Kinematiks Aufbaukurs

WH Zwickau (FH) Maschinenbau/Kfz-Technik Maschinenkonstruktion CATIA-Aufbaukurs KINEMATICS CAD/CATIA Prof. Dr.-Ing. K...

Author: Hähnel K

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WH Zwickau (FH) Maschinenbau/Kfz-Technik Maschinenkonstruktion

CATIA-Aufbaukurs KINEMATICS

CAD/CATIA Prof. Dr.-Ing. K. Hähnel

CAD CATIA-Kinematiks CATIA V4 Übungsanleitung Befehlsbeschreibung Lehrmaterial - nur für den hochschulinternen Gebrauch! Aktuelle Informationen / Ergänzungen unter http://www.fh-zwickau.de/mbk/catia/catia.htm

Prof. Dr.-Ing. Klaus Hähnel Fachgruppe: Maschinenkonstruktion/Getriebetechnik Fachgebiete: Getriebetechnik und CAD/CATIA Gebäudekomplex Technikum II, Zimmer 326 Kornmarkt ( (0375) 536 1768 e-mail: [email protected]

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© 2000 Hähnel/WH Zwickau, FB MBK




Kinematik-Aufbaukurs 0 Vorbemerkungen • Voraussetzungen: • Ziel:

Grundkenntnisse CATIA Grundkenntnisse Getriebetechnik

Modellierung von ungleichmäßig übersetzenden Getrieben, deren Bewegungssimulation und deren kinematische Analyse

1 Einleitung Ein Getriebe besteht aus Gliedern und Gelenken, die so miteinander und mit den Antrieben verbunden sind, dass Zwanglauf gewährleistet ist. Es werden auch Getriebe mit Sonderabmessungen berechnet, die dem Zwanglaufkriterium nicht genügen. 1.1 Gelenke (joints) Für die Modellierung ebener Getriebe gibt es ebene Gelenke (Abb. 1) und für die Modellierung räumlicher Getriebe räumliche Gelenke (Abb. 2). Dabei kann der Gelenkfreiheitsgrad (DoF – degree of freedom) zwischen 1 und 2 bei ebenen Gelenken und zwischen 1 und 5 bei räumlichen Gelenken schwanken. 1.2 Getriebeglieder Getriebeglieder sind starre geometrische Gebilde, welche die Lage der Gelenke definieren und damit die Abmessungen des Getriebes bestimmen. 1.3 Geometrische Sets Bei der Erzeugung eines neuen Modells wird ein geometrisches Set initialisiert. Es hat die Bezeichnung SET 1 und ist das aktuelle Set. Für die Bearbeitung kinematischer Probleme ist es erforderlich, den Workspace in weitere Sets zu unterteilen. Die Arbeit mit geometrischen Sets basiert auf der SETS-Funktion SETS - CREATE

- CHANGE - TRANSFER

Sets kreieren , Namen vergeben (sinnvoll mit getriebetechnischen Bezeichnungen) Wechseln von Set zu Set Elemente auf andere Sets bringen

Mit der Permanentfunktion SET kann der Bearbeiter Sets wechseln, ohne die aktuelle Funktion verlassen zu müssen.

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1.4 Kinematische Sets Ein kinematisches Set besteht aus Gliedern einschließlich Gestell (geometr. Sets), Gelenken, Antrieben, Antriebsfunktionen und Outputs. Die wesentliche Voraussetzung für die Bearbeitung ist die Zwangläufigkeit des Getriebes. Sonderabmessungen werden vom Programm erkannt und berücksichtigt. Nach der Definition der Gelenke können die Geometrieelemente nicht mehr in vollem Umfang bearbeitet werden (logical relation - element alredy in use ; ERASE, LIMIT1, SETS-TRANSFER). 2 Modellierung eines Getriebes Die Modellierung läuft in folgenden wesentlichen Schritten ab: -

-

Darstellung der Getriebeglieder (Konstruktion, Modellierung) Verteilung der Getriebeglieder auf geometrische Sets Definition der Gelenke Definition des Gestells Definition des Antriebes

2.1 Darstellung der Getriebeglieder Die Darstellung der Getriebeglieder erfolgt mit den bekannten Funktionen für Modellierung von räumlichen oder ebenen Gebilden (SOLIDE, TRANSFOR, LINE, CURVE2...) 2.2 Verteilung der Getriebeglieder auf geometrische SETS Die Verteilung der Glieder auf geometrische SETS erfolgt unter der SETS-Funktion wie im Pkt. 1.3 beschrieben. 2.3 Definition von Gelenken, Gestell und Antrieb KINEMAT DEFINE Die Gelenke werden durch Anklicken der entsprechenden Gelenkelemente beschrieben. Nach Abschluss der Gelenkdefinition mit END ist das Gestell (FIX PART) auszuwählen und mit COMMAND der Antrieb zu definieren. (Was (1.) wird gegenüber welchem Glied (2.) angetrieben.)

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3 Simulation Voraussetzung: vollständig definierter; zwangläufiger Mechanismus 3.1 Simulation ohne besondere Berechnung von Größen KINEMUSE - USE - VARIATN beginnend in aktueller Position KINEMUSE - USE - ABSOLUTE zu einer angegebenen Position hin Das Fenster PARAMETERS zeigt die entsprechenden Werte an. Unterbrechung der Simulation mit Permanentfunktion INT (neben YES/NO). Berechnet werden dabei lediglich die Bewegungen der Gelenke, die über die CONS-Funktion grafisch angezeigt (Bild 3) oder alphanumerisch ausgegeben werden.

Abb.3: Grafische Darstellung der Bewegung der Gelenke

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3.2 Simulation mit Berechnung von Größen 3.2.1 TRACE - Modus TRACE = Spur Darstellung von ausgewählten Geometrieelementen (Punkt, Linie, SOLID, ...) in jeder berechneten Getriebestellung. Das Bezugssystem kann dabei sowohl das Gestell als auch ein bewegtes Getriebeglied sein. Die erzeugten Elemente werden dem Bezugssystem (Storage-SET) zugeordnet, das vorher festgelegt wurde. 3.2.2 Numerische Berechnung von Relativpositionen NUM ON - Modus läuft unter dem USE-Befehl Möglichkeiten:

pt, pt - Abstand zweier Punkte pt, ln - Abstand Punkt/Linie ln, ln - Winkel zwischen zwei Linien

Die Ergebnisse können für jede berechnete Getriebestellung mit dem alphanumerischen Bildschirm betrachtet oder als Diagramm angegeben werden

Abb.4: Alphanumerischer Bildschirm mit numerischen Ergebnissen 3.2.3 Berechnung kinematischer Größen Die Berechnung kinematischer Größen läuft unter dem KINEMUSE-USE-LAWS-Befehl. Es muß deshalb vorher mit dem Befehl KINEMUSE-LAWS-DEF NUM eine Antriebsfunktion (Antriebsgröße als Funktion der Zeit) vorgegeben werden (s. auch Pkt. 4). Diese ist mit dem Befehl ATTACH mit der Antriebsbewegung zu verbinden.

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Als Steuerungsgröße der berechneten Getriebestellungen dient dabei die Zeit mit entsprechender Schrittweite. Berechnet werden Geschwindigkeiten und Beschleunigungen von ausgewählten Punkten sowie die Winkelgeschwindigkeiten und Winkelbeschleunigungen der zugehörigen Getriebeglieder. Deshalb ist es wichtig, welchem Glied (SET) der jeweilige Punkt zugeordnet ist. Die Ergebnisse können für jede berechnete Getriebestellung mit dem alphanumerischen Bildschirm betrachtet (Bild 4) oder als Diagramm angegeben werden. Folgende Werte werden ermittelt: Punktgeschwindigkeit (PV) und deren Komponenten (VX, VY, VZ) Punktbeschleunigung (PA) und deren Komponenten (PX, PY, PZ) Winkelgeschwindigkeit (AV) und deren Komponenten (U, V, W) Winkelbeschleunigung (AA) und deren Komponenten (AX, AY, AZ) Koordinaten des Momentanpoles bzw. des Anfangspunktes der Rotationsachse (X, Y, Z) Koordinaten des Punktes

Abb.5: Alphanumerischer Bildschirm mit kinematischen Ergebnissen

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3.2.4 Kollisionsuntersuchungen COLL ON Voraussetzung: SOLIDS müssen sich bewegen Bild DETECT CREATE DISCRET CONTINUE

- Erkennung mit Meldung - Traces (Spur) der Körper im „storage SET“ - Einzelpositionen - kontinuierliche Abfolge

4 Definition der Antriebsfunktion KINEMUSE - LAWS - DEF NUM Möglichkeiten der Definition: POLY CST Polynomkurven (max. 3. Grades) POINT TANGENT

durch Stützpunkte (max. 4) mit durch Stützpunkte mit tangentialem Übergang POLY EQU Polynomgleichungen L(t) = A0 + A1t + A2t2 + A3t3 Beispiel: lineare Antriebsfunktion für einen Drehwinkel von 360° mit einer Winkelgeschwindigkeit von 1 rad/s L(t)= A1t; mit ωan = 1 s-1 dauern 360° eine Zeit von 2π s Damit wird A1 = L(t)/t = 360°/(2π s)=57,2958 °/s Die Zeit (Abszisse) läuft also von 0 bis 2π s, die Antriebsgröße (Ordinate) von 0° bis 360°

SINE

Sinoide L(t) = A . sin (ωt + ϕ ) + C

DOMAIN

Festlegung der Untervollgrenzen

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5 Modifizierung eines Getriebes MODIFY BREAK

- Auflösung / Löschung aller getroffenen Definitionen

COMMAND - Änderung des Antriebes FIX PARTS - Änderung des Gestells JOINTS

- Änderung eines Gelenks

LIMITS

- Änderung der Bewegungsgrenzen

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CATIA-Aufbaukurs KINEMATICS Funktion Kinemat

Menü 1 START CREATE DELETE COPY TRANSFRM

Menü 2

Menü 3

Menü 4

REPLACE DUPLICAT CUR LAY ELEM Lay UNION RENAME DEFINE PT/PT PT/CRV SLID/CRV ROLL CRV PRISMAT GEAR RACK CABLE UNLIM LIM RIGID END FIX PART COMMAND ANGLE LENGTH


Modus 2D

Beschreibung aktiviert vorhandene unvollständige 2D-Kinematik initialisiert neues kinematisches Set löscht kinematisches Set kopiert kinematisches Set transformiert kinematisches Set ohne Verdoppelung mit Verdoppelung im aktuellen Layer im Originallayer mischt zwei kinematische Sets Umbenennung eines kinematischen Sets definiert Gelenke Drehgelenk Punkt läuft auf Kurve ebenes Kurvengelenk (nur gleiten) ebenes Kurvengelenk (nur rollen) Schubgelenk Räderpaar Rad/Zahnstange Übertragung einer Translation auf eine andere Achse nicht aktiviert bei SLID/CRV unbegrenzt mit Begrenzung der Bewegung starre Verbindung beendet Definitionsphase legt Gestell fest definiert Gelenkantriebe Dialogfenster COMMANDS Rotationsantrieb Linearantrieb

MODIFY BREAK CMD DEL FIX DEL JNT DEL LIMITS

ANALYZE EXIT

löscht bzw. ändert Gestell-und Antriebsdefinition löscht Antriebszuordnung löscht Gestell löscht Gelenke ändert Bewegungsgrenzen der Gelenke PT/PT-Winkelbegrenzung PT/CRV-Längenbegrenzung auf Kurve ROLL CRV-Längenbegrenzung einer Kurve PRISMAT-Längenbegrenzung GEAR-Winkelbegrenzung RACK-Win kel- oder Längenbegrenzung CABLE-Längenbegrenzung analysiert kinematische Verknüpfungen der Sets zurück zum Set-Management 10




Menü 1 START CREATE DELETE COPY TRANSFRM

Menü 2

Menü 3

Menü 4

REPLACE DUPLICAT CUR LAY ELEM Lay UNION RENAME DEFINE PT/PT CRV JNT PT/CRV SLID/CRV ROLL CRV UNLIM LIM SUR JNT PT/SUR PLANAR AXIS JNT REVOLUTE PRISMAT SCREW ACTUATOR UNLIM LIM U JOINT COMP JNT GEAR RACK CABLE UNLIM LIM CV JOINT RIGID END FIX PART COMMAND ANGLE LENGTH


Modus 3D

Beschreibung aktiviert vorhandene unvollständige 2D-Kinematik initialisiert neues kinematisches Set löscht kinematisches Set kopiert kinematisches Set transformiert kinematisches Set ohne Verdoppelung mit Verdoppelung im aktuellen Layer im Originallayer mischt zwei kinematische Sets Umbenennung eines kinematischen Sets definiert Gelenke Kugelgelenk Kurvengelenk Punkt läuft auf Kurve Kurve gleitet auf Kurve zurück zum Set-Management Kurve rollt auf Kurve unbegrenzt mit Begrenzung der Bewegung Flächengelenk Punkt läuft auf Fläche zwei ebene Flächen Achsenverbindung Drehung um eine Achse Schiebung entlang einer Achse Schraubbewegung Schiebung und Drehung unbegrenzt mit Begrenzung der Bewegung Kardangelenk zusammengesetzte Gelenke Räderpaar Rad/Zahnstange Übertragung einer Translation auf eine andere Achse unbegrenzt mit Begrenzung der Bewegung Gelenkwelle (2 U JOINT) starre Verbindung beendet Definitionsphase legt Gestell fest definiert Gelenkantriebe Dialogfenster COMMANDS Rotationsantrieb Linearantrieb

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Modus 3D

MODIFY BREAK CMD DEL FIX DEL JNT DEL LIMITS

ANALYZE EXIT

löscht bzw. ändert Gestell-und Antriebsdefinition löscht Antriebszuordnung löscht Gestell löscht Gelenke ändert Bewegungsgrenzen der Gelenke PT/CRV-Längenbegrenzung auf Kurve ROLL CRV-Längenbegrenzung einer Kurve REVOLUTE-Winkelbegrenzung PRISMAT-Längenbegrenzung ACTUATOR-Winkel- oder Längenbegrenzung SCREW-Winkel- oder Längenbegrenzung GEAR-Winkelbegrenzung RACK-Winkel- oder Längenbegrenzung CABLE-Längenbegrenzung analysiert kinematische Verknüpfungen der Sets zurück zum Set-Management

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CATIA-Aufbaukurs KINEMATICS Funktion Kinemuse

Menü 1 START USE USE LAWS

Menü 2

Menü 3

POSITION

VARIATN ABSOLUTE TRACE

NUM


Modus 2D/3D

Menü 4

Beschreibung aktiviert Kinematikdefinition simuliert Bewegung simuliert Bewegungen mit Steuergesetz aus aktueller Position heraus, ändern der Ausgangsposition zur Synchronisation von Getriebestellung und Bewegungsgesetz aus aktueller Position heraus (bei USE LAWS) zur angegebenen Position (bei USE LAWS) Schalterfunktionen mit "Spur" eines bewegten Elementes Dialogfenster: OPTIONS TRACE DISCRETE PT-, SOL-, CRV-Spurelemente wie Originalelement CONTINUE PT-Spur als CST-Element SOL-Spur als Konvexer Hüllkörper CRV-Spur als Hüll-CST-Element CUR LAY Spurelemente erzeugt im aktuellen Layer ELEM LAY Spurelemente erzeugt im Element- Layer ERASE Spurelemente werden nicht erhalten KEEP Spurelemente werden erhalten mit numerischer Berechnung der Relativpositionen

KIN

mit Geschwindigkeits- und Beschleunigunsberechnung

CONS

mit alphanumerischer oder grafischer Ausgabe der Ergebnisse Ausgabepanel KINEMATICAL OUTPUT Komponenten (U V W) und Betrag (AV) der Winkelgeschwindigkeit PT VEL Komponenten (VX VY VZ) und Betrag (PV) der Punktgeschwindigkeit ANG ACC Komponenten (AX AY AZ) und Betrag (AA) der Winkelbeschleunigung PT ACC Komponenten (PX PY PZ) und Betrag (PA) der Winkelbeschleunigung mit Bewegungsgrenzen ANG VEL

LIM COLL

mit Kollisionskontrolle Dialogfenster: OPTIONS COLLISION CREATE mit Spurelemenzerzeugung bei Kollision DETECT ohne Spurelemenzerzeugung bei Kollision DISCRETE Spurelement wie Originalkörper CONTINUE Spurelement als Hüllkörper CUR LAY Spurelement im aktuellen Layer ELEM LAY Spurelement im Element-Layer ERASE KEEP

Spurelemente werden nicht erhalten Spurelemente werden erhalten 13



CATIA-Aufbaukurs KINEMATICS Funktion Kinemuse

Menü 1

Menü 2

ANALYZE RECORD

Menü 3

FILE NUMERIC KINEMAT

MODIFY BREAK COMMAND FIX PART JOINTS MOVE OFF MOVE ON LIMITS OUTPUT TRACE NUMERIC COLLISN KINEMAT ANALYSE LAWS

DEFINE DOMAIN POLYCST

POLY EQU SINE MODIFY

COPY ERASE ATTACH EXIT


Modus 2D/3D

Menü 4

Beschreibung Dialogfenster: PARAMETERS VISU Anzeige des Antriebsparameters mit oder ohne Visualisierung wärend der Berechnung analysiert Bewegungsablauf mauf Alpha-Schirm wählt Speicherdatei speichert numer. Ausgabewerte ab (nach NUM-Option) speichert kinemat. Ausgabewerte ab (nach KIN-Option) ändert die kinematischen Parameter löscht Gestelldef., Antriebe, vereinbarte Traces, Kollisionen, numer. und kinemat. Parameterausgaben ändert Antriebskommandos wechselt Gestellglied ändert Gelenke ohne Anpassung des Getriebes in die neue Lage mit Anpassung des Getriebes in die neue Lage ändert Bewegungsgrenzen eines Gelenkes definiert Ausgabeelemente für Spurdefinition für geometrische Untersuchungen für Kollisionskontrolle für Geschwindigkeiten und Beschleunigungen analysiert Getriebelauf definiert Steuergesetze/Antriebsfunktionen Festlegung der Intervallgrenzen Polynomkurven (max. dritten Grades) POINT aus Stützpunkten (max. 4) TANGENT aus Stützpunkten mit Tangenten Polynomgleichungen Sinoide ändert ein Steuergesetz durch Verschieben der aktuellen Intervallgrenzen Veränderung der Koeffizienten der x- oder t-Parameter Öffnen oder Schließen des Intervalles mittels Auswahl der eckigen Klammern im Dialogfenster Panel: Graph-Ausgabe (/) Auswahl der Schrägstriche auf blauem Hintergrund (-/+) ermöglicht Teilbetrachtung von Abszisse oder Ordinate ist der Antriebsparameter L(T) ein Winkelgesetz ==> Berechnung in Grad L(X) eine Kurvenkoordinate ==> Berechng. in Modelleinheit kopiert Steuergesetze löscht Steuergesetze ordnet Steuergestz einem Befehl zu oder löst es geht auf Verwaltungsebene zurück

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Kinematiks Aufbaukurs

Aufbaukurs Mathematik

Unternehmen Deutsch Aufbaukurs. Lehrerbuch

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