Pro/ENGINEER Wildfire 3.0 für Fortgeschrittene - kurz und bündig: Grundlagen mit Übungen [1 ed.] 3834801844, 978-3-8348-0184-5

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Steffen Clement Konstantin Kittel Sándor Vajna (Hrsg.)

Pro/ENGINEER Wildfire 3.0 für Fortgeschrittene – kurz und bündig

Aus dem Programm Konstruktion Pro/ENGINEER Wildfire 3.0 für Einsteiger – kurz und bündig von S. Clement und K. Kittel UNIGRAPHICS-Praktikum mit NX5 von G. Engelken und W. Wagner AutoCAD Zeichenkurs von H.-G. Harnisch FEM von B. Klein Leichtbau-Konstruktion von B. Klein CATIA V5-Praktikum herausgegeben von P. Köhler Konstruieren, Gestalten, Entwerfen von U. Kurz, H. Hintzen und H. Laufenberg Technisches Zeichnen von S. Labisch und C. Weber CATIA V5 – kurz und bündig von R. Ledderbogen CATIA V5-Grundkurs für Maschinenbauer von R. List Solid Edge - kurz und bündig von M. Schabacker

vieweg

Steffen Clement Konstantin Kittel

Pro/ENGINEER Wildfire 3.0 für Fortgeschrittene – kurz und bündig Grundlagen mit Übungen Herausgegeben von Sándor Vajna

Studium Technik

Bibliografische Information Der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar.

1. Auflage 2008 Alle Rechte vorbehalten © Friedr. Vieweg & Sohn Verlag | GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden, 2008 Lektorat: Thomas Zipsner Der Vieweg Verlag ist ein Unternehmen von Springer Science+Business Media. www.vieweg.de Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Verlags unzulässig und strafbar. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. Technische Redaktion: Klementz publishing services, Gundelfingen Umschlaggestaltung: Ulrike Weigel, www.CorporateDesignGroup.de Druck und buchbinderische Verarbeitung: Wilhelm & Adam, Heußenstamm Gedruckt auf säurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier. Printed in Germany ISBN 978-3-8348-0184-5

V

Vorwort Am Lehrstuhl für Maschinenbauinformatik der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg werden seit 1994 Studenten an den wichtigsten CAD/CAM-Systemen mit dem Ziel ausgebildet, Grundfertigkeiten in der Anwendung der CAD/CAMTechnologie insgesamt zu erwerben. Diese Grundfertigkeiten können die Studenten in Übungen zu weiterführenden Vorlesungen (beispielsweise Produktmodellierung und Wissensbasierte Produktentwicklung) um komplexe Funktionalitäten und Modellierungstechniken vertiefen. Aufbauend auf den Grundlagen der parametrischen und featurebasierten 3DModellierung vermittelt das vorliegende Buch dem Leser weiterführende praxisrelevante Anwendungen des CAD/CAM-Systems Pro/ENGINEER Wildfire 3. Der Fokus liegt dabei auf einer kurzen und verständlichen Darstellung dieser Anwendungen. Das Buch beginnt mit zwei umfangreicheren Beispielen zur Flächenmodellierung, welche die Möglichkeiten dieser Modellierungsart aufzeigen. Die weiteren Kapitel beschäftigen sich mit dem wissensbasierten Konstruieren von Baugruppen und Einzelteilen. Den Abschluss bilden Kapitel über Animation und dynamische Analyse von Baugruppen sowie zur FE-Berechnung mit dem Modul Pro/MECHANICA. Die ausgewählten Beispiele geben dem Leser einen vertiefenden Überblick über die Anwendung von Pro/ENGINEER Wildfire 3 in der Produktentwicklung. Die Beispiele Computermaus, Salz-/Pfefferstreuer, Extruderschnecke und der vereinfachte animierte Motor zeigen die unterschiedlichen Vorgehensweisen und Anwendungsbereiche von Pro/ENGINEER Wildfire 3. Dabei wurde der Detailgrad der Beispiele dem Wissensstand der Anwender angepasst. Das Buch wendet sich an Leser mit Grundlagenwissen in der Anwendung von CAD/CAM-Systemen. Es unterstützt das Selbststudium und regt zur weiteren vertieften Beschäftigung mit Pro/ENGINEER Wildfire 3 an. Durch den Aufbau des Textes in Tabellenform eignet sich das Buch auch als Referenz für die tägliche Arbeit mit Pro/ENGINEER Wildfire 3. Die Autoren danken Herrn cand. inf. Alexander Blankenburg für seine Unterstützung bei der Erstellung des Manuskripts. Sie sind auch dankbar für jede Anregung aus dem Kreis der Leser bezüglich Inhalt und Reihenfolge der Modellierung mit Pro/ENGINEER Wildfire 3. Ein besonderer Dank geht an Herrn Thomas Zipsner sowie allen beteiligten Mitarbeitern des Vieweg Verlags für die engagierte und sachkundige Zusammenarbeit bei der Erstellung des Buches. Magdeburg, im September 2007

Dr.-Ing. Steffen Clement Dipl.-Ing. Konstantin Kittel Univ.-Prof. Dr.-Ing. Sandor Vajna

VII

Inhaltsverzeichnis 1 Allgemeine Einführung ............................................................................ 1.1 Grundlegende Begriffe ..................................................................... 1.2 Menü HILFE und Online-Hilfen ...................................................... 1.3 Protokollierung in der Trail-Datei .................................................... 1.4 Übersichtliche Modellstruktur erstellen ........................................... 1.5 Hinweis .............................................................................................

1 2 3 3 4 4

2 Flächenmodellierung: Extruderschnecke ............................................... 2.1 Neue Datei erzeugen ......................................................................... 2.2 Zusätzliche Folie erzeugen ............................................................... 2.3 Hilfsgeometrien modellieren ............................................................ 2.4 Schneckengeometrie erzeugen .......................................................... 2.4.1 Hilfsgeometrie ausblenden .................................................... 2.4.2 Spirale mit Innenfläche verschmelzen ................................... 2.5 Schneckengeometrie vervollständigen ............................................. 2.6 Verrundungen erzeugen .................................................................... 2.7 Lagerung erzeugen ........................................................................... 2.8 Eckenradius erzeugen .......................................................................

5 5 6 6 8 10 11 12 16 18 20

3 Computermaus .......................................................................................... 3.1 Grundfläche erzeugen ....................................................................... 3.2 Seitenfläche erzeugen ....................................................................... 3.3 Deckfläche erzeugen ......................................................................... 3.4 Daumenaussparung erzeugen ........................................................... 3.5 Volumenmodell erzeugen ................................................................. 3.6 Verrundungen anbringen .................................................................. 3.7 Tasten modellieren ..........................................................................

21 21 22 24 26 28 29 32

4 Zylinderschraube ...................................................................................... 4.1 Schraube modellieren ....................................................................... 4.2 Parameter festlegen ........................................................................... 4.3 Familientabelle erzeugen .................................................................. 4.4 Varianten öffnen ...............................................................................

36 36 39 40 42

5 Salzstreuer ................................................................................................. 5.1 Pfefferstreuer modellieren ................................................................ 5.2 Salzstreuer ableiten ........................................................................... 5.3 Pfefferstreuer modellieren und parametrisieren ............................... 5.4 Salzstreuerboden ableiten ................................................................. 5.5 Unterbaugruppen erzeugen ...............................................................

43 44 47 49 49 50

VIII 5.6 5.7

Inhaltsverzeichnis Hauptbaugruppe erzeugen ................................................................ Beziehungen erstellen .......................................................................

51 52

6 Welle .......................................................................................................... 6.1 Welle erzeugen .................................................................................. 6.2 Parameter festlegen ........................................................................... 6.3 Beziehungen definieren .................................................................... 6.4 Eingabewerte ändern ........................................................................

59 60 62 64 69

7 Bewegungssimulation ............................................................................... 7.1 Einzelteile modellieren ..................................................................... 7.1.1 Motorblock ............................................................................ 7.1.2 Kurbelwelle ........................................................................... 7.1.3 Kolben ................................................................................... 7.1.4 Pleuel ..................................................................................... 7.2 Einzelteile zusammenbauen .............................................................. 7.2.1 Motorblock einbauen ............................................................. 7.2.2 Kurbelwelle einbauen ............................................................ 7.2.3 Kolben einbauen .................................................................... 7.2.4 Pleuel einbauen ..................................................................... 7.3 Antrieb definieren ............................................................................. 7.4 Analysen durchführen ...................................................................... 7.4.1 Bewegungssimulation durchführen ....................................... 7.4.2 Kollisionsprüfung durchführen ............................................. 7.4.3 Kennwerte berechnen ............................................................

70 71 71 72 73 75 76 77 78 79 80 82 84 84 85 87

8 FE-Berechnung mit Pro/MECHANICA ................................................. 93 8.1 Pre-Processing .................................................................................. 94 8.2 Berechnung ....................................................................................... 100 8.3 Post-Processing ................................................................................. 103 Literaturverzeichnis ....................................................................................... 108 Sachwortverzeichnis ....................................................................................... 109

1

1 Allgemeine Einleitung Pro/ENGINEER ist ein CAD/CAM-System, dass in der Produktentwicklung eingesetzt wird. Das vorliegende Buch ist eine Fortsetzung des Buches Pro/ENGINEER Wildfire 3.0 für Einsteiger und beschäftigt sich mit folgenden Themengebieten: x

Entwicklung von 3D-Bauteilen durch komplexe Flächenmodellierung

x

Einblick in das Arbeiten mit Familientabellen und Parametrisierung

x

parametrische Konstruktion in Bauteilen und Baugruppen unter anderem mit Hilfe von Pro/PROGRAM

x

Bewegungsanimation mit Hilfe des Werkzeugs Mechanism Design und

x

Anwendung der FEM-Analyse mit Pro/Mechanica.

Das CAD/CAM-System Pro/ENGINEER bietet verschiedene Möglichkeiten, den Produktenwickler bei der täglichen Arbeit zu unterstützen. Das vorliegende Buch zeigt bei der Anwendung von Pro/ENGINEER die Arbeitsweise in den Phasen Entwerfen, Ausarbeiten und Detaillieren des Konstruktionsprozesses. Durch die Verknüpfung der Bauteilerstellung mit der Parametrik, Bewegungsanalyse und FEM-Analyse besteht die Chance, eine Baugruppe oder ein Bauteil komplett in ein und demselben System zu konzipieren und später zu detaillieren. Dabei werden auch Schleifen und Iterationen zwischen den einzelnen Prozessschritten unterstützt und gefördert. Für eine vollständige Dokumentation der Arbeiten mit der zugehörigen Nachvollziehbarkeit steht dem Anwender meist ein PDM-System (Product Data Management) zur Verfügung. Auf die Anwendung von PDM-Systemen wird in diesem Buch nicht eingegangen. Bei der Erstellung der Bauteile und Baugruppen werden bewährte Elemente von Pro/ENGINEER verwendet: x

die direkte Manipulierbarkeit der Elemente (Feature) inklusive einer Überprüfung auf Konsistenz und Erzeugbarkeit der geänderten Elemente

x

die Möglichkeit des Aufbringens technologischer Informationen an den Elementen (z. B. Bearbeitungsvorgaben, geometrische Toleranzen)

x

die Baumstruktur mit der Möglichkeit, direkt auf erzeugte Elemente zuzugreifen

x

die Möglichkeit des regelbasierenden (wissensbasierenden) Konstruierens durch die Integration von Abhängigkeiten und Beziehungen zwischen einzelnen Parametern, Bauteilen und Baugruppen.

2

1 Allgemeine Einleitung

1.1 Grundlegende Begriffe Begriff

Erläuterung

Doppelklick

zweifache Betätigung einer Maustaste

Eingabezeile

Eingabe der Werte in der Konstruktionswerkzeugleiste

LMB

(Left Mouse Button), Linke Maustaste

MMB

(Middle Mouse Button), Mittlere Maustaste

RMB

(Right Mouse Button), Rechte Maustaste

Button

beschriftetes Feld zum Ein-/Ausschalten von Funktionalitäten

Icon

graphisches Feld zum Ein-/Ausschalten von Funktionalitäten

Selektieren

Auswählen eines Geometrieobjektes mit der Maus

DTM

[Datum Plane] Bezugsebene zur Platzierung der Skizzen

Zur besseren Übersichtlichkeit der im Buch beschriebenen praktischen Beispiele wurden verschiedene Formatvorlagen verwendet. Die folgende Tabelle zeigt und erläutert die im Buch verwendeten Konventionen: Konvention

Erläuterung

Beispiel

(...)

Hinweis oder Erläuterung einer Aktion zum besseren Verständnis

(mehrere Elemente mit STRG+LMB wählen)

Fett

Windows-Fenster mit Nennung der Fensterüberschrift

Referenzen

GROSSBUCH- Symbolleisten, Bereiche der Programm- MENUELEISTE, STABEN oberfläche, Menüpunkte... ARBEITSFENSTER Kursiv

Funktionen, Drop-Down Menüs Iconbezeichnung (Schaltfläche)

Speichern, Extrudieren-Tool

Æ

Aktionen, die vom Programm automatisch ausgeführt werden

Æ Skizzieransicht wird geöffnet

Ÿ

Abfolgen von Aktionen, die nacheinander ausgeführt werden

DATEI Ÿ Öffnen

Tastatureingabe eines Zahlenwertes



Eingabe der Zeichenkette „Name“

1.3 Protokollierung in der Trail-Datei

3

1.2 Menü HILFE und Online-Hilfen Die wichtigsten Befehle im Menü HILFE: Hilfe Center

Öffnen der Pro/ENGINEER-Hilfe

Was ist das?

kontextbezogene Hilfe

Menü Mapper

bietet die Möglichkeit, Inhalte von Befehlen zu Vorgängerversionen von Pro/ENGINEER darzustellen bspw.

Wird der Cursor über ein Icon bewegt, so erscheint eine einzeilige Kurzinformation zum jeweiligen Befehl in schwarzer Schrift auf gelben Grund. Um eine ausführliche Information zu den entsprechenden Menüpunkten zu erhalten, bietet die Online-Hilfe gute Möglichkeiten, Probleme selbständig zu lösen. Zum Vermeiden von Wartezeiten bei einer späteren Nutzung der Online-Hilfe, sollte man den Browser offen lassen.

1.3 Protokollierung in der Trail-Datei Die Trail-Datei, die von Pro/ENGINEER automatisch erzeugt wird, enthält die Dokumentation aller durchgeführten Arbeitsschritte. Diese Datei kann nach eventuellen Systemausfällen zur Modellierung herangezogen werden. Es ist jedoch darauf zu achten, dass veraltete Trail-Dateien gelöscht werden. Durch das Löschen dieser Daten wird Speicherplatz freigegeben. Daher bietet es sich außerdem an, die Trail-Dateien in einem separaten Verzeichnis zu speichern. x

Anlegen eines Ordners, z. B. trail.

Öffnen der Konfigurationsdatei: MENUELEISTE Ÿ TOOLS Ÿ Optionen Æ Konfigurationsdatei wird geöffnet Falls die Option „trail_dir“ bereits vorhanden ist: x

im Eingabefeld „Wert“ den Pfad zum gewünschten Ordner angeben

Falls die Option „trail_dir“ noch nicht vorhanden ist: x

im Eingabefeld „Option“ eingeben Ÿim Eingabefeld „Wert“ den Pfad zum gewünschten Ordner angeben ŸLMB Button Hinzuf/Löschen

4

1 Allgemeine Einleitung

1.4 Übersichtliche Modellstruktur erstellen Im Modellbaum können zur Erhöhung der Übersichtlichkeit des Aufbaus des CAD-Modells die einzelnen Konstruktionselemente individuell gruppiert und benannt werden. Es ist beispielsweise hilfreich die jeweiligen Konstruktionselemente nach Ihrer Funktion zu benennen und zu gruppieren. Umbenennen

übersichtlichere Modellstruktur erstellen mit RMB KE selektieren Ÿ Umbenennen Ÿ Name ändern, z. B. Ÿ ENTER

Gruppieren

übersichtlichere Modellstruktur erstellen mit STRG+LMB KEs selektieren Ÿ RMB Ÿ Gruppe Name eingeben, z.B. Ÿ ENTER

1.5 Hinweis Pro/ENGINEER Wildfire 3.0 bietet vielfältige Möglichkeiten zur individuellen Anpassung des CAD-Systems. Darunter fällt auch das Erscheinungsbild der Programmoberfläche. Hierbei können die Symbolleisten frei auf der Programmoberfläche verteilt werden. Weiterhin ist es möglich, häufig benötigte Funktionen den Symbolleisten hinzuzufügen. Dadurch kann es passieren, dass sich die individualisierte Programmoberfläche von der in diesem Buch zugrunde liegenden Programmoberfläche unterscheidet und somit Unterschiede in Position und Vorhandensein von Icons und Symbolleisten möglich sind. Die in diesem Buch gezeigten Bilder beziehen sich auf die standardmäßig vorgegebene Programmoberfläche. Sollten bestimmte Icons nicht in den im Buch angegebenen Symbolleisten zu finden sein, können sämtliche Funktionen zum Erstellen und Editieren von KEs über die Menüpunkte EDITIEREN und EINFÜGEN aufgerufen werden.

5

2 Flächenmodellierung: Extruderschnecke

Die Modellierung der Extruderschnecke zeigt das Arbeiten mit Folien, Flächen, Flächenverschmelzungen und Verrundungen bis zum Volumenmodell. Dabei wird ein übersichtliches und klar strukturiertes Modell aufgebaut, mit der Möglichkeit nachträglich verschiedene Elemente zu manipulieren. Vorgehensweise x neue Datei erzeugen x

zusätzliche Folie erzeugen

x

Hilfsgeometrien modellieren

x

Schneckengeometrie erzeugen

x

Schneckengeometrie vervollständigen

x

Verrundungen erzeugen

x

Lagerung erzeugen

x

Eckenradius erzeugen.

2.1 Neue Datei erzeugen MENUELEISTE

Neue Datei erzeugen

Dateiname: Der Dateiname darf keine Sonderzeichen oder Umlaute enthalten und nicht länger als 31 Zeichen sein.

6

2 Flächenmodellierung: Extruderschnecke

2.2 Zusätzliche Folie erzeugen Zunächst wird eine Folie angelegt, die später zum vereinfachten Ein- und Ausblenden der Hilfsflächen verwendet wird. SYSTEMLEISTE

Zusätzliche Folie erzeugen

mit LMB Icon Folien wählen Æ im NAVIGATIONSBEREICH wird eine Übersicht der vorhandenen Folien dargestellt NAVIGATIONSBEREICH

Zusätzliche Folie erzeugen

RMB Ÿ Neue Folie Æ Fenster Folieneigenschaften öffnet sich Name: Ÿ mit LMB auf Button OK Fenster Folieneigenschaften schließen SYSTEMLEISTE

Zusätzliche Folie erzeugen

mit LMB Icon Folien wählen Æ im NAVIGATIONSBEREICH wird wieder der Modellbaum dargestellt

2.3 Hilfsgeometrien modellieren Zunächst wird die Hilfsgeometrie zur Erzeugung der Schneckengeometrie erzeugt. Sollte es vorkommen, dass die Skizzenansicht gedreht wird, kann mit dem Skizzenebene Parallel zum Bildschirm orientieren die Draufsicht auf die Icon Skizze wieder hergestellt werden. Äußere Hilfsfläche

Hilfsgeometrien modellieren

Mit Hilfe des Drehen-Tools (KE als Fläche aktivieren) verwenden, um die äußere Hilfsfläche zu erzeugen (siehe Skizze). Als Skizzierebene die Ebene FRONT verwenden. Die Option KE als Fläche muss vor dem Zeichnen der Skizze aktiviert werden. Standardmäßig würde Pro/ENGINEER ein Volumen erzeugen, was beim Beenden des Skizziermodus eine Fehlermeldung bringen würde, da der gezeichnete Querschnitt nicht geschlossen ist.

2.3 Hilfsgeometrien modellieren

7

140 93° ‡70

Bei den angegebenen 70mm handelt es sich um ein Durchmessermaß. Innere Hilfsfläche

Hilfsgeometrien modellieren

Mit Hilfe des Drehen-Tools (KE als Fläche aktivieren) die innere Hilfsfläche erzeugen (siehe Skizze). Als Skizzierebene die Ebene FRONT verwenden.

8

2 Flächenmodellierung: Extruderschnecke

2.4 Schneckengeometrie erzeugen Im nächsten Schritt wird eine spezielle Funktion zur Erzeugung spiralförmiger Konstruktionselemente verwendet, um die Schneckengeometrie zu erzeugen. MENUELEISTE

Schneckengeometrie erzeugen EINFÜGEN Ÿ SPIRALFÖRMIGES ZUG-KE Ÿ Fläche Æ Fenster Fläche: Spiralförmiges Zug-KE erscheint Æ Fenster MenüManager erscheint

Fenster Menü-Manager

Schneckengeometrie erzeugen

Variabel Ÿ Durch Achse Ÿ Linksseitig Ÿ Fertig Ÿ Neu einstellen Ÿ Ebene ARBEITSFENSTER

Schneckengeometrie erzeugen

Mit LMB Ebene FRONT selektieren. Fenster Menü-Manager

Schneckengeometrie erzeugen

OK Ÿ Standard Æ Skizzieransicht wird im ARBEITSFENSTER geöffnet Æ SKIZZIERWERKZEUGLEISTE erscheint SKIZZIERWERKZEUGLEISTE

Schneckengeometrie erzeugen

Rotationsachse im Koordinatenursprung erzeugen. Werkzeug 2-Punkt Linie erverwenden, um Kontur (siehe Skizze) zu erzeugen. Der erzeugte zeugen Punkt wird zur Definition der Steigung der Spirale benötigt (Funktion Element am Auswahlpunkt aufteilen zen

verwenden). Mit Icon Aktuellen Schnitt fortset-

Skizzieransicht schließen. 15.00

35.00

Zugprofil in zwei Linien unterteilen Zugprofil an der Kontur des äußeren Kegels ausrichten

10.00

2.4 Schneckengeometrie erzeugen MITTEILUNGSFENSTER

9 Schneckengeometrie erzeugen

Steigungswert am Leitkurvenstart: Ÿ ENTER Æ Steigungswert am Leitkurvenende: Ÿ ENTER Æ Fenster Pitch_Graph erscheint Fenster Menü-Manager

Schneckengeometrie erzeugen

Definieren Ÿ Pkt hinzuf Æ voriger Skizze erscheint im ARBEITSFENSTER ARBEITSFENSTER

Schneckengeometrie erzeugen Mit LMB zusätzlichen Punkt in Skizze selektieren (siehe Skizze).

MITTEILUNGSFENSTER

Schneckengeometrie erzeugen Steigungswert: Ÿ ENTER Der Graph im Fenster Pitch_Graph sollte wie im Bild links aussehen.

Fenster Menü-Manager

Schneckengeometrie erzeugen

Fertig/Zurück Ÿ Fertig Æ Skizzieransicht wird geöffnet Æ SKIZZIERWERKZEUGLEISTE erscheint SKIZZIERWERKZEUGLEISTE

Schneckengeometrie erzeugen

Werkzeug 2-Punkt Linie erzeugen verwenden, um Kontur entsprechend Skizze zu erzeugen (Skizze symmetrisch ausrichten):

10

2 Flächenmodellierung: Extruderschnecke

Die äußere Kante (die kleinere) des skizzierten Trapezes ist nicht senkrecht, sondern ist an der äußeren Hilfsfläche ausgerichtet und ist somit leicht geneigt. SKIZZIERWERKZEUGLEISTE Mit Icon Aktuellen Schnitt fortsetzen Fenster Fläche: Spiralförmiges Zug-KE

Schneckengeometrie erzeugen Skizzieransicht schließen. Schneckengeometrie erzeugen

Attribute Ÿ Definieren Æ Menü-Manager erscheint Fenster Menü-Manager

Schneckengeometrie erzeugen

Geschlossene Enden Ÿ Fertig Fenster Fläche: Spiralförmiges Zug-KE

Schneckengeometrie erzeugen

Mit Button OK Fenster Fläche: Spiralförmiges Zug-KE schließen.

2.4.1 Hilfsgeometrie ausblenden Hilfsgeometrie ausblenden Mit LMB Icon Folien Übersicht der vorhandenen Folien öffnen. Folieneigenschaften der Folie SKELETT_FLAECHEN öffnen. Äußere Hilfsfläche der Folie zuweisen. Folie SKELETT_FLAECHEN ausblenden. Mit LMB Icon Folien

Übersicht der vorhandenen Folien schließen.

2.4 Schneckengeometrie erzeugen

11

2.4.2 Spirale mit Innenfläche verschmelzen Spirale mit Innenflächeverschmelzen Innere Hilfsfläche und Spirale selektieren und mit Hilfe des Verschmelzen-Tools verschmelzen. Sollten beim Verschmelzen die falschen Flächen entfernt werden, können die beizubehaltenden Flächen mit den Umschalt-Icons

Ÿ

verändert werden.

12

2 Flächenmodellierung: Extruderschnecke

Das Verschmelzen-Tool wird verwendet, um zwei Sammelflächen durch Schneiden oder Vereinen zu verbinden. Die entstehende Sammelfläche ist eine separate Sammelfläche, die aus den beiden ursprünglichen Sammelflächen besteht. Wenn das Verschmelzungs-KE gelöscht wird, bleiben die ursprünglichen Sammelflächen bestehen. Das Verschmelzen dient zum Schneiden, Hinzufügen von Flächen und zur Vorbereitung der Umwandlung eines Flächenmodells in ein Volumenmodell.

2.5 Schneckengeometrie vervollständigen Hilfsfläche 1

Einlauf Schneckengeometrie

Mit Hilfe des Extrudieren-Tools eine Hilfsfläche (KE als Fläche ren) erzeugen, die anschließend zum Verschmelzen verwendet wird.

aktivie-

Als Skizzierebene die Ebene FRONT verwenden. Falls der Einlauf der Schneckengeometrie nicht in der Bezugsebene FRONT endet (siehe Bild), die Ebene selektieren, in der der Einlauf liegt oder eine neue Bezugsebene im Einlauf erzeugen.

In der Skizzieransicht folgende Skizze (eine einzelne Linie, die auf der Außenkante der inneren Hilfsfläche liegt und 2mm Abstand zur Außenkante hat) erzeugen.

2.5 Schneckengeometrie vervollständigen

13

Linie um 40mm extrudieren.

Verschmelzen 1

Einlauf Schneckengeometrie

Mit Hilfe des Verschmelzen-Tools die eben erzeugte Hilfsfläche mit der letzten Verschmelzung (Spirale und innere Hilfsfläche) verschmelzen.

Hilfsfläche 2

Einlauf Schneckengeometrie

Um die Außenkontur als Referenz verwenden zu können, ist es notwendig, die Folie SKELETT_FLAECHEN temporär wieder einzublenden. eine Hilfsfläche (KE als Fläche Mit Hilfe des Rotieren-Tools erzeugen, die anschließend zum Verschmelzen verwendet wird.

aktivieren)

14

2 Flächenmodellierung: Extruderschnecke

Als Skizzierebene die Ebene TOP verwenden.

Verschmelzen 2

Einlauf Schneckengeometrie

Mit Hilfe des Verschmelzen-Tools die eben erzeugte Hilfsfläche mit der letzten Verschmelzung (aus Verschmelzen 1) verschmelzen.

Hilfsfläche 3 Mit Hilfe des Werkzeugs Rotieren-Tools aktivieren) erstellen (siehe Skizze).

Verschmelzen 3

Auslauf Schneckengeometrie eine Hilfsfläche (KE als Fläche

Auslauf Schneckengeometrie

Mit Hilfe des Verschmelzen-Tools die eben erzeugte Hilfsfläche mit der letzten Verschmelzung (aus Verschmelzen 2) verschmelzen.

2.5 Schneckengeometrie vervollständigen

Hilfsfläche 4 Mit Hilfe des Werkzeugs Rotieren-Tools aktivieren) erstellen (siehe Skizze).

15

Auslauf Schneckengeometrie eine Hilfsfläche (KE als Fläche

Die gezeichnete Kontur muss außen auf der äußeren Hilfsfläche ausgerichtet sein.

Verschmelzen 4

Auslauf Schneckengeometrie

Mit Hilfe des Verschmelzen-Tools die eben erzeugte Hilfsfläche mit der letzten Verschmelzung (aus Verschmelzen 3) verschmelzen.

16

2 Flächenmodellierung: Extruderschnecke

2.6 Verrundungen erzeugen Die Verrundungen der Extruderschnecke werden mit einem einzigen VerrundungsKE erzeugt, welches sich aus mehreren Sätzen zusammensetzt. Satz 1 Mit Hilfe des Rundungs-Tool

Verrundungen erzeugen fünf Rundungssätze definieren:

Satz 1: die Kanten am Einlauf (Radius=2)

Satz 2

Verrundungen erzeugen

Satz 2: die beiden Übergänge Spirale-Schaft (Radius=6)

Satz 3 Satz 3: Oberseite des Schneckenprofils (Radius=30)

Verrundungen erzeugen

2.6 Verrundungen erzeugen Satz 4

17 Verrundungen erzeugen

Satz 4: Übergang Aufnahme-Schaft (Radius = 8)

Satz 5

Verrundungen erzeugen

Satz 5: Unterseite des Schneckenprofils (Radius = 5)

Im Übergangsmodus kann bei Bedarf Einfluss auf die Beschaffenheit der einzelnen Rundungsübergänge genommen werden.

18

2 Flächenmodellierung: Extruderschnecke

2.7 Lagerung erzeugen Um die Lagerung der Extruderschnecke zu erzeugen, wird die Verbundfläche zunächst in einen Volumenkörper umgewandelt. Danach können eine Bohrung und eine Extrusion angebracht werden. Volumenkörper

Lagerung erzeugen

Das Flächenmodell der Extruderschnecke (letzte Verschmelzung) selektieren und mit dem Verbundvolumen-Tool

in ein Volumenmodell umwandeln.

Profilaufnahme Mit Hilfe des Extrudieren-Tools Skizze) erstellen.

Lagerung erzeugen die Aufnahme der Extruderschnecke (siehe

Den gezeichneten Schnitt um 20mm extrudieren, dabei die Option Material entfernen

nicht vergessen.

Ÿ

2.7 Lagerung erzeugen

19

Zentrieraufnahme

Lagerung erzeugen

Mit Hilfe des Werkzeugs Rotieren-Tool (Option Material entfernen

die Aufnahme als Materialschnitt

) erstellen (siehe Skizze).

Die entstehenden Innenecken mit R2 verrunden (siehe Skizze).

20

2 Flächenmodellierung: Extruderschnecke

2.8 Eckenradius erzeugen Eckenradius erzeugen Mit Hilfe des Rundungs-Tools gen.

Datei speichern DATEI ŸSpeichern

Eckenradien mit R0,2 (siehe Skizze) erzeu-

Eckenradius erzeugen

21

3 Computermaus

Dieses Übungsbeispiel soll die generelle Vorgehensweise beim Erstellen von Flächenmodellen demonstrieren. Flächenmodelle werden dann benutzt, wenn komplexe Geometrien erzeugt werden sollen. Weiterhin wird in diesem Kapitel die Erzeugung variabler Verrundungen demonstriert. Vorgehensweise: x

Grundfläche erzeugen

x

Seitenfläche erzeugen

x

Deckfläche erzeugen

x

Daumenaussparung erzeugen

x

Volumenmodell erzeugen

x

Verrundungen anbringen

x

Tasten modellieren.

3.1 Grundfläche erzeugen Neue Datei erzeugen Dateiname:

Grundfläche erzeugen

22

3 Computermaus

Fläche skizzieren

Grundfläche erzeugen

Erstellen einer Rechteckskizze (Maße siehe Skizze) in der Ebene FRONT. Mit Hilfe des Füllen-Tools

die eben erzeugte Skizze füllen.

3.2 Seitenfläche erzeugen Im zweiten Schritt wird die Seitenfläche der Computermaus erzeugt. Dazu wird zunächst eine Leitkurve skizziert, auf deren Basis anschließend ein Zugkörper erzeugt wird.

3.2 Seitenfläche erzeugen Leitkurve erstellen

23 Seitenfläche erzeugen

Als Skizzierebene wird dieselbe Ebene (FRONT) wie für die zuvor erzeugte Rechteckfläche verwendet. Im Hintergrund der unten stehenden Skizze ist noch einmal die zuvor erzeugte Rechteckfläche zu sehen. Die Skizze kann am einfachsten aus einzelnen Kreisbögen aufgebaut werden. Durch Verwendung der Funktion Spiegeln (im Skizziermodus) kann der Aufwand zur Erstellung der Skizze reduziert werden).

24

3 Computermaus

Zugkörper erstellen

Seitenfläche erzeugen

Das Werkzeug ZUG-KE mit variablem Schnitt che zu erstellen.

verwenden, um die Seitenflä-

x

als Leitkurve wird die zuvor erzeugte Skizze verwendet

x

die zu ziehende Kontur besteht lediglich aus der im Bild dargestellten Linie

3.3 Deckfläche erzeugen Die Deckfläche der Maus wird durch eine einfache Rotationsfläche erzeugt. Rotationsfläche Mit Hilfe des Drehen-Tools

Deckfläche erzeugen die Deckfläche erzeugen.

x

die Option KE als Fläche

x

als Skizzierebene die Ebene quer zur Maus (TOP) verwenden

aktivieren

3.3 Deckfläche erzeugen

25

Die Bemaßung „100“ gibt den Abstand des Kreisbogenmittelpunktes zur Grundlinie an.

Die Fläche um 90° symmetrisch zu beiden Seiten der Ebene TOP rotieren.

3.3 Deckfläche erzeugen

26

3 Computermaus

3.4 Daumenaussparung erzeugen Die Aussparung für den Daumen wird ebenfalls über eine Rotationsfläche erzeugt. Bevor diese erzeugt werden kann, ist zunächst eine Bezugsachse zu definieren, welche anschließend als Rotationsachse dient. Bezugsachse

Daumenaussparung erzeugen

Eine Bezugsachse, wie im Bild zu sehen, erzeugen. Zuerst eine um 100mm zur Ebene RIGHT versetzte Bezugsebene (DTM1) erzeugen. Anschließend DTM1 und FRONT als Referenzen für die Erzeugung der Achse verwenden. Die Achse ist 100 mm zur Ebene RIGHT versetzt.

3.4 Daumenaussparung erzeugen

27

Rotationsfläche Das Werkzeug Drehen-Tool rung erzeugen.

Daumenaussparung erzeugen verwenden, um die Fläche der Daumenausspa-

x

die Option KE als Fläche

x

als Skizzierebene die Ebene FRONT verwenden

x

als Rotationsachse die zuvor erzeugte Bezugsachse verwenden

x

Winkel: 90° (symmetrisch)

aktivieren

Nach der Erzeugung der einzelnen Flächen sieht das Modell folgendermaßen aus:

28

3 Computermaus

3.5 Volumenmodell erzeugen Im nächsten Schritt werden die einzelnen Flächen schrittweise miteinander verschmolzen und so zu einem geschlossenen Flächenmodell vereint. Dieses Flächenmodell wird dann im letzten Schritt in ein Volumenmodell umgewandelt. Flächen verschmelzen

Volumenmodell erzeugen

Die einzelnen Flächen werden Schritt für Schritt miteinander verschmolzen. Dabei werden jeweils zwei Flächen miteinander verschmolzen. Das Werkzeug Verschmelzen-Tool verschmelzen.

verwenden, um die einzelnen Flächen zu

Das Verschmelzen-Tool verwendet zwei verschiedene Methoden, um Flächen zu vereinen. Diese können über den Button Optionen gewählt werden. 1.

Vereinen wird verwendet, wenn die Kanten einer der Flächen auf der anderen Fläche liegen.

2.

Schneiden wird verwendet, wenn die Flächen sich durchdringen und die erzeugte Fläche aus den getrimmten Teilen der Ursprungsfläche gebildet wird.

Empfohlene Reihenfolge: x

Grundfläche & Seitenfläche (Option „Vereinen“)

x

Vorhergehende Verschmelzung & Deckfläche (Option „Schneiden“)

x

Vorhergehende Verschmelzung & Fläche für Daumenaussparung (Option „Schneiden“)

3.6 Verrundungen anbringen

29

Verbundvolumen erzeugen Das Werkzeug Verbundvolumen Volumenmodell umzuwandeln.

Volumenmodell erzeugen verwenden, um das Flächenmodell in ein

Um das Werkzeug Verbundvolumen anwenden zu können, muss zunächst die umzuwandelnde Fläche (letzte Verschmelzung) selektiert werden.

3.6 Verrundungen anbringen Zuerst werden die Radien zwischen Grundfläche und Seitenfläche (R3) angebracht, anschließend die Radien zwischen Daumenaussparung und Seitenfläche (R5). Einfache Verrundungen Mit Hilfe des Werkzeugs Rundungstool den einzelnen Flächen verrundet.

Verrundungen anbringen werden die Übergänge zwischen

Verrundung Radien zwischen Grundfläche und Seitenfläche:

Verrundung zwischen Daumenaussparung und Seitenfläche

Beim erstellten Mausmodell ist der Abstand zwischen Daumenaussparung und Deckfläche relativ gering. Aus diesem Grund würde das Erzeugen einer Rundung mit dem Radius R10 zwischen Deckfläche und Daumenaussparung zu einem Fehler führen. Daher wird hier eine variable Verrundung verwendet, die im kritischen Bereich entsprechend kleiner ist.

30

3 Computermaus

Referenzkante

Verrundung anbringen

Das Werkzeug Rundungstool auswählen Ÿ die Kante zwischen Deckfläche und Seitenfläche selektieren Ÿ Radius:

Wie bereits in der Vorschau zu sehen, gibt es Probleme im Bereich der Daumenaussparung. In diesem Bereich soll der Radius entsprechend kleiner modelliert werden. Erster Radienanker

Verrundung anbringen

Um die Radiuswert in bestimmten Bereichen variieren zu können, müssen zunächst zusätzliche Radienanker definiert werden. Vorhandenen Radiusanker (weißer Punkt) selektieren Ÿ RMB Ÿ Radius hinzufügen Æ Radiusanker wird hinzugefügt

Æ Jeder Radiusanker ist nun durch zwei Kennwerte definiert: x

Radiuswert (oberer Wert)

x

Position (0-1) innerhalb eines Segmentes (unterer Wert).

Die Referenz (Kante zwischen Deckfläche und Seitenfläche) ist automatisch in mehrere Segmente unterteilt. Die vorhandenen Radiusanker können mit LMB entlang der gewählten Referenz (Kante) verschoben und in einem der Segmente platziert werden. Die genaue Position innerhalb eines Segmentes (0 = Anfang, 1 = Ende) wird über den unteren Wert festgelegt. Der Radiuswert über den oberen Wert.

3.6 Verrundungen anbringen Weitere Radienanker

31 Verrundung anbringen

Auf die oben beschriebene Weise insgesamt fünf Radienanker erzeugen. Die Radienanker wie im Bild unten zu sehen, platzieren. Kennwerte entsprechend Bild unten anpassen.

Falls die Aufteilung der Referenzkante vom obigen Bild abweicht, sollten die Radienanker an etwa derselben Stelle positioniert werden. Radius erzeugen

Verrundung anbringen

In der Vorschau das Ergebnis prüfen, gegebenenfalls die Kennwerte anpassen und den Radius erzeugen.

32

3 Computermaus

3.7 Tasten modellieren In den nächsten Schritten sind die Tasten der Computermaus zu modellieren. Für die Aussparungen zwischen den Tasten wird ein Zug-KE erzeugt. Die dazu benötigten Leitkurven werden durch Projektion einer Skizze auf die Deckfläche der Maus bereitgestellt. Bezugsebene erzeugen

Tasten modellieren

Um die Ausgangskizze modellieren zu können, wird zunächst eine Bezugsebene mit 100mm Versatz zur Ebene TOP erzeugt.

Basisskizze erzeugen

Tasten modellieren

In der eben erzeugten Ebene eine neue Skizze erzeugen. Das Werkzeug Element verwenden. Mit diesem Werkzeug die durch Versatz einer Kante erzeugen drei in der nachstehenden Skizze gekennzeichneten Kanten 3mm nach innen versetzen.

3.7 Tasten modellieren

Basisskizze erzeugen Skizze, wie im %ild zu sehen, vervollständigen.

33

Tasten modellieren

34

3 Computermaus

Skizze projizieren

Tasten modellieren

Die eben erstellte Skizze wird im nächsten Schritt auf die Deckfläche der Computermaus projiziert. Skizze selektieren Ÿ das Werkzeug Projizieren-Tool wählen Ÿ Deckfläche der Computermaus wählen.

Aussparungen erzeugen

Tasten modellieren

Nach der Projektion der Skizze werden die Aussparungen durch ein Zug-KE erzeugt. Dazu wird zunächst auf Basis der äußeren Leitkurve ein Zug-KE erzeugt und anschließend zwei weitere Zug-KEs auf Basis der beiden kurzen Leitkurven. Insgesamt sind somit 3 Zug-KEs zu erzeugen. Dabei wird jeweils wie folgt vorgegangen: x

das Werkzeug Zug-KE mit variablem Schnitt

x

die Option Material entfernen

aktivieren.

verwenden

3.7 Tasten modellieren

35

Leitkurve selektieren: 1. Zug-KE Æ äußere Umrandung 2. Zug-KE Æ eine der kurzen Leitkurven 3. Zug-KE Æ die zweite kurze Leitkurve Querschnitt direkt im Ursprung skizzieren (Kreis mit Durchmesser 1mm).

Nachdem alle drei Zug-KEs erzeugt wurden, sieht das (eingefärbte) Modell der Computermaus folgendermaßen aus:

36

4 Zylinderschraube

Am Beispiel einer Zylinderschraube wird die Vorgehensweise zur Erstellung von Familientabellen gezeigt. Familientabellen erlauben es, Varianten eines Bauteils übersichtlich in einer Tabelle anzulegen und zu verwalten. Dabei wird direkt auf die Parameter des entsprechenden Bauteils zugegriffen. Familientabellen eignen sich insbesondere zum Erzeugen von Variantenkonstruktionen. Dieses Beispiel ist in Anlehnung an die Innensechskantschraube nach DIN EN ISO 1462 und die Schlitzschraube nach DIN EN ISO 1207 entstanden. Vorgehensweise: x

Schraube modellieren

x

Parameter festlegen

x

Familientabelle erzeugen

x

Varianten öffnen.

4.1 Schraube modellieren Neue Datei erzeugen Dateiname:

Schraube modellieren

4.1 Schraube modellieren

37

Grundkörper erzeugen Mit Hilfe des Werkzeugs Drehen-Tool Skizze).

Die beiden Fasen mit dem Fasen-Tool x

Schraube modellieren den Grundkörper erzeugen (siehe

erzeugen.

Fasenwert:

Innensechskant erzeugen

Schraube modellieren

Mit Hilfe des Werkzeuges Extrudieren-Tool den Innensechskant erzeugen. Das Sechskantprofil wird im Skizzenmodus mit der Funktion Fremddaten-auseingefügt (Hinweise im MITTEILUNGSFENSTER beachten). Palette-Tool Das Sechskantprofil wird dazu mit Doppelklick auf der Reiterkarte „Polygone“ ausgewählt und anschließend mit LMB im Skizzierfenster platziert. Die Bemaßung kann anschließend entsprechend der Skizze angepasst werden. Zur Übung kann das Sechskantprofil auch auf herkömmlichen Weg erzeugt werden. Dazu empfiehlt sich folgende Vorgehensweise: x

Umkreis als Konstruktionskreis erstellen (RMB Ÿ Konstruktion)

x

Linien jeweils mit Anfangs- und Endpunkt auf dem Umkreis platzieren

x

die 6 Linien durch Platzierungsbedingungen (z. B. gleiche Länge, siehe Skizze) ausrichten

38

4 Zylinderschraube

Das Sechskantprofil um 1.5mm extrudieren, dabei die Option Material entfernen nicht vergessen. Der Fremddatenpalette können bei Bedarf auch neu erstellte Profile hinzugefügt werden. Einstich erzeugen

Schraube modellieren

Mit Hilfe des Werkzeuges Extrudieren-Tool den Einstich erzeugen. Dabei ist die Assoziativität zur Ursprungsgeometrie zu beachten (Tangentialität). Durch die Platzierungsbedingung „Tangential“ ist gewährleistet, dass die Länge des Einstichs bei Änderung des Kopfdurchmessers automatisch angepasst wird.

Den Einstich um 1.5mm extrudieren, dabei die Option Material entfernen nicht vergessen.

4.2 Parameter festlegen

39

4.2 Parameter festlegen Um die Bemaßungen als Parameter verwenden zu können ist es sinnvoll, aussagekräftige Namen zu vergeben. Die allgemeine Vorgehensweise dazu ist im folgenden Abschnitt beschrieben: Bemaßungen einblenden

Parameter festlegen

Das entsprechende KE im Modellbaum selektieren Ÿ RMB Ÿ Editieren Bemaßungstext ändern

Parameter festlegen

Im Arbeitsfenster die entsprechende Bemaßung selektieren Ÿ RMB Ÿ Eigenschaften… Æ Fenster Bemaßungstext erscheint Bemaßung umbenennen

Parameter festlegen

Im Reiterkarte „Bemaßungstext“ das Feld „Name“ anpassen So werden alle Bemaßungen den Abbildungen entsprechend umbenannt. Die Namen für die Tiefe von Innensechskant und Einstich lauten „t1“ und „t2“.

Es ist sinnvoll, die beiden KEs (Innensechskant und Einstich) im Modellbaum entsprechend zu benennen.

40

4 Zylinderschraube

4.3 Familientabelle erzeugen Zur Erzeugung von Varianten mit Hilfe einer Familientabelle bietet Pro/ENGINEER ein entsprechendes Tool. Dabei stellen die Spalten der Tabelle die gewählten Parameter dar, während die Zeilen die einzelnen Varianten der Teilefamilie repräsentieren. Zum Anlegen einer Familientabelle wird folgendermaßen vorgegangen: Familientabelle anlegen

Familientabelle erzeugen

MENUELEISTE Ÿ TOOLS Ÿ Familientabelle… Æ Fenster Familientabelle erscheint

Spalten anlegen

Familientabelle erzeugen Icon Tabellenspalten hinzufügen/löwählen Æ Fenster Familischen enelemente erscheint Ÿ die zu variierenden Parameter entsprechend der Tabelle hinzufügen Zum Hinzufügen der Bemaßungen wie folgt vorgehen: Das KE, welches die Bemaßung enthält, im Modellbaum selektieren Æ Bemaßungen des KE werden im ARBEITSFENSTER angezeigt Ÿ mit LMB die gewünschten Bemaßungen selektieren Æ die Bemaßung wird in die Tabelle aufgenommen

4.3 Familientabelle erzeugen

41

Die letzten beiden Familienelemente sind von der Kategorie KE (KEs innerhalb einer Familientabelle können entweder erzeugt oder unterdrückt werden). Um KEs der Familientabelle hinzuzufügen, wie folgt vorgehen: Im Fenster Familienelemente im Bereich „Elem hinzuf“ die Option “KE“ wählen. Im Modellbaum die gewünschten KE (Sechskant und Einstich) selektieren. Zeilen hinzufügen

Familientabelle erzeugen

Mit dem Button neue Variante einfügen werden nun Varianten entsprechend der dargestellten Familientabelle erzeugt. Die erste Zeile der Tabelle beinhaltet die generische Grundvariante.

INST NAME

LAENGE

KOPFNENNDURCH- DURCHMESSER MESSER

KOPFHOEHE

SW

n

t2

t1

INNENSECHS- Einstich KANT

!GENERIC

20

3

5,5

3

3

1

0,85

1,5

Y

Y

ISO1462 M4X20

20

4

7

4

3

*

*

3

Y

N

ISO1462 M6X30

30

6

10

6

5

*

*

4

Y

N

ISO1462 M6X40

40

6

10

6

5

*

*

4

Y

N

ISO1207 M6X40

40

6

10

3,9

*

1,6

1,6

*

N

Y

ISO1207 M8X60

60

8

13

5

*

2

2

*

N

Y

Für große Familientabellen gibt es die Möglichkeit, die Tabelle in Excel zu editieren. Die Funktion wird mit dem Button Aktuelle Tabelle mit Excel editieren aktiviert.

42

4 Zylinderschraube

Varianten verifizieren

Familientabelle erzeugen Mit dem Button Varianten verifizieren wird das Fenster Familienbaum angezeigt. Hier können nun die Varianten der Familientabelle auf ihre Regenerierbarkeit überprüft werden. Fehlerhafte Parameterkombinationen (z. B. durch Schreibfehler bei der Parametereingabe) können so sehr schnell ermittelt werden.

4.4 Varianten öffnen Die verschiedenen Varianten können auf zwei verschiedene Weisen geöffnet werden. 1.

Im Fenster Familientabelle die gewünschte Variante selektieren Ÿ mit LMB auf den Button Öffnen klicken.

2.

Beim Öffnen des Bauteils Schraube wird abgefragt, ob die generische Grundvariante oder eine der in der Familientabelle spezifizierten Varianten geöffnet werden soll.

43

5 Salzstreuer

In diesem Kapitel geht es um das Erstellen von Beziehungen zwischen Parametern von verschiedenen Bauteilen innerhalb einer Baugruppe. Zur Veranschaulichung dient eine Salz- und Pfefferstreuerkombination. An diesem Beispiel wird außerdem eine effektive Vorgehensweise bei der Modellierung ähnlicher Bauteile gezeigt und vorhandene Kenntnisse über Parametrisierung und Pro/PROGRAM werden vertieft. Vorgehensweise: x x x x x x x

Pfefferstreuer modellieren Salzstreuer ableiten Pfefferstreuerboden modellieren Salzstreuerboden ableiten Unterbaugruppen erzeugen Hauptbaugruppen erzeugen Beziehungen erstellen.

44

5 Salzstreuer

5.1 Pfefferstreuer modellieren Neue Datei erzeugen

Pfefferstreuer modellieren

Dateiname: Grundkörper erzeugen

Pfefferstreuer modellieren

Mit Hilfe des Werkzeugs Drehen-Tool den Grundkörper erzeugen (siehe Skizze). Als Skizzierebene die Ebene FRONT verwenden und die Skizze an der Ebene TOP ausrichten (siehe Bild). eine Schräge erzeugen. Beim Mit Hilfe des Werkzeugs Extrudieren-Tool Extrudieren für beide Richtungen die Option „Bis nächste“ wählen.

5.1 Pfefferstreuer modellieren

45

Zentrale Bohrung erzeugen

Pfefferstreuer modellieren eine Mit Hilfe des Bohrungs-Tools Bohrung in der Ebene TOP und koaxial zur Achse des Grundkörper erzeugen.

Rundungen und Schale erzeugen

x

Durchmesser:

x

Tiefe:

Pfefferstreuer modellieren

Mit dem Rundungs-Tool werden die beiden oberen Kanten mit dem Radius 1 und die Kante am Grund des Bohrlochs mit dem Radius 0.5 verrundet. wird eine Schale mit der Materialdicke 0.5 erzeugt Mit dem Schalen-Tool und dabei der Boden des Körpers entfernt.   

46

5 Salzstreuer

Kleine Bohrungen erzeugen

Pfefferstreuer modellieren

Zur Platzierung der Bohrungen muss zunächst eine Hilfsebene erzeugt werden. Die Hilfsebene liegt tangential zur Mantelfläche des Zylinders und parallel zur Ebene RIGHT.

Die erste Bohrung wird nun, wie die zentrale Bohrung, auf der Ebene TOP erzeugt. Die Bohrung wird linear platziert: x

Versatz 1: zur Ebene FRONT

x

Versatz 2: zur eben erzeugten Hilfsebene DTM1

x

Durchmesser:

Die zweite Bohrung wird mit Hilfe des Mustern-Tools Bohrung erzeugt (Versatz: ).

auf Basis der ersten

5.2 Salzstreuer ableiten

47

Parameter festlegen

Pfefferstreuer modellieren Die Parameter werden entsprechend der Skizze umbenannt. Die Vorgehensweise zum Umbenennen ist im Kapitel Zylinderschraube im Abschnitt „Parameter festlegen“ beschrieben.

Datei speichern

Pfefferstreuer modellieren

DATEI ŸSpeichern

5.2 Salzstreuer ableiten Das Modell des Salzstreuers entspricht einer vereinfachten Variante des Pfefferstreuers. Daher wird der Salzstreuer aus einer Kopie des Pfefferstreuers erzeugt. Kopie erzeugen

Salzstreuer ableiten

Die Datei „pfeffer_koerper“ öffnen (falls nicht offen). DATEI ŸKopie speichern… speichern Die Datei „salz_koerper“ öffnen.

Ÿdas Bauteil unter dem Namen

48

5 Salzstreuer

Konstruktionselemente entfernen

Salzstreuer ableiten

Zum Entfernen der zentralen Bohrung müssen zunächst die anliegenden Rundungen entfernt werden. Die Rundung am Grund der Bohrung (R0.5) und die innere der beiden Rundungen der Deckfläche (R1) löschen. Wurden die beiden oberen Rundungen in einem Feature erzeugt, kann die Definition des Features editiert und die zu löschende Kante mit STRG+LMB abgewählt werden. Die zentrale Bohrung löschen.

Konstruktionselemente anpassen

Salzstreuer ableiten

Die Definition des Musters editieren und die Anzahl der Musterelemente auf drei erhöhen. Den Grundkörper (Rotation) editieren und sein Durchmesser (Parameter d) auf ändern. Zur Übernahme der Änderungen, muss das Modell mit dem Button Regenerieren

Datei speichern DATEI ŸSpeichern

aktualisiert werden.

Salzstreuer ableiten

5.4 Salzstreuerboden ableiten

49

5.3 Pfefferstreuerboden modellieren und parametrisieren Neue Datei erzeugen

Pfefferstreuerboden modellieren

Dateiname: Körper erzeugen Mit Hilfe des Werkzeugs Drehen-Tool ze).

Pfefferstreuerboden modellieren den Grundkörper erzeugen (siehe Skiz-

Die Bemaßung „50“ gibt den Durchmesser des Pfefferstreuerbodens an. Parameter festlegen

Pfefferstreuerboden modellieren

Den Durchmesser des Rotationskörpers nennen. Datei speichern

Pfefferstreuerboden modellieren

DATEI ŸSpeichern

5.4 Salzstreuerboden ableiten Kopie erzeugen

Salzstreuerboden ableiten

Die Datei „pfeffer_boden“ öffnen. DATEI ŸKopie speichern… ŸDas Bauteil unter dem Namen speichern. Die Datei „salz_boden“ öffnen.

50

5 Salzstreuer

Konstruktionselemente anpassen

Salzstreuerboden ableiten

Die Definition der Rotation editieren und den Durchmesser auf ändern. Zur Übernahme der Änderungen, muss das Modell mit dem Button Regenerieren

aktualisiert werden.

Datei speichern

Salzstreuerboden ableiten

DATEI ŸSpeichern

5.5 Unterbaugruppen erzeugen Die Bauteile werden jetzt zu einer Baugruppe zusammengefügt. Dabei werden erst die beiden Unterbaugruppen „pfeffer_bg“ und „salz_bg“ erzeugt und diese dann in die Hauptbaugruppe „pfeffer_salz_bg“ eingefügt. Neue Datei erzeugen

Unterbaugruppen erzeugen

Typ: Baugruppe Dateiname: Boden einbauen

Unterbaugruppen erzeugen

Den Boden „pfeffer_boden“ mit der Funktion Komponente zu Baugruppe hinzufügen

einbauen.

Die jeweils erste Komponente der Baugruppe kann sehr einfach mit der Platzierungsoption „Standard“ eingebaut werden. Körper einbauen Unterbaugruppen erzeugen Den Körper „pfeffer_koerper“ mit der Funktion Komponente zu Baugruppe hineinbauen. zufügen Zwei Platzierungsbedingungen: x Hauptachsen ausrichten x zwei Flächen gegenrichten

5.6 Hauptbaugruppe erzeugen

51

Datei speichern

Unterbaugruppen erzeugen

DATEI ŸSpeichern Die Unterbaugruppe „salz_bg“ analog zur Baugruppe „pfeffer_bg“ aus den Bauteilen „salz_boden“ und „salz_koerper“ erzeugen.

5.6 Hauptbaugruppe erzeugen In die neue Baugruppe „pfeffer_salz_bg“ werden die beiden bereits erzeugten Unterbaugruppen eingebaut. Neue Datei

Hauptbaugruppe erzeugen

Typ: Baugruppe Dateiname: Baugruppe Pfeffer einbauen

Hauptbaugruppe erzeugen

Die Unterbaugruppe „pfeffer_bg“ mit der Funktion Komponente zu Baugruppe einbauen. hinzufügen Platzierungsbedingung: Standard Baugruppe Salz einbauen

Hauptbaugruppe erzeugen Die Unterbaugruppe „salz_bg“ mit der Funktion Komponente zu Baugruppe hinzufügen

einbauen.

Drei Platzierungsbedingungen: x

Hauptachsen ausrichten

x

die Bodenfläche des Salzstreuers und der Boden der zentralen Bohrung des Pfefferstreuers gegenrichten

x

zwei Ebenen selektieren, um die Drehung um die Hauptachse zu unterbinden

52

5 Salzstreuer

Datei speichern

Hauptbaugruppe erzeugen

DATEI ŸSpeichern

5.7 Beziehungen erstellen Die Beziehungen werden in mehreren Schritten erzeugt. Zunächst werden mit Hilfe von Pro/PROGRAM zwei Eingabeparameter erstellt, welche bei jeder Regenerierung der Baugruppe abgefragt werden. Anschließend sind im Beziehungseditor Randbedingungen in Form von Formeln zu hinterlegen. Im letzten Schritt werden die notwendigen Verweise auf die einzelnen Bauteile erstellt. Datei öffnen

Beziehungen erstellen

Die Datei „pfeffer_salz_bg“ öffnen Eingabeparameter festlegen

Beziehungen erstellen

TOOLS Ÿ Program… Æ Menü-Manager erscheint Ÿ Programm edit auswählen Æ Editorfenster mit Pro/PROGRAM erscheint Die Program-Datei wird im Standard-Texteditor des Systems geöffnet.

Im Bereich „INPUT“ werden folgende Einträge hinzugefügt: D_INNEN D_AUSSEN

5.7 Beziehungen erstellen

53

Die Änderungen speichern und den Editor schließen. Ÿ Im Mitteilungsbereich die Übernahme der Änderungen ins Modell mit „Ja“ bestätigen Æ Fenster Menü-Manager erscheint Ÿ Eingeben Ÿ beide Parameter selektieren Ÿ Fertig Ausw Ÿ Im Mitteilungsbereich für beide Parameter den Wert eingeben. Ÿ ENTER Die Eingaben in der Programm-Datei sind nicht „case-sensitiv“. Das bedeutet, das System beachtet keine Groß- und Kleinschreibung und wandelt alle Bezeichnernamen in Großbuchstaben um. Der Anhang „NUMBER“ wird automatisch vom System erzeugt und gibt an, dass es sich bei den Parametern um einen Eingabeparameter vom Typ „NUMBER“ handelt. Randbedingungen festlegen

Beziehungen erstellen

TOOLS Ÿ Beziehungen… Æ Fenster Beziehungen erscheint

Im Editorbereich des Fensters Beziehungen die folgenden Variablen erstellen. /* VARIABLEN FESTLEGEN D_INNEN_MIN = 20 D_AUSSEN_MAX = 100 DIFFERENZ_MIN = 20 ABSTAND = 1

54

5 Salzstreuer

Die Werte haben später folgende Bedeutung: D_INNEN_MIN – minimaler Durchmesser des Salzstreuers D_AUSSEN_MAX – maximaler Durchmesser des Pfefferstreuers DIFFERENZ_MIN – minimaler Durchmesserunterschied der beiden Streuer ABSTAND – Abstand zwischen Salzstreueraußen- und Pfefferstreuerinnenfläche Zeilen können mit „/*“ als Kommentar markiert werden und werden auf diese Weise nicht vom System ausgewertet. Im Bereich „Lokale Parameter“ können aktuell erstellte Parameterwerte eingesehen, editiert und ggf. entfernt werden. Mit der Funktion Beziehungen verifizieren kann die Richtigkeit der eingegebenen Beziehungen überprüft werden. Dabei festgelegte Parameter gelangen in den Bereich „Lokale Parameter“. Fehlerhafte Elemente werden vom System hervorgehoben und können so leicht korrigiert werden. Randbedingungen festlegen

Beziehungen erstellen

Die nun einzugebenden Formeln dienen der Einhaltung von Randbedingungen und sichern die Regenerierbarkeit der Baugruppe. Dabei werden die Funktionen „min()“ und „max()“ verwendet. Die Funktion „min()“ gibt den kleinsten der übergebenen Parameter zurück, während „max()“ den größten liefert. Mit Hilfe dieser Randbedingungen soll gewährleistet werden, dass das Modell nur innerhalb folgender Grenzen geändert wird: x

Pfefferstreuer maximal 100mm Durchmesser

x

Salzstreuer minimal 20mm Durchmesser

x

„Ringstärke“ Pfefferstreuer min. 10mm

5.7 Beziehungen erstellen

55

Weiterhin wird durch die Randbedingungen verhindert, dass der Durchmesser des Pfefferstreuers kleiner als der des Salzstreuers werden kann. In den ersten beiden Schritten wird hier dafür gesorgt, dass der Wert von D_INNEN innerhalb des zulässigen Bereichs liegt und stets folgende Bedingung erfüllt ist: D_INNEN_MIN Geometrische Toleranz => Fenster Geometrische Toleranz öffnet sich)

Zusätzlich sind als Text auf der Zeichnung verschiedene Hinweise angegeben und Symbole eingefügt. Vorgehensweise x

Grundkörper erstellen

x

Hauptbohrungen erzeugen

x

seitliche und mittige Aussparungen erzeugen

x

kleine Bohrungen erzeugen

x

Verrundungen erzeugen.

76

7 Bewegungssimulation

7.2 Einzelteile zusammenbauen Für die Durchführung einer Bewegungsanimation ist ein spezieller Aufbau der Baugruppe nötig. Während normale Baugruppen so aufgebaut werden, dass alle offenen Freiheitsgrade fest verbunden werden, werden offene Freiheitsgrade bei einer Bewegungsanimation genutzt, um bestimmte Bewegungsarten zuzulassen. Pro/ENGINEER bietet eine Vielzahl verschiedener Verbindungstypen, welche eine unterschiedliche Anzahl an Freiheitsgraden binden. Die nachfolgende Tabelle zeigt eine Übersicht der verschiedenen Verbindungstypen einschließlich der jeweiligen Freiheitsgrade.

7.2 Einzelteile zusammenbauen Freiheitsgrade Verbindung rotatotransrisch latorisch

77

Beschreibung

Starr

0

0

Zur Verbindung zweier Komponenten

Drehgelenk

1

0

Ermöglicht die Rotation um eine Achse

Schubgelenk

0

1

Ermöglicht die Verschiebung entlang einer Achse

Zylinderlager

1

1

Ermöglicht die Verschiebung entlang einer bestimmten Achse bei gleichzeitiger Rotation um diese Achse

Planar

1

2

Ermöglicht die Translation innerhalb der Ebene sowie die Rotation um eine senkrecht in der Ebene stehende Achse

Kugel

3

0

Ermöglicht die Rotation um alle drei Achsen

Schweißnaht

0

0

Zur Verbindung zweier Komponenten

Lager

3

1

Kombination aus Kugel- und Schubgelenk, Ermöglicht die freie Rotation um eine Achse oder Kante sowie die Bewegung entlang dieser Achse oder Kante

Allgemein

6FG

Führung

Abhängig von den Ein oder zwei frei wählbare Bedingungen gewählten Bedingungen 3

3

Abhängig von der gewählten Kurve

Ermöglicht eine Translation in alle drei Raumrichtungen sowie eine Rotation um alle drei Achsen Ermöglicht die Bewegung eines Punktes entlang einer Kurve/Kante

7.2.1 Motorblock einbauen Der Motorblock dient als Basiskomponente und soll unbeweglich bleiben. Aus diesem Grund wird der Motorblock eindeutig und fest im 3D-Raum platziert. Neue Datei erzeugen Dateiname: Typ: Untertyp:

Motorblock einbauen

78

7 Bewegungssimulation

WERKZEUGKASTEN

Motorblock einbauen wählen Æ Fenster

mit LMB Icon Komponente zu Baugruppe hinzufügen Öffnen erscheint Fenster Öffnen

Motorblock einbauen

Bauteil öffnen Æ SCHALTPULT erscheint SCHALTPULT

Motorblock einbauen

Den Motorblock über den Verbindungstyp „Allgemein“ platzieren x Komponentenreferenz: Koordinatensystem des Motorblocks x Baugruppenreferenz: Koordinatensystem der Baugruppe

Mit Icon Bestätigen

SCHALTPULT schließen

7.2.2 Kurbelwelle einbauen Die Kurbelwelle ist so einzubauen, dass nur noch eine Rotation um die Längsachse möglich ist. Zum Einbau wird daher eine Verbindung benötigt, die alle 3 Translationsfreiheitsgrade und 2 Rotationsfreiheitsgrade bindet. Wie aus der vorangegangenen Tabelle zu ersehen, kommt hierfür der Verbindungstyp „Drehgelenk“ zum Einsatz. Kurbelwelle öffnen Bauteil öffnen.

Kurbelwelle einbauen

7.2 Einzelteile zusammenbauen Kurbelwelle positionieren

79 Kurbelwelle einbauen

x

Verbindungstyp: Drehgelenk

x

Achsenausrichtung o Komponentenreferenz: Längsachse der Kurbelwelle o Baugruppenreferenz: Achse der Bohrung des Motorblocks

x

Verschiebung o Komponentenreferenz: mittige Ebene der Kurbelwelle o Baugruppenreferenz: mittige Ebene des Motorblocks

Sollten keine mittigen Ebenen vorhanden sein, müssen diese noch in die Modelle eingefügt werden. Alternativ kann die Kurbelwelle auch über Bauteilflächen ausgerichtet werden. Achsausrichtung

Mit Icon Bestätigen

Verschiebung

SCHALTPULT schließen.

7.2.3 Kolben einbauen Die Kolben sind so einzubauen, dass nur eine Bewegung entlang der Bohrungsachse im Motorblock möglich ist und eine Rotation um diese Achse unterbunden ist. Benötigt wird eine Verbindung, die alle 3 Rotationsfreiheitsgrade und 2 Translationsfreiheitsgrade bindet. Für diese Aufgabe bietet sich der Verbindungstyp „Schubgelenk“ an. Kolben öffnen Bauteil öffnen.

Kolben einbauen

80

7 Bewegungssimulation

Kolben positionieren

Kolben einbauen

x

Verbindungstyp: Schubgelenk

x

Achsenausrichtung o Komponentenreferenz: Längsachse des Kolbens o Baugruppenreferenz: Achse der Bohrung des Motorblocks

x

Rotation o o

Komponentenreferenz: Ebene des Kolbens (entsprechend Bild) Baugruppenreferenz: zugehörige Ebene des Motorblocks wählen Achsausrichtung

Rotation

Im Bereich „Bewegen“ kann der Kolben zur besseren Übersichtlichkeit bereits an seine ungefähre Position verschoben werden. Mit Icon Bestätigen

SCHALTPULT schließen.

Analoge Vorgehensweise für den zweiten Kolben.

7.2.4 Pleuel einbauen Die Position der Pleuel wird über 2 Verbindungsstellen definiert. Durch die Verwendung des Verbindungstyps „Drehgelenk“ lässt sich die Lage zur Kurbelwelle bestimmen. Um eine Überbestimmung zu vermeiden, wird die Position zum Kolben über den Verbindungstyp „Zylinderlager“ bestimmt, welcher nur eine Achsausrichtung ermöglicht.

7.2 Einzelteile zusammenbauen

81

Kommt es zu Problemen beim Einbau der Pleuel, ist es oftmals hilfreich, das Pleuel vor der Definition der zweiten Verbindungsstelle bereits an die endgültige Position zu drehen. Idealerweise sollte der Kolben dann ebenfalls an seine ungefähre Position geschoben werden. Pleuel öffnen

Pleuel einbauen

Bauteil öffnen. Pleuel positionieren (Verbindungsstelle 1)

Pleuel einbauen

x

Verbindungstyp: Drehgelenk

x

Achsenausrichtung o Komponentenreferenz: Achse der großen Bohrung des Pleuels o Baugruppenreferenz: Achse der Kurbelwelle

x

Verschiebung o Komponentenreferenz: Seitenfläche des Pleuels o Baugruppenreferenz: zugehörige Fläche auf der Innenseite der Kurbelwelle Achsenausrichtung

Pleuel positionieren (Verbindungsstelle 2)

Verschiebung

Pleuel einbauen

x

Mit dem Knopf „neuer Satz“ die Definition eines neuen Verbindungssatzes beginnen

x

Verbindungstyp: Zylinderlager

x

Achsenausrichtung o Komponentenreferenz: Achse der kleinen Bohrung des Pleuels o Baugruppenreferenz: Achse des Kolbens

82

7 Bewegungssimulation Achsenausrichtung

Mit Icon Bestätigen

SCHALTPULT schließen.

Analoge Vorgehensweise für den zweiten Kolben.

7.3 Antrieb definieren Um eine Bewegung der Baugruppe zu ermöglichen, muss zunächst ein Antrieb definiert werden. Dazu wird zur Applikation „Mechanismus“ gewechselt. MENUELEISTE

Antrieb definieren

MENUELEISTE Ÿ APPLIKATIONEN ŸMechanismus Æ Wechsel zur Applikation „Mechanismus“

7.3 Antrieb definieren

83

Innerhalb der Applikation „Mechanismus“ wird unterhalb des NAVIGATIONSBEREICHES ein zusätzlicher Modellbaum eingeblendet, der so genannte „MECHANISMUS-MODELLBAUM: Dieser Modellbaum enthält die für eine Bewegungsanalyse wichtigen Elemente. Unter anderem werden dort aufgeführt: x

die in der Baugruppe enthaltenen Verbindungstypen inklusive der jeweils vorhandenen Freiheitsgrade

x

die definierten Motoren

x

Federn und Dämpfer

x

bereits definierte Analysen

MECHANISMUS-MODELLBAUM

Antrieb definieren

MOTOREN Ÿ SERVO Ÿ RMB Ÿ NEU Æ Fenster Servomotor-Definition öffnet sich Fenster Servomotoren-Definition Mit LMB auf den Button HAUPTARBEITSFENSTER

Antrieb definieren

klicken Antrieb definieren

Drehgelenksverbindung zwischen Kurbelwelle und Motorblock wählen. Diese Achse wird die durch den virtuellen Motor angetriebene Achse sein.

84

7 Bewegungssimulation

Fenster Servomotoren-Definition

Antrieb definieren Reiterkarte „Profil“ wählen Ÿ Einstellungen wie im Bild wählen Ÿmit LMB auf Button OK Fenster Servomotor-Definition schließen Mit diesen Einstellungen wird ein Motor definiert, der sich mit einer konstanten Geschwindigkeit von 90 Grad/s dreht.

7.4 Analysen durchführen Nachdem der Antrieb definiert wurde, können verschiedene Analysen durchgeführt werden. Es sollen folgende Analysen durchgeführt werden: x Bewegungssimulation x Kollisionsprüfung x Analyse auftretender Geschwindigkeiten und Beschleunigungen.

7.4.1 Bewegungssimulation durchführen Die erste Analyse ist eine reine Bewegungssimulation. Mit dieser Analyse soll überprüft werden, ob die eingestellten Verbindungstypen korrekt sind, und sich die Baugruppe wie gewünscht bewegt. MECHANISMUS-MODELLBAUM

Bewegungssimulation durchführen

ANALYSEN ŸRMB Ÿ NEU Æ Fenster Analysedefinition öffnet sich

7.4 Analysen durchführen

85

Fenster Analysedefinition

Bewegungssimulation durchführen Folgende Einstellungen vornehmen: x

Analysetyp: Kinematisch

Die restlichen Einstellungen können auf den Standardwerten belassen werden. Auf der Reiterkarte „Motoren“ sollte geprüft werden, ob der zuvor definierte Motor eingetragen ist. Mit LMB den Button Ausführen wählenÆ Analyse wird durchgeführt (sofern alle Komponenten korrekt eingebaut sind, sollte sich der Motor jetzt bewegen): Im MECHANISMUS-MODELLBAUM wird unter dem Punkt ANALYSEN eine neue Analyse mit dem Namen „AnalysisDefinition1“ angelegt; unter dem Punkt WIEDERGABEN werden die Ergebnisse der Analyse abgelegt: Mit LMB auf Button OK Fenster Analysedefinition schließen.

7.4.2 Kollisionsprüfung durchführen Im zweiten Schritt wird eine Kollisionsprüfung durchgeführt. Damit kann überprüft werden, ob die verbauten Bauteile so dimensioniert sind, dass die erforderlichen Bewegungen möglich sind, ohne dass sich Bauteile durchdringen. Da die aktuelle Baugruppe keine Kollision verursacht, wird zunächst der Motorblock abgeändert, um eine Kollision zu provozieren. Anschließend werden die Einstellungen für die Kollisionsprüfung vorgenommen und die Prüfung durchgeführt. Motorblock ändern

Kollisionsprüfung durchführen

MENUELEISTE Ÿ APPLIKATIONEN Ÿ STANDARD Æ Wechsel zur Applikation „Standard“ ŸBauteil „Motorblock“ öffnen ŸZylinderbohrung ändern (die Wandstärke soll an dieser Stelle 20mm betragen).

86

7 Bewegungssimulation

Bauteil „Motorblock“ schließen ŸMENUELEISTE Ÿ APPLIKATIONEN Ÿҏ Mechanismus Æ Wechsel zur Applikation „Mechanismus“ Kollisionsprüfung aktivieren

Kollisionsprüfung durchführen MENUELEISTE Ÿ TOOLS Ÿ BAUGRUPPENEINSTELLUNGEN Ÿ Einstellungen für Kollisionsprüfung Æ Fenster Einstellungen für Kollisionsprüfung erscheint. Folgende Einstellungen vornehmen: Allgemeine Einstellungen: Durchdringung

Globale

Die Option „Animationswiedergabe bei Kollision anhalten“ aktivieren Mit LMB auf Button OK Fenster Allgemeine Einstellungen für Kollisionsprüfung schließen Analyseergebnisse abspielen

Kollisionsprüfung durchführen

MECHANISMUS-MODELLBAUM Ÿ WIEDERGABEN Ÿ „AnalysisDefinition1“ ŸRMB Ÿ Abspielen Æ Fenster Animation wird geöffnet Sollten unter dem Punkt WIEDERGABEN keine Analyseergebnisse zum Abspielen verfügbar sein, muss die Analyse zunächst noch einmal durchgeführt werden. Dazu: ANALYSEN Ÿ „AnalysisDefinition1“ Ÿ RMB ŸAusführen

7.4 Analysen durchführen

87

Fenster Animation

Kollisionsprüfung durchführen

Mit LMB den Button Abspielen

wählen Æ Ergebnissatz wird abgespielt

Zum Zeitpunkt der Durchdringung wird die Wiedergabe angehalten und die Durchdringung farblich (rot) hervorgehoben. Zum Fortfahren erneut auf den Button Abspielen

klicken.

Für die folgenden Analysen muss die Zylinderbohrung wieder auf den ursprünglichen Wert (10mm) gesetzt werden!

7.4.3 Kennwerte berechnen Pro/ENGINEER bietet die Möglichkeit, verschiedene physikalische Kennwerte zu ermitteln. Für den vorhandenen Motor sollen Beschleunigung, Geschwindigkeit und Position des Kolbens bei einer Drehzahl von 6500min-1 berechnet werden. Bevor die Kennwerte ermittelt werden können, sind zunächst einige Einstellungen anzupassen. Motordefinition anpassen Die Geschwindigkeit des Motors ist in Grad/s anzugeben. Bei 6500min-1 ergibt sich folgende Geschwindigkeit: Geschwindigkeit=(6500/60)360=39000Grad/s MECHANISMUS-MODELLBAUM

Motordefinition anpassen

MOTOREN Ÿ SERVO Ÿ „ServoMotor1“ Ÿ RMB Ÿ Definition editieren Æ Fenster Servomotor Definition öffnet sich

88 Fenster Servomotor Definition

7 Bewegungssimulation Motordefinition anpassen

Reiterkarte Profil wählen Ÿ Winkelgeschwindigkeit von 90Grad/s auf 39000Grad/s setzen Ÿmit LMB auf den Button OK Fenster Servomotor Definition schließen Kolben und Motorblock anpassen Die Berechnung von Geschwindigkeiten und Beschleunigungen bezieht sich nicht auf einzelne Bauteile, sondern auf Punkte oder Achsen. Um Geschwindigkeit und Beschleunigung für den Kolben zu berechnen, muss ein Punkt definiert werden, der sich mit dem Kolben bewegt. Die Berechnung von Geschwindigkeiten bezieht sich immer auf die x-y-z-Achsen eines Koordinatensystems. Bis auf das Koordinatensystem des Motorblocks sowie das Baugruppen-Koordinatensystem, scheiden alle Koordinatensysteme aus, da sie nicht ortsfest sind. Diese beiden Koordinatensysteme haben jedoch keine Achse in Richtung der Kolbenbewegung, weshalb sie als Bezugskoordinatensystem zwar möglich, jedoch ungeeignet sind. Um die Geschwindigkeit entlang der Achse der Zylinderbohrung zu berechnen, wird ein ortsfestes Koordinatensystem erzeugt, bei dem eine Achse koaxial zur Bohrungsachse des Kolbens ist. Kolben anpassen

Kolben und Motorblock anpassen Zur Applikation wechseln.

„Standard“

Bauteil Kolben öffnen Ÿeinen Punkt im Schnittpunkt beider Achsen erzeugen ŸBauteil Kolben speichern und schließen

7.4 Analysen durchführen Motorblock anpassen

89 Kolben und Motorblock anpassen Bauteil Motorblock öffnen Ÿein Koordinatensystem auf der Deckfläche des Motorblocks erzeugen ŸBauteil Motorblock speichern und schließen Für die Rechnung ist wichtig, dass eine Achse des Koordinatensystems entsprechend der Achse der Bohrung ausgerichtet ist. Zurück zur Applikation „Mechanismus“ wechseln.

Messwerte definieren Nachdem die Bauteile sowie Motordefinitionen angepasst sind, können die zu ermittelnden Messwerte definiert werden. MENUELEISTE ANALYSE Ÿ Messgrößen…

Messwerte definieren Æ Fenster Messungsergebnisse wird geöffnet

Fenster Messungsergebnisse

Messwerte definieren klicken Æ Fenster

mit LMB auf den Button Neue Messgröße erzeugen Messgrößendefinition wird geöffnet Fenster Messgrößendefinition

Messwerte definieren Beschleunigung: x Name: Beschleunigung x Typ: Punkt oder Bewegungsachse: den im vorigen Schritt erzeugten Punkt auf dem Kolben selektieren Koordinatensystem: das im vorigen Schritt erzeugte Koordinatensystem auf dem Motorblock selektieren Komponente: die Achse des Koordinatensystems auf dem Motorblocks selektieren, die in Bewegungsrichtung des Kolbens zeigt Auswertemethode: auf „Pro Zeitschritt“ belassen

90

7 Bewegungssimulation

Zwei weitere Messgrößen (Geschwindigkeit und Position) analog zur obigen Vorgehensweise erzeugen. Mit LMB auf Button OK Fenster Messgrößendefinition schließen

Analyseeinstellungen anpassen Um bei dieser hohen Drehzahl eine ausreichende Genauigkeit zu erreichen, muss die Analyse zunächst angepasst werden. Die vorhandenen Einstellungen, 10Bilder (Messwerte) pro Sekunde, sind bei einer Drehzahl von 108.33 s-1 zu ungenau. Die Einstellungen für die Analyse können wie folgt geändert werden: MECHANISMUS-MODELLBAUM

Analyseeinstellungen anpassen

ANALYSEN Ÿ „AnalysisDefinition1“ Ÿ RMB Ÿ Definition editieren Æ Fenster Analysendefinition öffnet sich Fenster Analysendefinition

Analyseeinstellungen anpassen

Folgende Werte einstellen: x

Endzeit:

x

Min Intervall:

Ÿ mit LMB auf den Button Ausführen klicken Æ Analyse wird durchgeführt Ÿmit LMB auf den Button OK Fenster Analysendefinition schließen Messwerte darstellen Im letzten Schritt können die ermittelten Kennwerte grafisch dargestellt werden. MENUELEISTE ANALYSE Ÿ Messgrößen…

Messwerte darstellen Æ Fenster Messungsergebnisse wird geöffnet

7.4 Analysen durchführen Fenster Messungsergebnisse

91 Messwerte darstellen Ÿ mit LMB die drei definierten Messgrößen selektieren Ÿ die Option „Messgrößen separat grafisch darstellen“ aktivieren Ÿ den Ergebnissatz Analysisdefinition1 selektieren Ÿ mit LMB Icon wählen, um die Messgrößen graphisch darzustellen Einheiten des Diagramms beachten. In der Regel wird in als Einheit für den Weg „mm“ verwendet.

92

Fenster Graphtool und Messungsergebnisse schließen

7 Bewegungssimulation

93

8 FE-Berechnung mit Pro/MECHANICA Die Finite-Elemente Methode wird routinemäßig für Berechnungsaufgaben bspw. im Maschinen-, Apparate- und Fahrzeugbau eingesetzt und gilt damit im Zusammenhang mit CAD als das leistungsfähigste Verfahren [KLE-07].

VV [N/mm2]

Mittels FE-Berechnung ist es möglich, durch Rechnersimulationen im Entwicklungsstadium eine wesentliche Verkürzung der Produktentwicklungszeiten zu erzielen. Es werden zwei Berechnungsmethoden, die h- und die p-Methode, unterschieden. Bei der h-Methode läuft die grundlegende Vereinbarung der Finiten Elemente immer gleich ab, da die Ansatzfunktion nur den Polynomgrad erster oder zweiter Ordnung besitzt. Somit ist die Genauigkeit einer Berechnung eine Funktion der Anzahl der Elemente beziehungsweise der Elementgröße. Je feiner ein Netz gewählt wird, umso besser kann ein Bauteil beschrieben werden, so dass das Ergebnis genauer wird. Allerdings erfordert diese Methode einen hohen Aufwand an Beschreibungs-, Interpretations- und Rechenzeit.

h-Version 783

754

8 p-Version

725

5

6

7

4 3

696 h-Version 667

100

p=2

400

1.000

4.000

10.000

13.000 FHGs

Spannungsauswertung in einer Nietbrücke [KLE-07]

94

8 FE-Berechnung mit Pro/Mechanica

Bei der p-Methode (p = polynomial) werden Elemente verwendet, deren Ansatz bis zur neunten Ordnung variiert werden kann. Bei diesen Elementen steigt die Genauigkeit mit dem Polynomgrad der Ansatzfunktion, was sich in einer größeren geometrischen Genauigkeit beim Modellieren (Randkurvenanpassung) und höherer Informationsdichte durch mehr Knotenfreiheitsgrade niederschlägt. Der Unterschied zwischen beiden Methoden ist im vorigen Bild anhand der Spannungsauswertung einer Nietbrücke dargestellt. In der h-Version wurden 2250 Volumenelemente verwandt. Eine Verdopplung der Elementeanzahl auf 4500 zieht eine Spannungsdifferenz von ca. 15% nach sich. Bei der Analyse mittels der p-Methode reichen für die Modellierung 18 Volumenelemente aus. Konvergenz wird bei Polynomgrad 6 erreicht [KLE-07]. Im folgenden Beispiel wird die Arbeitsweise von Pro/Mechanica beschrieben, das nach der p-Methode arbeitet.

8.1 Pre-Processing Für die FE-Berechnung wird das im Abschnitt 0 als technische Zeichnung abgebildete Pleuel verwendet. Zur Durchführung der Berechnung sind zunächst die Lastfälle und Randbedingungen zu definieren. Bauteil öffnen

Pre-Processing

Dateiname: Pro/Mechanica starten

Pre-Processing

MENUELEISTE Ÿ APPLIKATIONEN ŸMechanica Æ Wechsel zur Applikation Pro/Mechanica

8.1 Pre-Processing

95

Für die Berechnung sollten die Einheiten N, mm, s im Pro/ENGINEER eingestellt werden, da hier die Berechnungsergebnisse in SI-Einheiten bspw. mm und N/mm2 ausgegeben werden. Beim Wechsel zu Pro/MECHANICA erfolgt standardmäßig eine Information zu den aktuell eingestellten Einheiten. Flächenbereich definieren

Pre-Processing

Als Last wird exemplarisch im kleinen Auge des Pleuels eine Zugkraft von 10000N definiert. Hierfür muss vorher ein Kontaktbereich für die Kraft definiert werden. MENUELEISTE ŸEINFÜGEN ŸFlächenbereich Manager erscheint

Æ Fenster Menü-

Im Fenster Menü-Manager: Skizze Ÿ Fertig Ÿ Neu einstellen Ÿ Ebene Im HAUPTARBEITSFENSTER eine Ebene selektieren die wie die im Bild zu sehende Ebene TOP positioniert ist.

Im Fenster Menü-Manager: Standard Im Skizzierer folgende Fläche skizzieren. x

die Fläche geht über die volle Breite des Auges und ist 7,5mm breit

96

8 FE-Berechnung mit Pro/Mechanica

Skizzierer schließen Im nächsten Schritt wird nun die Fläche selektiert, auf die die eben erzeugte Skizze projiziert werden soll. Dazu wie im Bild zu sehen, die Innenfläche des Auges selektieren

Im Fenster Menü-Manager: Fertig Mit LMB auf Button OK Fenster Flächenbereich schließen

8.1 Pre-Processing Last definieren

97 Pre-Processing

Das Aufbringen der Last auf den Kontaktbereich erfolgt mit Hilfe des abgebildeten Menüs Kraft-/Momentlast. Als Referenz ist der erzeugte Kontaktbereich zu selektieren. Die Ausrichtung erfolgt standardmäßig zum Basiskoordinatensystem der Baugruppe. Der Betrag und die Richtung der Last werden im Bereich „Kraft“ eingegeben. WERKZEUGKASTEN Ÿ Neue Kraft-/Momentenlast Momentenlast erscheint

Æ Fenster Kraft-

den eben erzeugten Flächenbereich selektieren Ÿ mit LMB auf Button OK Fenster Auswahl schließen Im Fenster Kraft-Momentenlast eine Kraft von 10000N eintragen. Richtung und Vorzeichen sind vom Koordinatensystem abhängig und ggf. anzupassen (Richtung der Kraft siehe Bild).

98 Lager definieren

8 FE-Berechnung mit Pro/Mechanica Pre-Processing

Die Definition des Lagers erfolgt mit Hilfe des Icons Neue Verschiebungs . Zur Berechnung der Zugkraft bspw. auf Grund der rotatoRandbedingung rischen Massenkräfte wird das untere Pleuelauge als Einspannung betrachtet. Hierfür sind die Freiheitsgrade für die Verschiebung in x, y, z Richtung festzusetzen (siehe Bild). Die Rotation um die Z-Achse bleibt frei. WERKZEUGKASTEN Ÿ Neue Verschiebungs -Randbedingung ter Randbedingung erscheint

. Æ Fens-

Die Innenseite des großen Auges selektieren Ÿ mit LMB auf Button OK Fenster Auswahl schließen Im Fenster Kraft-Momentenlast die Translation für alle drei Koordinatenachsen auf „fest“ setzen. Die Rotation muss für zwei Koordinatenachsen ebenfalls auf „fest“ gesetzt werden. Für eine Achse (im Bild die Z-Achse) muss eine Rotation zugelassen werden. Dabei ist die Koordinatenachse zu wählen, die dieselbe Ausrichtung wie die Längsachse des großen Auges hat.

8.1 Pre-Processing

99

Material zuweisen

Pre-Processing

Die Materialzuweisung erfolgt in zwei Schritten. 1.

Material für das Pleuel aus der Datenbank auswählen.

WERKZEUGKASTEN Ÿ Material definieren scheint Ÿ das Material „STEEL“ auswählen 2.

Æ Fenster Materialien er-

Im zweiten Schritt wird das Material dem Bauteil zugewiesen.

WERKZEUGKASTEN Ÿ Neue Materialzuweisung zu Modell/Volumen Æ Fenster Materialzuweisung erscheint Ÿ da nur ein Material und ein Volumen verfügbar ist, kann mit LMB auf Button OK das Fenster Materialzuweisung geschlossen werden

100

8 FE-Berechnung mit Pro/Mechanica

8.2 Berechnung Im zweiten Schritt wird die eigentliche Berechnung durchgeführt. Dazu sind zunächst einige Einstellungen zur Art der Berechnung zu treffen. Analyse definieren SYMBOLLEISTE ŸKonstruktionsstudien struktionsstudien erscheint

Berechnung Æ Fenster Analysen und Kon-

Eine neue statische Konstruktionsstudie anlegen. Datei Ÿ Neue statische Analyse Æ Fenster Definition der statischen Analyse erscheint Im Feld „Name“ kann ein Name für die durchzuführende Analyse vergeben werden. In den Feldern „Randbedingungen“ und „Lasten“ sollten die zuvor definierten Lasten und Lager aufgeführt sein. Bei der Definition der statischen Analyse können verschiedene Methoden ausgewählt werden, die sich in Konvergenz und Polynomgrad unterscheiden. Folgende Methoden stehen zur Verfügung. x

adaptive Mehrfachkonvergenz (hohe Genauigkeit bei Berechnung bis maximalen Polynomgrad (9) und Konvergenz kleiner 5%)

x

adaptive Einschrittkonvergenz (Berechnung startet bei ausgewählten Polynomgrad bis zum Erreichen der Konvergenz, bei mehrfachen Berechnungen eines Bauteils hilfreich)

x

Schnelldurchlauf (rechnet lediglich bei Polynomgrad 3 und 4, zur überschlägigen Berechnung geeignet)

Für die Analyse werden folgende Einstellungen getroffen: x

Adaptive Mehrfachkonvergenz

x

Polynomgrad: Min. 1 Max. 9

x

Prozentkonvergenz: 10

Mit LMB auf Button OK Fenster Definition der statischen Analyse schließen

8.2 Berechnung

Einstellungen für Rechenlauf

101

Berechnung

Zum Speichern der Ergebnisse und temporären Dateien während der Berecheinzelne Verzeichnisse nung sind im Fenster Einstellungen für Rechenlauf auszuwählen. Dies ist vor allem bei größeren Berechnungen von Bedeutung, da die anfallenden Dateien schnell sehr groß werden können. Weiterhin kann für die jeweilige Berechnung eine Speicherzuteilung erfolgen.

102

8 FE-Berechnung mit Pro/Mechanica

Starten der Berechnung

Berechnung

Das Starten der Berechnung erfolgt über das Icon Starten der Berechnung

.

Daraufhin werden vom Programm verschiedene Abfragen, die zum Starten der Berechnung zu bestätigen sind, durchgeführt.

Überwachung des Rechenlaufs

Berechnung

Um die Überwachung des Rechenlaufs zu aktivieren, das Icon Studienstatus anzeigen selektieren

.

Das Fenster Rechenlaufstatus zeigt unter anderem folgende Informationen: x benötigte CPU Zeit und Rechendauer x prozentuale Konvergenz x Kurzübersicht zu den Ergebnissen

8.3 Post-Processing

103

Sobald die Berechnung erfolgreich beendet wurde, wird im Fenster Rechenlaufstatus folgende Meldung ausgegeben: „Rechenlauf abgeschlossen“ oder „Analyse abgeschlossen“ im ausführlichen Modus (dieser kann über das Häkchen in der unteren linken Ecke aktiviert werden).

8.3 Post-Processing Im letzten Schritt werden die berechneten Ergebnisse grafisch ausgewertet. Ergebnisse darstellen

Post-Processing

Um das Fenster zu Ergebnissauswertung aufzurufen, wird das Icon Ergebnisse einer Konstruktionsstudie oder Finiten Elemente Analyse überprüfen wählt.

ge-

Im erscheinenden Fenster Ergebnisfensterdefinition sind verschiedene Einstellungen zu treffen. x

x

Name der Analyse die ausgewertet werden soll. Hier ist die zuvor durchgeführte Analyse aufgeführt. Andere vorhandene Analysen können ebenfalls geladen werden die Größe die ausgewertet werden soll (z. B. Spannung, Verschiebung, Dehnung)

Für die Darstellung der „von-Mises“-Spannung die im Bild zu sehenden Einstellungen vornehmen.

104

8 FE-Berechnung mit Pro/Mechanica

Auf der Reiterkarte „Darstellungsoptionen“ können verschieden Einstellungen zu Art und Weise der Ergebnispräsentation vorgenommen werden.

Um eine Animation der Verformung unter Lastaufbringung zu erhalten, ist die Option „Animation“ zu selektieren. Mit LMB auf Button OK Fenster Ergebnisfensterdefinition schließen. Die Spannungsverteilung im Pleuel wird dargestellt.

8.3 Post-Processing

Anpassen der Ergebnisdarstellung

105

Post-Processing

Zum Drucken, Speichern oder aus Gründen der Übersicht ist es hilfreich, die Darstellung des Hintergrunds, der Legende, der Randbedingungen… anzupassen. Eine Anpassung der dargestellten Informationen kann wie folgt vorgenommen werden.

Im Fenster Ergebnisfenster formatieren können die gewünschten Elemente ein- und ausgeblendet werden. Formatieren der Legende

Post-Processing

Durch Anpassung der Legende kann der durch das Farbspektrum repräsentierte Wertebereich angepasst werden.

106

8 FE-Berechnung mit Pro/Mechanica

Wird der Maximalwert der Legende auf 100 herabgesetzt, ergibt sich folgende Änderung in der Spannungsdarstellung.

Menu Info

Post-Processing

Im Menü INFO können unter anderem die Minimal- und Maximalwerte der aktuell ausgewerteten Größe abgefragt werden. Weiterhin lassen sich die Werte auch dynamisch abfragen.

8.3 Post-Processing

107

Je nach Position des Mauszeigers werden die entsprechenden Werte dynamisch aktualisiert. Ergebnisdefinition anpassen

Post-Processing

Die Ergebnisfensterdefinition kann mit dem Icon Gewählte Definition editieren verändert werden.

Ergebnisse verlassen DATEI Ÿ Ergebnisse verlassen

Post-Processing

108

9 Literaturverzeichnis [KLE-07]

Klein B.: FEM. Grundlagen und Anwendungen der FiniteElemente-Methode im Maschinen- und Fahrzeugbau, Vieweg Verlag. 7. verb. und erw. Auflage, Wiesbaden 2007.

8.3 Post-Processing

109

Sachwortverzeichnis A adaptive Einschrittkonvergenz 100 adaptive Mehrfachkonvergenz 100 Analyseergebnisse abspielen 86 Analysetyp 85 animieren 70 Antrieb 82 B Baugruppe 50 BAUGRUPPENEINSTELLUNGEN 86 Bemaßungstext 39 Berechnung 100 Bewegungsart 76 Bewegungssimulation 70, 84 Beziehung 52 Bezugsachse 26 Bezugsebene 26 C CEIL 66 D Darstellungsoptionen 104 DREHEN-TOOL 24 E Eingabeparameter 52, 65 Einstellungen für Rechenlauf 101 Element durch Versatz einer Kante erzeugen 32 ENDIF 66 Endzeit 90 Ergebnis 103 F Familienelemente 40 Familientabelle 36, 40

Finite-Elemente Methode 93 Flächen verschmelzen 28 Flächenbereich 95 Folie 6 Freiheitsgrad 76 FREMDDATEN-AUS-PALETTETOOL 37 FÜLLEN-TOOL 22 Funktion aus Liste einfügen 56 G Globale Durchdringung 86 Graphtool 92 H h-Methode 93 I IF 66 INPUT 52 K Kollisionsanalyse 70 Kollisionsprüfung 84 Kommentar 54 Konstruktionsstudien 100 Kontaktbereich 95 Konvergenz 100 Kraft-/Momentenlast 97 L Lager 98 Legende 105 Leitkurven 32 Lokale Parameter 54 M Material zuweisen 99 Mechanica 94

110

Sachwortverzeichnis

Mechanismus 70 Menu Info 106 Messgröße 89 Min Intervall 90 Modellstruktur 4 MUSTERN-TOOL 46

Schnelldurchlauf 100 Sitzungs-ID 56 Spiralförmiges Zug-KE 8 Starten der Berechnung 102 statische Analyse 100 Studienstatus 102

N Nicht-standardmäßige Dicke 73 NUMBER 53

T Trail-Datei 3

P Parameter 39 Pitch_Graph 9 p-Methode 93 Polynomgrad 100 Post-Processing 103 Pre-Processing 94 Pro/Mechanica 94 Pro/PROGRAM 43, 52 Projektion 32 PROJEKTION 96 PROJIZIEREN-TOOL 34 R Radienanker 30 Radius erzeugen 31 Randbedingung 98 Regenerieren 48 Rotationsfläche 24, 27 RUNDUNGS-TOOL 29 S Schneiden 28

U Übergangsmodus 17 Überwachung des Rechenlaufs 102 Unterbaugruppe 50 V variable Verrundung 29 Variante einfügen 41 Variantenkonstruktion 36 Verbindungstyp 76 VERBUNDVOLUMEN-TOOL 18 Vereinen 28 verifizieren 42 VERSCHMELZEN-TOOL 11 W Werte für Ausdruck bereitstellen 56 Y YES_NO-Parameter 65 Z ZUG-KE mit variablem Schnitt 24