów zostały już wielokrotnie przedstawione w literaturze [1, 4], w niniejszym artykule zostaną przedstawione skrótowo.

Modelowanie z zastosowaniem generatorów, tzw. projektowanie funkcjonalne, wykorzystano na etapie projektowania kół zębatych modułu napędowego. Szczególną zaletą zastosowanego narzędzia oprócz przeprowadzenia obliczeń projektowych była możliwość uzyskania poprawnych modeli bryłowych poszczególnych kół zębatych. Modele bryłowe otrzymano dzięki opcji eksportu kształtu zęba (rys. 3). Różnice w geometrii kół otrzymanych bezpośrednio z generatora oraz po wyeksportowaniu kształtu zęba przedstawiona na rys. 4. Po wygenerowaniu modeli bryłowych kół zębatych zamodelowano pozostałe komponenty mechanizmu oraz wykonano złożenie kompletnego mechanizmu.

Przeprowadzenie analiz mechanizmu

W celu sprawdzenia poprawności zaprojektowanego urządzenia przeprowadzono jego symulację dynamiczną w środowisku programu Inventor. Środowisko to umożliwia zasymulowanie działania mechanizmu z uwzględnieniem jego dynamiki. Ponadto możliwe jest wyeksportowanie obciążeń działających na mechanizm w wybranych punktach czasowych symulacji do środowiska analizy naprężeń. W przedstawionym przypadku analizie poddano moduł żyroskopowy (rys. 5).

Dla usprawnienia działania symulacji dynamicznej korzystne jest powiązanie analizowanego mechanizmu z zastosowaniem wiązań ruchowych z użyciem narzędzia. Wiązania wstawione w ten sposób nie wymagają dodatkowej konwersji (często generującej błędne wiązania kinematyczne). Po wczytaniu analizowanego zespołu do środowiska symulacyjnego dodano niezbędne wymuszenie ruchu w postaci przemieszczenia dźwigni napędowej, zdefiniowano kierunek działania siły ciężkości oraz parametry symulacji. Następnie uruchomiono symulację; do obserwacji jej przebiegu posłużono się Graferem wyjściowym (rys. 6).

Integracja modułu symulacji dynamicznej z modułem analizy naprężeń umożliwia przeprowadzenie dodatkowej analizy wytrzymałościowej metodą elementów skończonych. W tym celu niezbędne było wyeskportowanie obliczonych obciążeń z analizy dynamicznej.

Aby przeprowadzić analizę naprężeń, po dokonaniu obliczeń niezbędne jest wygenerowanie przedziałów czasowych oraz wskazanie części podlegających analizie (rys. 7). Po wskazaniu części konieczne jest określenie powierzchni, na które działają obciążenia.

Po wyeksportowaniu części do MES utworzono symulację umożliwiającą analizę obciążeń w ruchu i z listy wybrano przedział czasowy, dla którego ma zostać przeprowadzona. Program w trybie automatycznym wczytuje mechanizm w położeniu wynikającym z kroku czasowego oraz nadaje obciążenia działające na uwzględnianą w analizie część (rys. 8).

Następnie po przeprowadzeniu kolejnych etapów przygotowania analizy MES i uruchomieniu symulacji otrzymano wyniki. Przeprowadzone analizy potwierdziły poprawność procesu projektowania.

Galeria

Zobacz więcej