KURZUS: Gépszerkezetek számítógépes tervezése
MODUL: Összeszerelés I.
5.3. lecke: Mechanizmus vizsgálat
Cél: A kinematikailag felépített forgattyús mechanizmus kinematikai vizsgálata a Creo szoftver Mechanism alkalmazása segítségével. | |||||||
Követelmények Ön akkor sajátította el a tananyagot, ha | |||||||
| |||||||
Kulcsfogalmak: mechanizmus, kinematikai vizsgálat, analízis, mérés kiértékelés | |||||||
Időszükséglet: 50 perc | |||||||
1. Anyagminőség, modell tulajdonságok | |||||||
Az egyik fontos előkészítés egy mozgó modell esetén a helyes kényszerezés, amit a normál összeszerelésben kell megtenni. A másik célszerű feladat, amit a konkrét alkalmazás indítása előtt ajánlott elvégezni, az az alkatrész fájlok anyagtulajdonságokkal való felruházása. Az anyagminőség számunkra legfontosabb jellemzője a sűrűség. Ugyanis a modellezés során elkészített geometriából következik a test térfogata, amit a sűrűséggel összeszorozva annak tömege adódik ki. A dinamikai analízishez, ahol az erők és a gyorsulások is számítanak, a tömegek nélkülözhetetlen adatok. | |||||||
A creo programban több anyag előre definiált adattáblája található. Az egyik alkalmazásra kerülő anyag a STEEL - általános acél, 7827 [kg/m3]-es sűrűséggel, ez van hozzárendelve a dugattyún kívül az összes alkatrészhez. A dugattyúknál használatos anyag az AlSi12Cu4Ni2Mg ötvözet, ami sűrűsége szempontjából megegyezőnek vehető a Creo-ban található AL2014-es anyagéval, 2793,55 [kg/m3], azaz a mm, N, s mértékegységrendszerben 2,79355*10-9 [tonna/mm3]. | |||||||
Nyissa meg a csapszeg alkatrészt, dugattyu_csapszeg.prt! | |||||||
| |||||||
| |||||||
| |||||||
Az anyagminőség részletes adatlapjába a jobb egérgomb Properties paranccsal tudunk belenézni. Ott többek között a sűrűség, a szilárdságtani és hőtani jellemzők találhatóak. | |||||||
| |||||||
A Model Properties ablakba visszatérve a második sorban a Units, azaz az alkatrészfájlhoz tartozó alap mértékegységek láthatók, és a Change-dzsel lehet itt is változtatni. | |||||||
Előfordulhat az a hiba, hogy egy alkatrészt inch-ben mért méretekkel rajzolunk meg, mert az az alapértelmezett alkatrész sablonunk, és nem változtattunk rajta. Ez általában akkor derül ki, amikor egy másikhoz akarjuk összeszerelni, amit milliméterben készítettünk, de a 25,4-szer kisebb alkatrészt talán meg sem látjuk a másik mellett. Ekkor kell az alapmértékegységeken változtatni. De, mivel úgy dolgoztunk, hogy a milliméter mértékegységet feltételeztük, nem konvertálásról, hanem átvezetésről, interpretálásról (Interpret) van szó, azaz 1" = 1 mm! A feladatokban célszerű a mmNs mértékegységrendszer használata. | |||||||
Nézze meg a videón a mértékegységek beállításának módját! | |||||||
| |||||||
A helyes mértékegységek és az anyagminőség megadása után a Mass Properties sorban a kék alapon fehér i betűre kattintással tájékozódhatunk a modell geometriai, fizikai, mechanikai mértékeiről. Ne felejtsük el menteni az alkatrészfájlunkat! | |||||||
| |||||||
2. Mechanizmus | |||||||
A további munka a forgattyus_mechanizmus.asm összeállítás egy belső alkalmazásában folytatódik, tehát az Applications-ön belül kattintsunk a Mechanism ikonra! Saját kezelő felületet kapunk. Vannak műveletek, amit kizárólag ebben a környezetben tudunk elvégezni, és vannak, amelyek a összeállításból öröklődtek ide, azaz itt is megjelennek. | |||||||
A modullal a cél a szerkezetünk kinematikai és dinamikai vizsgálata (Mechanism Analysis), a mozgás visszajátszása (Playback) és a lefuttatott vizsgálat kiértékelése (Measures). A mozgást egyrészt állandó fordulatszámú forgatás (Servo Motor) mellett nézzük, másrészt a hengerenkénti nyomáslefutásokból származó gázerő adatsorral (Force) teszteljük, terhelőnyomaték (Torque) mellett. | |||||||
| |||||||
3. Mechanizmusfa vs. modellfa | |||||||
A mechanizmus alkalmazáson belül definiálható építőelemek külön rendszerben strukturálódnak, illetve a korábbi elemek is új megnevezéssel jelennek meg ott, a mechanizmusfában (Mechanism Tree). Az itt létrehozható elemek a Gravity, Motors, Springs, Dampers, Bushing Loads, Forces/Torques, Initial Conditions, Termination Conditions, Analysis, Playbacks. | |||||||
| |||||||
A korábban definiált, de itt megjelenők az alkatrészek, összeállítások, és azok mechanizmus kényszerei (Bodies, Connections). Megjegyzendő, hogy vannak kizárólag a mechanizmus környezetben létrehozható kényszerek, amik a következőek: | |||||||
| |||||||
| |||||||
Bodies | |||||||
Nézzük az alkatrészeket, részösszeállításokat! A modellfában megszokotthoz képest a mechanizmusfában az első ág a testeket gyűjti össze (Bodies). Testnek számít egy alkatrész vagy részösszeállítás, ami mechanizmus kényszerrel van kényszerezve. Ez alapján található kilenc Body, a négy-négy dugattyú (Body 1-4) és hajtórúd részösszeállítás (Body 6-9), valamint egy forgattyús tengely (Body 5). A nem mozgó alapot (Ground) képviseli maga a forgattyus_mechanizmus.asm a motorblokk.prt alkatrésszel. A belső ágakban pedig a kapcsolódások is megtalálhatóak. | |||||||
| |||||||
Connections | |||||||
Az egyes kapcsolatokból kiindulva elemezhető a mechanizmus szerkezet, hogy mely testek közt van értelmezve egy-egy kényszer, és melyek a szóba jöhető elmozdulás és forgás irányok. | |||||||
Az alábbi ábrán a mechanizmusfa kapcsolati része látható. Kiemeltük rajta a forgattyús tengelyt kényszerező planar kényszer szettjének (Connection_1) a rögzített síkra merőleges tengelyét, mint forgástengelyt (Connection_1/Rotation Axis). | |||||||
Keresse meg a saját összeállításában az alábbi forgástengelyt, ugyanis ez a későbbiekben is fontos szerepet játszik! | |||||||
| |||||||
Modellfa beállítás | |||||||
A modellfa részletezettsége, az egyes ágak mélységei szabályozhatóak. Alapesetben, összeállítási környezetben a modellfában csupán az alkatrészek, összeállítások láthatóak. Ha többet akarunk látni, akkor a modellfa szűrőjének beállításaiba kell lépnünk, és bejelölni a kívánt elemeket. Például: építőelemek - Features, kényszerek - Placement folder, letiltott elemek - Suppresd objects. | |||||||
| |||||||
4. Kinematikai vizsgálat | |||||||
A szerkezetünk mozgás mechanizmusát vizsgálhatjuk kinematikus módon, amikor jellemzően az üzemi működés közbeni relatív, és abszolút pozíciók, sebességek kimérése a cél. A példánkban a forgattyús tengely szöghelyzetét vizsgáljuk. | |||||||
Servo motor | |||||||
A szerkezet mozgatható a mechanizmus motorok segítségével. A Servo motor pozícióba mozdít (type=Position), vagy sebességet ad (type=Velocity), vagy gyorsulást ír elő mozgás irányra, forgástengelyre (Motion Axis), illetve geometriai elemre. | |||||||
Definiáljon egy 72 [°/s] (fok/szekundum)-ot előíró Servo motor-t a forgattyús tengelyt kényszerező planar kényszer szettjének a rögzített síkra merőleges forgástengelyére (Connection_1/Rotation Axis)! | |||||||
| |||||||
| |||||||
Analízis (Analysis) Kinematic | |||||||
A szerkezet mozgásviselkedését a terheléseket, tényezőket, feltételeket rögzítő vizsgálat elemekkel teszteljük. | |||||||
| |||||||
Az új mechanizmus analízis kérése után állítsunk be egy kinematikai vizsgálatot (a Type ablakba a Kinematic-ot válasszuk): | |||||||
A Preferences fülön három ablakrész található. A Graphical Display-en a vizsgálat alatti mozgásról készülő visszajátszható animáció beállításai találhatóak: | |||||||
| |||||||
A Locked Entities ablakrészben zárolni lehet elemeket, de ez nem ezen tananyag része. Az alsó Initial Configuration a kiinduló helyzetre utal, ami jelen esetben maradjon a Current (aktuális helyzet), ugyanis a forgattyús tengely pozícionálásánál megadtunk regeneráló értéket, ami szerint a modell regenerálva az 5°-os pozícióba ugrik vissza. | |||||||
Aktív a Motors-fül is, oda kerül be a Servo Motor, aminek működését időzíthetjük egy tól-ig (from-to) intervallumba. Amennyiben a motor definiálása már korábban megtörtént, akkor ide automatikusan bekerül az, egyébként a sor beszúró ikonnal tudunk servo motor működtetését felvenni. Továbbá alapértelmezett a teljes időintervallumon való servo motor működtetés FromStart To End. Ha adott időintervallumban szeretnénk csak használni egy motort, akkor egyszerűen számokkal megadható a kezdő és a vég időpont, másodpercekben értve. | |||||||
Az OK gomb elfogadtatja az analízist, ami bekerül a mechanizmusfába. A Run pedig azonnal futtatja azt. | |||||||
A futás alatt láthatjuk a modell mozgását, valamint alul egy feldolgozottság arányt mutató csíkot, ami mellett egy futást megszakító gomb van elhelyezve. A számítógépes erőforrásainknak, és a szoftverhez vásárolt licencnek a függvényében a futási idő hosszabb lesz, mint a vizsgálati Start time és az End time közötti 50 másodpercnyi idő különbség. (A mellékelt videón az 50 másodpercnyi időt 3 perc 50 másodpercig dolgozza fel a rendszer.) | |||||||
| |||||||
| |||||||
A futás után a szoftver memóriájában egy vizsgálati állomány jelenik meg, ami visszajátszásra, és kiértékelésekre használható fel. | |||||||
5. Visszajátszás (Playback) | |||||||
A lefuttatott analízisek a beállított képkocka szám szerint animációt képeznek, ami a Playback paranccsal hívható meg. A vizsgálati állomány kiválasztása után egy szokásosnak mondható videó lejátszó felületet kapunk. | |||||||
| |||||||
6. Kiértékelés, mérések (Measures) | |||||||
A mechanizmus analízis másik fontos célja, hogy mérési eredményeket jelenítsünk meg, és dokumentáljunk. Ennek bevezetését most egy forgattyús tengely szöghelyzetének alakulásával tesszük meg. | |||||||
A mérésekhez a Measures parancsikonnaljuthatunk. Új kiértékelés definiálásához a fehér lap ikonra kell kattintani a felugró ablak közepe táján. | |||||||
Szöghelyzet, teljes szögelfordulás mérése | |||||||
Kiértékelendő a forgattyús tengely forgástengelyének (Connection_1.first_rot_axis) a szögállása (Type: Position), az analízis teljes időintervallumában (Evaluation Method: Each Time Step). Érdemes megfigyelni, a Type ablakrészben a mértékegységet (unit), deg = °, és a modellen megjelenő nyíl irányát, ami a pozitív forgásirányt mutatja. | |||||||
Végezze el a mérés definiálását! | |||||||
| |||||||
| |||||||
| |||||||
Grafikon | |||||||
A mérések megjelenítése grafikonnal történik, az ablakban a kijelölési sorrend a következő: | |||||||
| |||||||
| |||||||
A grafikon az idő (Time [s]) függvényében mutatja a forgattyús tengely forgástengelye teljes elfordulásának szögét fokokban (szog_total [deg]). Ha rákattintunk a grafikonra, a mérési helyen (karikák) kiértékelt eredményeket az ablakban alul mutatja a program. | |||||||
Dugattyú pozíció, löket mérése | |||||||
Vizsgálandó az első dugattyú hengerfej alsó felfekvő felületéhez képesti távolsága. Ez egy újabb kiértékelő mérést jelent, ami az előzőhöz hasonlóan itt is Position típusú, csak ebben az esetben egy a dugattyu.prt-hez tartozó segéd pont helyzetét kell vizsgálni, a forgattyus_mechanizmus.asm hengerfej felfekvő felületét szimbolizáló segéd koordinátarendszeréhez képest. Ügyelni kell, hogy a pozíciónak csak az y irányú komponense a kérdés! | |||||||
Készítse el a dugattyú helyzetét kiértékelő mérést! | |||||||
| |||||||
| |||||||
| |||||||
Szöghelyzet, 0-720° | |||||||
A későbbiekben szükség lesz a forgattyús tengely szöghelyzetét a 0-720°-os tartományban való kifejezésére, ugyanis a négyütemű motor ciklusa két fordulat - azaz 720° -, alatt zajlik le. Ez a mérések közül egy egyedi egyenlet alapján történő kiértékelést jelent. | |||||||
Az egyenlethez szükség lesz a Floor (más néven egészrész) függvényre, aminek a diagramját a képen láthatjuk. Ez egy egyszerű lépcsős függvény, ami egy valós számnak, (egy adott x értéknek) azt a legnagyobb egész számot felelteti meg, ami még nem nagyobb az adott számnál. | |||||||
Az új mérés definiálása, után itt a User Defined típust kell választani, majd begépelni a következőt: szog_total-720*floor(szog_total/720). Tehát a teljes szögelfordulásból kivonjuk a megtett összes kétfordulatokat, azaz marad az utolsó be nem fejezett 720°, a 0-720° közötti szöghelyzet. Ez az érték tetszőleges fordulat után is a forgattyús tengely szögét 0-720°-közti értékként adja meg. | |||||||
A mértékegység itt egyedileg állítható, és mivel ez egy szöghelyzet mérés a °, azaz a deg a megfelelő választás. | |||||||
| |||||||
A teljes szögelfordulás, és a 0-720° közti mérés eredményeit az alábbi ábra mutatja be. A felső diagramon a 0-720° közti szöghelyzet alakulása figyelhető meg, az alsón pedig az összes szögelfordulás. | |||||||
| |||||||
Közös grafikon | |||||||
Több mérési eredmény egyszerre is megjeleníthető. Ilyenkor egyszerűen a középső ablakrészben több mérést kell kijelölni a CTRL billentyű segítségével, majd utána kérni a grafikon kirajzoltatást. Valamint van egy kapcsoló cella (Graph measures separatelys), amit kipipálva a különböző méréseket elkülönítetten, de függőlegesen egymáshoz rendezett módon lehet megjeleníteni. Ha nincsen bejelölve a cella, akkor azonos tengelyekkel egymásra kerülnek a mérések görbéi. | |||||||
| |||||||
Mérési eredményt mérési eredmény függvényében | |||||||
A Measures vs. Time-ot a felsőlegördülő ablakban (Graph Type) a Measures vs. measure-re kell állítani, azaz az idő függvényében való megjelenítést egy tetszőleges mérési eredmény függvényében való kirajzoltatásra. | |||||||
|
Önellenőrző kérdések | ||
Készítsen grafikont, ami az első forgattyús csapon forgó hajtórúd, nagyszem cylinder kényszer szettjének a szögelfordulás mutatja, a forgattyús tengely szögelfordulásának a függvényében! A hajtórúd szöghelyzete a felső holtpontban legyen nulla, ahogyan a forgattyús tengelynél is az! | ||
Az alábbi eredményt kell kapnia: | ||
|