Software: CAD - Tutorial - Kinematik - Inneres Stiftgetriebe

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Inneres Stiftgetriebe
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Das innere Stiftgetriebe ist eine Spezialform des Malteserkreuzgetriebes. Im Rahmen dieser Übung soll dieses Getriebe mit seiner Kinematik selbstständig als Prinziplösung modelliert werden.

Die Teilnehmer-Nummer xx (xx=01...99) ist innerhalb der Lösung wie folgt zu verwenden:

  1. Stiftrad_xx.ipt (Bewegungsradius=1xx mm vom Drehpunkt bis zur Stiftachse / Stiftdurchmesser=5,xx mm)
  2. Schaltrad_xx.ipt
  3. Grundplatte_xx.ipt (mit Lagerbohrungen)
  4. Schaltung_xx.iam (funktionelles "Einfügen" der Getrieberäder in die Grundplatte ohne zusätzliche Verbindungselemente)

Die Lage und Größe der beiden Getrieberäder müssen aufeinander abgestimmt werden:

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  • Die funktionsrelevanten Abmessungen des Stiftrades sind durch die Aufgabenstellung vorgegeben. Deshalb kann das Stiftrad ohne Berücksichtigung der Schaltrad-Geometrie konstruiert werden.
  • Die funktionsrelevante Geometrie des Schaltrades wird durch die Geometrie des Stiftrades bestimmt:
  1. Schlitzbreite etwas größer als Stiftdurchmesser.
  2. Innenkreis und Schlitzlänge kann man aus dem Bewegungsradius des Stifes berechnen. Dazu sollte man sich auf einem Blatt Papier die Anordnung von Stift- und Schaltrad auf der Grundplatte skizzieren.
  • Daraus ergibt sich auch der erforderliche Abstand der Lagerbohrungen in der Grundplatte.


Achtung:
Im Rahmen dieser Übung ersparen wir uns erfolglose Versuche zur Nutzung der Übergangsabhängigkeit für das Stift-Getriebe!

Mit den bisher in den CAD-Übungen behandelten Abhängigkeiten ist es nicht möglich, die Kinematik des Stiftgetriebes nachzubilden. Dazu eine kurze Erläuterung:

  • Innerhalb eines Schlitzes kann der Stift zwar mittels "Übergang" an einer Wandfläche entlanggleiten. Aber am Ende des Schlitzes muss sich der Stift von dieser Wandfläche lösen. Dies ist bei einer direkten Abhängigkeit "Übergang" zwischen den Bauteilen nicht möglich.
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    Man könnte mittels Sweeping die Bewegungsbahn des Stiftes auf Grundlage einer extrudierten Fläche nachbilden. Damit gelangt man jedoch nur mit dem Stift von einen Schlitz in den nächsten Schlitz. Die Verzweigung der Bewegungsbahn am Ausgang des Schlitzes kann durch den "Übergang" nicht bewältigt werden (Seitenwechsel auf der Fläche wäre erforderlich!).


Kontaktsatz

So heißt das Zauberwort, mit dem man die Wechselwirkung von Getriebe-Elementen bei ihrer Berührung modellieren kann:

  • Die gegenseitige "Nichtdurchdringbarkeit" von Bauteilen des sogenannten Kontaktsatzes wird als zusätzliche Zwangsbedingung bei der Berechnung des aktuellen Zusammenbaus berücksichtigt.
  • Der Vorteil der Aktivierung von Kontaksätzen im Vergleich zur Abhängigkeit "Übergang" besteht vor allem darin, dass sich die mittels Kontakt berührenden Bauteile auch wieder voneinander lösen können.


Für die Berücksichtigung von Bauteil-Kontakten muss ein separater Solver aktiviert werden:

  • Diese Funktion findet man versteckt unter MFL > Prüfen > Kollision > Kontaktlöser aktivieren.
  • Die zugehörige Online-Hilfe zum Kontaktlöser beschreibt dann auch überwiegend die Prüfaspekte.

Die Modellierung von Kontakten zwischen Bauteilen einer Baugruppe ist sehr einfach:

  • Damit die noch zu definierenden Kontaktstellen wirksam werden, muss man den Kontaktlöser aktivieren.
  • In der Baugruppenansicht des Browsers markiert man mittels Kontextmenü diejenigen Bauteile als Teil des Kontaktsatzes, deren wechselseitige Berührung man berücksichtigen möchte (Stiftrad und Schaltrad).
  • Hinweise:
    • Durchdringen sich Teile des Kontaktsatzes bei aktivem Kontaktsolver, so kann man diese Teile nicht "normal" zueinander bewegen. Nur durch ein schnelles Ziehen mit dem Cursor gelingt es dann, die Teile in eine kontaktlose Stellung zu bringen!
    • Ein Bauteil kann nicht gleichzeitig als "Adaptiv" und "Kontaktsatz" markiert werden, was in unserem Beispiel jedoch ohne Bedeutung ist!

Animation

Bisher haben wir Bewegungen innerhalb einer Baugruppe durch Ziehen mit dem Cursor animiert. Dies genügt für einen ersten qualitativen Eindruck zu den Freiheitsgraden der Bewegung:

  • Dreht man im Stiftgetriebe mit dem Cursor am Stiftrad, so sollte sich das Schaltrad diskontinuierlich bewegen.
  • Die Präzision unseres Cursor-Antriebs lässt jedoch Wünsche offen. Insbesondere, wenn man damit Animationsvideos erstellen möchte, welche die Funktion des Getriebes verdeutlichen.
Software CAD - Tutorial - Kinematik - nach Abhaengigkeit bewegen.gif

Man kann automatisiert ein Bauteil nach Abhängigkeiten Bewegen (Kontextmenü z.B. zum Drehgelenk):

  • Diese Funktion simuliert mechanische Bewegung, indem die gewählte Abhängigkeit eine Schrittsequenz durchläuft. Dabei wird das betroffene Bauteil entsprechend der Abhängigkeit mit einer gewählten Schrittweite ausgehend von einem Anfangswert bis zu einem Endwert bewegt.
  • Den Animationsdialog für das Bewegen des Bauteils erreicht man über das Kontextmenü des Drehgelenks im Browser:
  • Wir konfigurieren die Animation für vier komplette Umdrehungen des Stiftrades. Dies ergibt eine Umdrehung des Schaltrades.
  • Bei der Wahl des Startwinkels muss man beachten, dass es dabei zu keiner Durchdringung des Stiftes mit dem Material des Schaltrades kommt! Dann wäre eine Simulation der Bewegung nicht möglich.
  • Von der Animation könnte man ein Video erstellen. Aus Platzgründen soll dieses Video nicht als Bestandteil der Lösung eingeschickt werden.