Mekanik bir sistem fiziksel bir model oluşturmadan nasıl tasarlanır ve test edilir?


10

Makine mühendisliği konusunda yeniyim, ancak bilimsel bir geçmişim olmasına rağmen (Matematikte lisansüstü) ve (çoğunlukla) yaşam için kod yazıyorum.

Mekanik bir cihaz oluşturma konusunda bir fikrim var; Vites, bağlantı ve aktüatör gerektireceğini düşünüyorum.

İşlerin nereye uyacağı hakkında kabaca bir fikrim var, ancak gerçek cihazı oluşturmadan önce yazılımdaki tasarımı test edip değiştirebilmeyi istiyorum. Bir açıklama noktası olarak, "test" dediğimde, örneğin, hareket halindeyken iki öğenin çarpışıp çarpmayacağı ya da birbirlerini geçtikçe aralarında yeterli boşluk olup olmadığı gibi animasyon yoluyla görüntüleme demek istiyorum.

Bu, tasarımı sonlandırmadan ve daha sonra tasarımdan fiziksel sistemi inşa etmeden önce, parçaların tasarım ve simülasyon testlerini yapmama izin veriyor.

Aşamalar:

  1. 3B tasarımı yazılımda oluşturun
  2. Tasarım ve yineleme düzeltilmemişse "çalışıp çalışmadığını" görmek için simülasyonu çalıştırın
  3. "Çalışan" tasarımdan fiziksel sistem oluşturun

Sistemin birlikte çalışan üç alt sistemden oluştuğunu anladım.

Bu yüzden, her bir alt bileşeni tüm sisteme entegre etmeden önce tasarlamak ve test etmek istiyorum.

O zaman sorum şu:

  • Tasarım gerçek dünyada böyle mi yapılıyor?
  • Planladığım programın artıları ve eksileri nelerdir?

Tasarım ve test yapmak için FreeCAD kullanmayı planlıyorum.


Projen için nasıl geçti? :)
akauppi

Yanıtlar:


10

Cevap: Evet , gerçek dünyada böyle yapılır. Açıkladığınız şey, CAD'deki sistemleri kontrol etmek için işimde yaptığım şey.

Tasarım sürecime adım atmamı istediğini belirttiğiniz için, aşağıda detaylandırdım. Bunların çoğunun CAD içermediğini unutmayın. CAD paha biçilmezdir, ancak önce kalem ve kağıdı çıkarmaya hazırsanız. Ayrıca bu sadece dikkat benim , bu hiçbir şekilde şeyleri ele almak için tek yol tasarım sürecidir.

Hazırlık

Herhangi bir tasarıma başladığımda, hangi boşluğa sığması gerekeceği, neyle arabirim kurması gerektiği, giriş ve çıkışın ne olacağı gibi genel parametreleri anlayarak başlıyorum. (Somut bir örnek uğruna), uzun bir boru parçasını alan ve önceden belirlenmiş bölümlere kesen bir makine yaptığımı söyleyelim. İlk adımım, girmek istediğim borunun boyutunu ve malzemesini, makinenin boruyu ne kadar kesmesi gerektiğini, boruyu kesmek için hangi yöntemi kullanacağımı ve üzerinde ne kadar alanım olduğunu belirlemek olacaktır. adı geçen makine için atölye.

Sonra düşündüğüm şeyin gerçekten kaba bir taslağını yapmaya devam edeceğim. Boru kesici örneğinde, "kesici" etiketli bir kutu ve boru ağırlığı çapı ve uzunluğu ile etiketlenmiş bir çizgi kadar basit olabilir.

Bir sonraki adım, hangi kuvvetlerin, hızların vb. Gerekli olacağını anlamak için biraz matematik yapmaktır. Matematik geçmişinden geldiğini söylediğin için, bunun üzerinde fazla durmayacağım.

Burada genellikle başka bir eskiz yapıyorum, ancak artık bileşenlerimin ne kadar büyük olması gerektiğine dair bir his hissediyorum çünkü ilgili güçleri biliyorum.

Matematiği yaptıktan sonra, ihtiyaçlarımı karşılayan ticari parçaları ararım ve (mümkünse) bu parçalar için CAD dosyaları veya mekanik çizimler indiririm.

Bazı ticari parçalara sahip olduğumda, başka bir çizim yapacağım, bu sefer ticari parçaların etiketli arayüzleri ile ilgili konumlarını göstererek ne tür bir destek yapısı inşa etmem gerektiğini biliyorum.

3D modelleme

Bu noktada sonunda CAD paketini dağıttım. 3D modelleri bulunmayan ticari parçaların 3D modellerini çevrimiçi olarak sunarak başlıyorum ve daha sonra destek yapısı parçalarıma geçiyorum ve tüm parçaları bir araya toplayabiliyorum.

Daha önce hiç CAD kullanmadıysanız muhtemelen çok merak ettiğiniz kısım.

3D CAD'de, her bir parçayı çizmelisiniz (genellikle ya ticari bir parça olarak gelen ya da kendi parça dosyasında tek bir malzemeden yapılmış bir şey) Parça dosyalarına sahip olduktan sonra, montaj denilen şeyi yapabilirsiniz. Assembly, birkaç parça dosyasını seçmenize ve aralarındaki bağlantıları tanımlamanıza olanak tanır CAD programlarının "çarpışma" hissi yoktur, bu nedenle programa hangi yüzlerin diğer yüzlerle hizalandığını, aralarındaki mesafeyi vb. anlatmanız gerekir. İki serbestlik derecesini paralel olarak belirlemek bir serbestlik derecesini kaldırır, bir eş (iki yüzey çakışır) iki ya da üçünü kaldırır.

FreeCAD

FreeCad'i kullanmadım, bu yüzden özellikle artılarının ve eksilerin ne olacağı hakkında yorum yapamam, ama tahminim şu: artıları ücretsiz olacak ve hangi boyutların işe yaradığını ve neyin işe yaramadığını göreceksiniz , eksilerini ticari yazılımın kullanımı daha kolay olurdu.


Cevabınız için teşekkürler. Bu konuda yepyeni olduğum için , bir sistemin IDEA'sını kafanızdan bir bilgisayarda bir TASARIM'a (ayrıntılarda fazla durmadan ) dahil etmek için cevabınızı, adımları (veya iş akışını) ayrıntılandırabilir misiniz? kullanılan yazılımın). Teşekkürler
Homunculus Reticulli

1
Çok fazla ayrıntı ekledim, ancak hangi parçaların yardımcı olacağından gerçekten emin değilim. Tüm kitaplar bu şeyler hakkında kolayca yazılabilir, ancak biraz ayrıntılandırmak istediğiniz bir şey varsa, muhtemelen bunu yapabilirim.
regdoug

+1 Çok teşekkürler. Beni başlatmak için tam da ihtiyacım olan bu!
Homunculus Reticulli

1

CAD, Geometrik girişim ve özel tasarımın belirlenmesi için gereklidir. CAD paketinde Sonlu Elemanlar kullanılıyorsa, veriler gerilim ve gerinim hesaplamaları için kullanılabilir (sistemin yüklere dayanıp dayanmayacağını belirleme). Bir sistem dinamik olacaksa, statik yükler ve dinamik yükler olduğu için bu karmaşıklaşabilir. Model değişik yüklere maruz kaldığında dinamik yüklerin hesaplanması gerekir.

Mekanik mukavemete ek olarak, bir simülasyon kullanılarak belirlenmesi gereken başka parametreler de vardır. Bir süspansiyon sistemi tasarladığınızı varsayalım. Yayın yay sabiti ve damperin sönümleme sabiti bir simülasyon kullanılarak seçilmelidir. Simulink kullanılarak veya bilgisayar dilinde kodlanarak matematiksel bir simülasyon geliştirilebilir. Beklenen kuvvet profilleri ve test koşulları kullanılarak parametreler simülasyon kullanılarak belirlenebilir.


1

Fortune 500 makine mühendisliği şirketinde çalışıyorum.

Mekanik bir sistemde ürün geliştirme süreci genel olarak:

Kuvvetler, sıcaklıklar, basınçlar vb. İlk şey, spesifikasyonu karşılayabilecek veya karşılamayacak tasarım konseptleri üretmeye başlamaktır. Bu, tüm tasarım koşullarında üretim kolaylığını ve performansı kolaylaştıracak malzemeyi, belirtilen tasarım ömrü boyunca dayanacak doğru yapısal bütünlük özellikleri ile görevi yerine getirecek geometriyi seçmenin bir kombinasyonudur.

Bu tasarım, katı bileşenlerin modellendiği bir CAD paketinde tamamlanır.

Oradan montajlar ve üretim çizimleri yapılabilir, ancak önce tasarımımızı bazı analizlerle doğrulamalıyız. Bu, boyutların tasarım zarfı içinde çalışacağını göstermek için temel matematik ve fizik, temel kinematik ve kinetik veya örneğin bir sıvıyı işleyen bir tasarım için kütle denklikleri olabilir.

Daha doğru analiz, CAE (bilgisayar destekli mühendislik) veya ALD (analiz odaklı tasarım) olarak bilinen yazılımlarda uygulanan karmaşık yöntemlerin kullanılmasını gerektirir.

Gerilmeleri ve gerilmeleri, sıcaklıkları ve bir dereceye kadar akışkanları incelemek için, sonlu eleman yöntemi, kafesli bir modele ve bazı sınır koşullarına dayalı olarak yerel özellikleri hesaplamak için kullanılır.

Geometri ile akışkan etkileşimini incelemek ve basınçlara, sıcaklıklara ve diğer akışkan ve termal özelliklere bakmak için hesaplamalı akışkanlar dinamiği kullanılır. Bu genellikle sonlu hacim yönteminin bir uygulamasıdır.

Simüle edip yinelemeye karar verdiniz. Esasen süreç böyle yapılır. Bununla birlikte, istatistiksel olarak doğrulanmış yöntemler, optimize edilmiş tasarım konfigürasyonları üretmek için deneyler teorisinin tasarımı kullanılarak kullanılır.


1

Nasıl geçtiğine emin değilim ama aynı gemideyim ve güldüm ...

"Dişliler, bağlantılar ve aktüatörler gerektirecek" Hobi için çok zor olduğuna inanıyorum. Bu modelleme seviyesi £ ££££ profesyonel tasarım yazılımı gerektirir. Bunu elde edebiliyorsanız, 3D modelleme düşünme biçimiyle uğraştıktan sonra her şey yolunda. 2D taslak gibi değil.

Özellikle, FreeCAD 0.16 (mevcut kararlı [?] Sürümü) test ediyorum ve hayal kırıklığına uğradım. Henüz kullanılabilir bir noktada değil. 2D LibreCAD gibi birçok açık kaynak paketinin kullanmadığı için kullanılabilirliğe asla ulaşamayacağını düşünüyorum. Ayrıca birden fazla bölümle başa çıkamaz, bu nedenle bağlantıları değil, sadece bir bağlantıyı modellemeye çalışabilirsiniz.

Akademik olarak bağlı olduğunuz için SolidWorks veya SolidEdge gibi bir şey için öğrenci / akademik lisans almanızı öneririm. Fusion 360 da olabilir. İyi çalışıyorlar ve bağlantılar ve benzerleri için uygun bir boyuta sahipler. Ayrıca hareket aralığının modellenmesine de izin verir. Ne yazık ki benim için bir Linux kullanıcısı olarak, şu anda ücretsiz kullanılabilir 3D modelleme paketleri yok.


Bu OP tarafından sorulan soruyu nasıl ele alıyor? Bu daha çok soru ilk sorulduktan 18 ay sonra bir konuşma yaratma girişimi gibidir.

@ GlenH7 "Tasarım ve test yapmak için FreeCAD kullanmayı planlıyorum." Gelecek nesiller için bunu okuyan canım. Özellikle hiç kimse (bunu kullanmadıklarını söyleyen bir soruyu cevaplamaktan başka, yorum yapamayacakları için [?]) Alternatif önerilerim olsa da, şu anda hala kullanılabilir olmadığını
belirtmedi

0

Makine mühendisliği konusunda yeniyim, ancak bilimsel bir geçmişim olmasına rağmen (Matematikte lisansüstü) ve (çoğunlukla) yaşam için kod yazıyorum.

Benim gözlemim, yazılımın nasıl tasarlandığı, test edildiği, kodlandığı (heh, bu sırayla) ve dağıtıldığı ile mekanik modellerin CAD'de nasıl tanımlandığı arasında çok sayıda analog olması. Belki de bunun nedeni, yaptığım şeylerin çoğunun parametrik modelleme olmasıdır, örneğin, bilgisayarı parametrelerden bir modelin nasıl üretileceğine dair bir tarif tanımlayarak test edilebilir.

Kesinlikle doğru yolda olduğunuzu söylüyorsunuz.

Yazılım araçlarında olduğu gibi, araçlarınızı iyi seçmeniz ve bilmeniz, onlarla çalışmanız ve onlara karşı değil.


Meta not: Bu soru StackOverflow turuna karşı çıkıyor . Örneğin, tartışmalı cevaplara ve ".. çok fazla olası cevabı olan veya çok uzun bir cevap gerektirecek" sorularına karşı tavsiyede bulunur. Bunun anlamı, birinin sonunda girişi kapatmasıdır.

Sitemizi kullandığınızda şunları okuyup anladığınızı kabul etmiş olursunuz: Çerez Politikası ve Gizlilik Politikası.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.