Software: CAD - Tutorial - Dynamik - Modell

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Dynamik-Modell

Wir wechseln zum Erstellen des Dynamik-Modells in MFL > Umgebungen > Dynamische Simulation:

• Hier kann man das CAD-Modell einer Baugruppe (.iam) schrittweise in ein Dynamik-Modell überführen.
• In diesem "zusätzlichem" Dynamik-Modell sind die Geometrie- und Material-Eigenschaften des CAD-Modells auf ein System idealisierter Starrer Körper und Gelenke reduziert.
• Hinzugefügte Kräfte/Momente beeinflussen die Bewegung der starren Körper.

Automatische Transformation von Abhaengigkeiten

Nach dem Öffnen der Simulationsumgebung wandelt Autodesk Inventor standardmäßig die Baugruppen-Abhängigkeiten automatisch in Normgelenke um. Das Ergebnis dieser automatischen Modell-Transformation sieht man in der Browserleiste:

Die Komponenten der Baugruppe (Bauteile bzw. Unterbaugruppen) werden in zwei Gruppen unterteilt:

• In fixierte Starrkörper werden überführt:

1. Fixierte oder infolge von Lageabhängigkeiten unbewegliche Komponenten (das ist logisch!)
2. Bauteile mit nur 1 Freiheitsgrad, z.B. nach Einfügen (das ist u.a. für Verbindungselemente sinnvoll und muss ansonsten noch manuell geändert werden!):

• In bewegliche Gruppen (Starrkörper) werden überführt:

1. Unterbaugruppen, welche noch mindestens einen Freiheitsgrad aufweisen (z.B. nach Einfügen)
2. Bauteile, welche über mehr als einen Freiheitsgrad verfügen (z.B. Passend - Axial)

• Eine "verschweißte Gruppe" wird generiert, wenn Bauteile oder Unterbaugruppen über Positions- bzw. Lageabhängigkeiten zueinander unbeweglich sind (tritt im Beispiel nicht auf). Verschweißte Gruppen können sowohl fixiert, als auch beweglich sein.
• Bewegliche Gruppen kann man "farblich hervorheben" (im Browser Kontextmenü auf Bewegliche Gruppen). Damit treten die Komponenten des dynamischen Modells deutlich hervor:

Die fixierten (durchsichtig dargestellten) Starrkörper sind noch nicht Bestandteil des Dynamik-Modells:

• Die Freiheitsgrade der Baugruppen-Abhängigkeiten bleiben weiterhin verfügbar.
• Im Beispiel kann man das Hemmungsrad mit dem Cursor um die Einfüge-Achse drehen.

Normverbindungen (Gelenke) werden für die beweglichen Starrkörper automatisch anhand der Zusammenbau-Abhängigkeiten erstellt:

• Im Beispiel wird die Abhängigkeit Einfügen in ein Gelenk Drehung transformiert.
• Die beweglichen Starrkörper können "dynamisch" in ihren Gelenken bewegt werden. Fasst man einen beweglichen Starrkörper mit dem Cursor, so wird ein "Gummifaden" zwischen Cursor und Starrkörper befestigt. Zieht man mit der gedrückten Maustaste am Faden, so erfolgt eine dynamische Simulation des aktuell vorhandenen Dynamikmodells:

• Im Beispiel existiert noch keine Verbindung zwischen Unruhe und Anker. Beide Komponenten bewegen sich noch unabhängig voneinander.

Externe Belastungen werden bei der automatischen Modell-Generierung nicht erstellt:

• Da die Schwerkraft zumindest auf der Erde immer auf Massen wirkt, ist die Schwerkraft standardmäßig als externe Belastung vorgesehen.
• Die Wirkung der Schwerkraft ist jedoch noch deaktiviert, da keine Informationen zur Lage des Mechanismus in Bezug zur Schwerkraft vorliegen.

Schrittweise Inbetriebnahme des Dynamik-Modells

Schwerkraft definieren

• Der zugehörige Dialog wird über das Kontextmenü der im Browser aufgerufen.
• Der Wert für die Erdbeschleunigung ist bereits eingetragen.
• Die Richtung kann man über Vektorkomponenten in Bezug zum Baugruppen-Koordinatensystem oder über ein "fixiertes" Objekt der Baugruppe festlegen.
• Im Beispiel kann man eine Kante des Objekts "Platte" benutzen und daran die Richtung der Schwerkraft festlegen:

• Unter Einwirkung der Schwerkraft können wir nun die erste Simulation starten:

• Die beweglichen Grupen Anker und Unruhe bewegen sich bei der Simulation in Abhängigkeit von ihrer Ausgangslage. Falls sich z.B. die Unruhe nur unmerklich bewegt, verdrehen wir mit dem Cursor die Ausgangsposition der unwuchtbehafteten Unruhe. Das gelingt jedoch nur, wenn in der Simulationswiedergabe wieder den Konstruktionsmodus aktivieren:

Starrkoerper zum Dynamik-Modell hinzufuegen

• Im Beispiel fehlt im Dynamik-Modell (d.h. in den "Beweglichen Gruppen") noch das Hemmungsrad.
• Die manuelle Überführung von "Fixierten Körpern" in "Bewegliche Gruppen" erfolgt durch "Freiheitsgrad beibehalten" (Achtung: zuvor "Konstruktionsmodus aktivieren"!):

• Dabei wird aus der Abhängigkeit Einfügen eine Normverbindung (Gelenk) Drehung zwischen Hemmungsrad und Platte:

Kontaktstellen zwischen den Starrkörpern

Bisher bewegen sich bei der Dynamik-Simulation alle Starrkörper unabhängig voneinander um ihre Gelenke (Normverbindungen). Das ist logisch, denn es wurden noch keine wechselwirkende Kontaktstellen zwischen den einzelnen Starrkörpern definiert. Wir werden diese Kontaktestellen nun schrittweise definieren und in Betrieb nehmen:

• Als Kontaktstellen werden spezielle Gelenktypen benutzt.
• Wenn es möglich ist, sollte man 2D-Kontakte verwenden, weil der Berechnungsaufwand dafür am Geringsten ist. Für ebene Mechanismen, wie unserer Schweizer Hemmung, sollte das fast ausnahmslos möglich sein.
• Eine 2D-Kontaktverbindung erkennt, wenn eine Kollision auftritt, und ermöglichst dass wieder eine Trennung der kollidierten Körper stattfinden kann.

Kontakt zwischen Unruhe-Ellipse und Anker-Gabel

Wir beginnen mit der Kontaktstelle zwischen der Ellipse der Unruhe und dem Anker (Gabel):

• In der Realität findet der Kontakt zwischen diesen beiden Teilen (etwas idealisiert betrachtet) entlang einer Kontaktlinie statt.
• Diese Kontaktlinie wird innerhalb eines 2D-Kontaktes auf Punkt-Kontakte der 2D-Kontur der beiden Bauteile reduziert.
• Bei der Definition eines 2D-Kontaktes muss man zuerst diese beiden Konturen auswählen. Im Beispiel sind das die Konturen Oberseiten des Ankers (Teil 1) und der Ellipse (Teil 2):

• Man markiert jeweils einen Abschnitt der zu kontaktierenden Konturen:

• Das funktioniert nur, wenn der Kontur-Abschnitt (wie im Bild gezeigt) jeweils zu einer ebenen Fläche gehört. Es wird dann damit die Gesamtkontur gewählt, welche die ebene Fläche umschließt.
• Im Beispiel sind die zu den Kontur-Abschnitten gehörenden eigentlichen 3D-Kontaktflächen von Ankergabel und Ellipse gekrümmt. Deshalb können sie keine 2D-Konturflächen sein, was der Inventor "erkennt"!
• Gehört ein gewählter Kontur-Abschnitt zu zwei ebenen Flächen (z.B. Strecke in der Mitte der Ankergabel), so erfolgt eine Fehlermeldung:

"Abrufen von Kontur aus ausgewählter Referenz unmöglich. Klicken Sie auf die ebene Fläche der Kontur oder eine Kante ihres Umrisses."

• Geht man wie angemahnt vor, so gelingt auch die Auswahl von "nichtgekrümmten" Konturen.

Die Kontaktstelle muss nun in Abhängigkeit von der Materialpaarung konfiguriert werden:

• Wählt man ein Kontaktgelenk im Browser, so werden die damit kontaktierten Gruppen markiert.
• Über das Kontextmenü des Gelenks gelangt man in den Eigenschaftsdialog des 2D-Kontakts

Zur Konfiguration eines 2D-Kontaktes werden nur zwei Parameter benutzt. In Ermangelung konkreter Kontakt-Parameter benutzen wir die Vorgaben, welche einer Stahl-Stahl-Paarung recht gut entsprechen:

• Reibung: entspricht dem als konstant angenommenen Gleitreib-Koeffizienten.
• Rückstellung: ist eine "unglückliche" Eindeutschung von Restitutionskoeffizient (1=elastisch / 0=plastisch). Auch hierbei handelt es sich um einen konstanten Wert.

Für beide 2D-Konturen kann man den Normalenvektor umkehren. Für jede 2D-Kontur existiert ein Button im Dialog der Gelenk-Eigenschaften:

• Die an den gewählten Kontur-Abschnitten angezeigten 3D-Koordinaten-Systeme sind nicht wie im Inventor üblich farblich mit RGB-Achsen versehen (Rot/Grün/Blau=XYZ). Die Farbe verweist hier auf die 2D-Kontur (blau=1/grün=2).
• Die Anzahl der Pfeilspitzen kennzeichnet die Achse (1=X/2=Y/3=Z).
• Die Z-Achse als Kontur-Normale (3 Spitzen) muss aus der Kontur herauszeigen. Im Beispiel wurde das vom Inventor automatisch richtig erkennt.
• Zeigt die Z-Achse in das Innere einer gewählten Kontur, so kann man dies über den zughörigen Button umkehren. Dies kann bei Innenkonturen von Bauteilen erforderlich sein.

===>>> Hier geht es bald weiter !!!

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