1 SZÁMÍTÓGÉPES GÉPTERVEZÉS Fogalmak, történeti áttekintés (1. előadás) Tervezés • Gondolatban történő megvalósítás Mérnöki tevékenység, amely – követelményeket elégít ki, – a természettudomány törvényeit alkalmazza, Számítógépes géptervezés 2 a természettudomány törvényeit alkalmazza, – anyagi megvalósításra törekszik. Történet 1923 1961 1986 1991 ÁBRA: Mérnöki tervezőiroda változása a Westwood Works vállalatnál (www.westwoodworks.net ) CAD speciális alkalmazási területei ArchiCAD OptiTex Számítógépes géptervezés 3 Történet OrCAD Lung CAD CAXX‐modulok kapcsolódási modellje „Technológia vonat”: Számítógépes géptervezés Történet CACD: számítógéppel segített koncepcionális tervezés (CA Conceptual Design) CAD: számítógéppel segített tervezés (CA Design/Drafting) CAE: számítógéppel segített mérnöki tevékenység (CA Design/Drafting) CAPP: számítógéppel segített folyamat- és művelettervezés (CA Process Planning) CAM: számítógéppel segített gyártás (CA Manufacturing) CAPE: számítógéppel segített termeléstervezés (CA Production Engineering) CAQC: számítógéppel segített minőségbiztosítás (CA Quality Control) CAST: számítógéppel segített raktározás és szállítás (CA Storage and Transport) 4 CAD • Technológia • Számítógépes rendszert használ • Segít a tervezés megvalósulásában, ód í á áb l é éb Számítógépes géptervezés 5 módosításában, elemzésében, optimalizálásában Történet CAM • Technológia • Számítógépes rendszert használ • Gyártási műveletek tervezése, menedzselése, ll ő é f lü l Számítógépes géptervezés 6 ellenőrzése, felügyelete NC (numerical control) Robot programozás Történet
40
Embed
01 történet [Kompatibilitási mód] · öntészeti modul • cipőtervezés • formatervező • fröccsöntőszerszámtervező modul • lemezalkatrész megmunkáló • repülőgép
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
1
SZÁMÍTÓGÉPES GÉPTERVEZÉS
Fogalmak, történeti áttekintés(1. előadás)
Tervezés
• Gondolatban történő megvalósítás
Mérnöki tevékenység, amely
– követelményeket elégít ki,
– a természettudomány törvényeit alkalmazza,
Számítógépes géptervezés 2
a természettudomány törvényeit alkalmazza,
– anyagi megvalósításra törekszik.
Történet
1923 1961 1986 1991
ÁBRA: Mérnöki tervezőiroda változása a Westwood Works vállalatnál (www.westwoodworks.net)
CAD speciális alkalmazási területei
ArchiCAD
OptiTex
Számítógépes géptervezés 3Történet
p
OrCAD Lung CAD
CAXX‐modulok kapcsolódási modellje
„Technológia vonat”:
Számítógépes géptervezésTörténet
CACD: számítógéppel segített koncepcionális tervezés (CA Conceptual Design)
CAD: számítógéppel segített tervezés (CA Design/Drafting)
CAE: számítógéppel segített mérnöki tevékenység (CA Design/Drafting)
CAPP: számítógéppel segített folyamat- és művelettervezés (CA Process Planning)
CAM: számítógéppel segített gyártás (CA Manufacturing)
CAPE: számítógéppel segített termeléstervezés (CA Production Engineering)
CAQC: számítógéppel segített minőségbiztosítás (CA Quality Control)
CAST: számítógéppel segített raktározás és szállítás (CA Storage and Transport)
4
CAD
• Technológia
• Számítógépes rendszert használ
• Segít a tervezés megvalósulásában, ód í á áb l é éb
Számítógépes géptervezés 5
módosításában, elemzésében, optimalizálásában
Történet
CAM
• Technológia
• Számítógépes rendszert használ
• Gyártási műveletek tervezése, menedzselése, ll ő é f lü l
Számítógépes géptervezés 6
ellenőrzése, felügyelete
NC (numerical control)
Robot programozás
Történet
2
CAE
• Működés vizsgálata (szimuláció)
• Kinematikai programok
• Dinamikai programok
Számítógépes géptervezés 7
• Végeselem vizsgálat (feszültség, deformáció, hőhatás, áramlás, stb.)
Történet
Integrált testmodellezés részei
• folyamattervezés
• geometriai tervezés
Számítógépes géptervezés 8
• gyártástervezés
• gyártás és szerelés szimulációja
• rapid prototyping
Történet
Miért alakult ki a CAD?
XX. szd. utolsó évtizedeiben:
• Árutermelésben túlkínálat.
• Szigorú piaci elvárások.
Számítógépes géptervezés 9
• Igények és lehetőségek találkozása a 60‐as években.
Történet
Igények
• Gyorsan piacra juttatni.
• Legkisebb költségráfordítással.
• Új funkcionális szolgáltatások.
Számítógépes géptervezés 10
• Fokozott minőség.
• Fokozott megbízhatóság.
Történet
A fejlődés szakaszai
• Eredeti fejlesztések szakasza
• Ipari technológiává válás időszaka
• Tudásorientált továbbfejlesztés időszaka
Számítógépes géptervezés 11Történet
Eredeti fejlesztések szakasza• 50‐es évektől. Kezdetben csak numerikus adatfeldolgozás.
• Grafikus alkalmazás: MIT (1949) számítógéppel vezérelt grafikus megjelenítés. TV ké ő j ll ű k ód á ő
Számítógépes géptervezés 12
TV képernyő jellegű katódsugárcső.
• 1962. Az első interaktív grafikus rendszer. (Sketchpad) Ivan Sutherland.
Történet
3
Eredeti fejlesztések szakasza• Képfrissítés problematikája (másodpercenként legalább 30‐szor).
• Kezdetben képpont orientált megjelenítés.
• Később vonalas megjelenítés.
Számítógépes géptervezés 13
• 80‐as évektől újból a képpont orintált megjelenítőké a vezető szerep.
Történet
Eredeti fejlesztések szakasza• Beviteli eszközök fejlődése: fényceruza, digitalizáló tábla, egér.
• 1964. General Motors DAC‐1 rendszere. IBM gépre épülő rajzolórendszer. (Design Automated by Computer)
1965 B ll T l h L b t i IBM 7094
Számítógépes géptervezés 14
• 1965. Bell Telephone Laboratories. IBM 7094 számítógép, DEC 340M monitor. Áramköri alkatrész‐és huzalozásrajzoló rendszer (GRAPHIC 1)
Történet
DAC-1
Eredeti fejlesztések szakasza
• Az első eszközfüggetlen grafikus rendszer. GINO, 1966. (University of Cambridge)
• 70‐es évek eleje: hatékonyságot növelő szerkesztő eljárások (nagyítás gumivonal
Számítógépes géptervezés 15
szerkesztő eljárások (nagyítás, gumivonal, mozgatás, forgatás stb.) Ezekre nincs lehetőség a hagyományos rajztáblás rajzolásnál.
• vázlatkészítés, – a vázlat geometriai és méretkényszerekkel való ellátása;
• bázis, és további alaksajátosságok létrehozása – …anyag hozzáadásával vagy elvételével;
Számítógépes géptervezés 6
• alkatrész módosítása;
• anyag, és más attributív információk hozzárendelése.
Kényszerek
2
Dinamikus modellezés
• A tervezés során szükséges a kiinduló geometria többszöri módosítása, melyet
– funkcionális,
– szilárdsági,
– minőségi,
Számítógépes géptervezés 7
– gyárthatósági vagy
– szerelhetőségi
szempontoknak való megfelelés indukál
• Konstrukció‐variánsok előállítására való igény
Kényszerek
Kényszerek a modellezésben
• A felhasználói kényszerek a tervezési cél alapján határozzák meg a geometriát
• A tervezési változatok előállíthatók néhány fontos mérettel
• A geometria automatikusan megújul a kényszerek
Számítógépes géptervezés 8
g g j yrévén
Kényszerek
Példa
D1
D5
Számítógépes géptervezés 9
D2
D4
D3
Kényszerek
Tervezési cél
• Az alkatrész legyen kétszer olyan hosszú, mint amilyen széles
• A furat mindkét irányban középen legyen
• A furat átmérője legyen 50 mm
Számítógépes géptervezés 10Kényszerek
Kényszerek definiálásának típusai
• Parametrikus modellezés
– A kényszerek adott sorrend szerint vannak megadva
– Mindegyik kényszer számítása az előtte meghatározottakra épül
– Fontos a kényszerek előírásának sorrendje
– A paraméterek között nemcsak matematikai, de logikai
Számítógépes géptervezés 11
kapcsolatrendszer is felírható.
• Változó alapú modellezés
– A kényszerek megoldása egyidejű
– A kényszerek előírásának sorrendje nem lényeges
Kényszerek
Parametrikus meghatározás
A felhasználó előírja a D1 méretet, a többi méret számítása egymás után történik:
2/12
1
DD
xD
Számítógépes géptervezés 12
50
2/
2
5
34
13
D
DD
DD
Kényszerek
3
Változó alapú meghatározás
Egyenletrendszer egyidejű megoldása:
02
050
21
5
DD
D
Számítógépes géptervezés 13
0
02
02
1
43
31
xD
DD
DD
Kényszerek
Kényszerek típusai
• Alap kényszerek
• Méretezési kényszerek
• Geometriai kényszerek
Számítógépes géptervezés 14Kényszerek
– Vízszintes
– Függőleges
– Mindkét vég rögzített
– Pont elhelyezés
– Pont X koordinátája
P t Y k di átáj
• Alap kényszerek
• Méretezési kényszerek
• Geometriai kényszerek
Kényszerek típusai
Számítógépes géptervezés 15
– Pont Y koordinátája
– Vonal szöge
Kényszerek
– Vízszintes méret
– Függőleges méret
– Hossz‐méret
– Szögméret
Kényszerek típusai
• Alap kényszerek
• Méretezési kényszerek
• Geometriai kényszerek
Számítógépes géptervezés 16
– Sugár méret
Kényszerek
– Párhuzamos
– Merőleges
– Érintő
Kényszerek típusai
• Alap kényszerek
• Méretezési kényszerek
• Geometriai kényszerek
Számítógépes géptervezés 17
– Egytengelyű, egybevágó, közös síkban van,
Kényszerek
„Okos” vázlat
• A legtöbb CAD rendszer használja az „okos” vázlat eszközt
• A tervezési célt úgy követjük, hogy a kényszerek automatikusan működnek
• Például: ha két vonal közel merőleges, az „okos”
Számítógépes géptervezés 18
vázlatban merőleges lesz, a kényszer miatt.
Kényszerek
1
Számítógépes géptervezés
Szerelt egység modellezése(8. előadás)
Összeállítás modellezés
• Egy szerelt egység kettő vagy több alkatrészből áll, amelyek a térben egymáshoz képest valamilyen viszonylagos helyzetet foglalnak el
• Az alkatrészek helyét és viszonylagos• Az alkatrészek helyét és viszonylagos mozgását kényszerek határozzák meg
• A legtöbb összeállítás mozgása kényszerekkel teljes mértékben kötött (nincs mozgás)
• A mechanizmusok mozgása csak részben kötött (szabadságfok)
Számítógépes géptervezés 2Szerelés
Szerelt modellek alkalmazásai
• Ütközés vizsgálat
• Megjelenítés
– árnyalt
bb– robbantott
• Animáció
• Mechanizmus‐elemzés
Számítógépes géptervezés 3Szerelés
Példa egy összeállításra
Számítógépes géptervezés 4Szerelés
Robbantott szerelés
Számítógépes géptervezés 5Szerelés
Fúrógép: szerelt modell
Számítógépes géptervezés 6Szerelés
2
Fúrógép: robbantott ábra
Számítógépes géptervezés 7Szerelés
Kávéfőző: modell és robbantott ábra
Számítógépes géptervezés 8Szerelés
Gitár
Számítógépes géptervezés 9Szerelés
Gitár
Számítógépes géptervezés 10Szerelés
Gitár
Számítógépes géptervezés 11Szerelés
Gitár
Számítógépes géptervezés 12Szerelés
3
Gitár
Számítógépes géptervezés 13Szerelés
A szerelés hierarchia
• A szerelés hierarchia meghatározza a kapcsolatot az alkatrészek között
• A szerelt egységeknek több szintje lehet (összeállításon belül rész összeállítás)(összeállításon belül rész összeállítás)
Számítógépes géptervezés 14Szerelés
Példa a szerelés hierarchiára
• Eszterga
– Főorsó
• Tokmány
• …
alkatrészek
– Szegnyereg
• …
– Sebességváltó
• …
– Szánszerkezet
• … stb.Számítógépes géptervezés 15
rész-összeállítás
Szerelés
Az alkatrészek elhelyezése a szerelésben
• Az elhelyezés mozgatással és forgatással történik
• Ez megköveteli a relatív helyzetek pontos ismeretét koordináta rendszerek használatátismeretét, koordináta rendszerek használatát, és számszerű értékek ismeretét
• Ha egy alkatrész mérete vagy helyzete megváltozik, az összeállításnak át kell alakulnia
Számítógépes géptervezés 16Szerelés
Összeállításban használt kényszerek
• A kényszerek folytonos kapcsolatot teremtenek az alkatrészek között
• Általában hasonlóan használhatók, mint a 2D‐s kényszereky
• Jellegzetes kényszerek:
– Két felület felfekszik egymáson
– Tengelyek egybeesnek
– Két felület párhuzamos, előírt távolságra
– stb.Számítógépes géptervezés 17Szerelés
Animáció és mozgás
• Ha egy szerelés nem teljesen lekötött a kényszerekkel, relatív mozgás lehetséges
Számítógépes géptervezés 18Szerelés
4
Mechanizmus tervezés
• A mechanizmus egy olyan szerelt egység, amely lehetővé tesz relatív mozgást az alkatrészek között
• A mechanizmus tagokból áll, amelyeketkényszerek kötnek össze
A kén s erek típ sai• A kényszerek típusai:
– forgó
– csúszó
– gömb
– henger
– csavar
Számítógépes géptervezés 19Szerelés
Mechanizmus elemzés
• Több CAD rendszerben lehetőség van „hajtásra”, egy tag bemenő mozgásának előírásával
• A többi tag a kinematikai viszonyoknak• A többi tag a kinematikai viszonyoknak megfelelően mozog
• Általában lehetőség van erőhatások számítására
Számítógépes géptervezés 20Szerelés
Mozgás szimuláció
Számítógépes géptervezés 21Szerelés
Robbantott nézet
Számítógépes géptervezés 22Szerelés
1
Számítógépes géptervezés
Végeselemes vizsgálat(9. előadás)
Bevezetés
• A mérnöki tervezés során szükség van feszültségek, hőmérsékletek, rezgések, stb. elemzésére
• A megszokott számítások csak egyszerű g gyesetekben alkalmazhatók. Pl. egy befogott tartó számítása elvégezhető hagyományos módszerekkel
• Egy hajtóműház feszültség‐eloszlása viszont nem vizsgálható a klasszikus módon
Számítógépes géptervezés 2Végeselem
Végeselem‐módszer
• A FEM (Finite Elements Method) vagy VEM bonyolult feladatok megoldását teszi lehetővé, numerikus úton
• Nagy teljesítményű rugalmas de számítás• Nagy teljesítményű, rugalmas, de számítás‐igényes
• Ahhoz, hogy elfogadható időn belül kellő pontosságú eredményt kapjunk a valóságot jól leíró modell szükséges
Számítógépes géptervezés 3Végeselem
Alkalmazások
• Feszültség vizsgálatok
• Folyadék áramlások
• Hőátvitel, hőtechnikai elemzések
• Dinamikai vizsgálatok
• Stb.
Számítógépes géptervezés 4Végeselem
Alapismeretek (feszültség elemzés)
• A testet (geometriát) felbontják egymáshoz kapcsolódó egyszerű elemekre, amelyek egy rácsozatot (hálózatot) képeznek
• A csomópontok elmozdulásai az erőhatások• A csomópontok elmozdulásai az erőhatások függvényei, azaz
f=K d
Ahol f a működő erők vektora, K a merevségimátrix és d a csomópont elmozdulása
Számítógépes géptervezés 5Végeselem
Alapismeretek
• Az elmozdulások meghatározásához nagyszámú egyenletből álló egyenletrendszert kell megoldani
• Az elemek közötti nyúlás és az annak megfelelő feszültség a csomópontok elmozdulásából interpolálható
• Ez az információ lehetővé teszi a nyúlások és feszültségek pontos becslését az egész alkatrészre nézve