XLIV. konference kateder částí a mechanismů strojů, Praha, 2003 VYUŽÍTÍ POČÍTAČOVÉHO PROGRAMU DYNAMIC DESIGNER PŘI MODELOVÁNÍ KINEMATIKY MECHANISMŮ

XLIV. konference kateder částí a mechanismů strojů, Praha, 2003 VYUŽÍTÍ POČÍTAČOVÉHO PROGRAMU DYNAMIC DESIGNER PŘI MODELOVÁNÍ KINEMATIKY MECHANISMŮ UTILIZATION OF COMPUTER PROGRAM DYNAMIC DESIGNER FOR MODELLING OF KINEMATICS MECHANISM Ing. Vladimír ŠLEGER*, CSc. Ing. David HERÁK Katedra mechaniky a strojnictví, Česká zemědělská univerzita v Praze Annotation: The article is focused on the utilization of kinematics and dynamics simulation of mechanism in the education of the required subject “parts of machines, fundamentals of engineering, elasticity and strength, CAD”. In the article are presented basic processes of simulation Key words: Kinematics, dynamics, parts of machines, CAD, velocity, acceleration, trajectory, mechanism 1. ÚVOD: V dnešní době dochází ke stále většímu zařazování počítačových programů do výuky technických předmětů. Jako samozřejmost je u studentů předpokládána znalost klasických CAD systému (AutoCAD, Microstation aj.), které se již přes deset let používají při výuce na školách technicky zaměřených. V několika posledních letech dochází k aplikaci náročnějších CAD programů vyšších tříd (Mechanical Desktop, Pro Engineer, Catia, Inventor aj.) do výuky předmětů (pružnost a pevnost, technická mechanika, části strojů aj.). Z rozmanité nabídky nástaveb CAD (MKP, CNC, CAE aj.) si lze vybrat vhodnou aplikaci pro konkrétní technický problém. Při výuce odborných předmětů, na katedře mechaniky a strojnictví ČZU v Praze, je používána pro analýzu kinematiky a dynamiky mechanismů CAD nástavba Dynamic Designer. 2. POPIS PROGRAMU: Dynamic Designer je nástavba klasických CAD systémů (AutoCAD, Inventor, SolidWorks, Mechanical Desktop aj.). Program je určen pro analýzu kinematiky a dynamiky mechanismů. Řešený mechanismus lze vymodelovat přímo v CAD modeláři a nebo sestavit z vymodelovaných dílů, které jsou součástí Dynamic Designeru (píst, táhlo, klika apod.). Na řešených mechanismech lze zjišťovat časové závislosti rychlosti, zrychlení a trajektorie libovolných bodů. Lze také určovat velikosti akčních, reakčních sil a momentů, zařazovat do systému pružiny a tlumiče, uvažovat reálné vazby (vliv tření) a určovat setrvačné síly a momenty vznikající při chodu mechanismu. 3. ZÁKLADNÍ ROVINNÉ MECHANISMY: V následující části článku jsou prezentovány základní rovinné mechanismy (čtyřkloubový mechanismus, klikový mechanismus, kulisový mechanismus), jejich

kinematické schémata a obrázky modelů jednotlivých mechanismů. Na obrázku modelu je vždy zobrazena rychlost a zrychlení zvoleného bodu, jak ve formě vektorů tak také ve formě grafů, kde na svislé ose je sledovaná veličina a na ose vodorovné je zobrazen čas. U modelu jsou také zobrazeny trajektorie zvolených bodů. Kombinací jednotlivých základních mechanismů lze také sestavit jakékoliv složitější rovinné mechanismy, které budou samostatně předvedeny při prezentaci. Program „Dynamic Designer“ umožňuje také zařazovat obecné vazby mezi tělesa (vačka, maltézský mechanismus aj.) a používat prostorové uložení, které z důvodu omezeného rozsahu nejsou v článku popsány . S využitím všech předem popsaných částí lze vymodelovat velmi složité prostorové mechanismy s reálnými vazbami.

Obr.1 Čtyřkloubový mechanismus

Obr.2 Klikový mechanismus

Obr.3 Kulisový mechanismus 4. ZÁVĚR: V současné době patří znalost 3D modelování mezi jednu z nejdůležitějších znalostí nutnou pro kvalifikované uplatnění budoucích techniků (konstruktérů i provozních inženýrů). Pozorování fyzikálních veličin a vlastního pohybu vymodelovaného mechanismu umožňuje také rychlejší pochopení komplikovaných kinematických mechanismů. Aplikace programu při výuce vede ke zlepšení názornosti pohybů mechanismů a studenti se současně seznámí s moderními metodami řešení úloh. Postupy modelování mechanismů, simulace pohybů a výsledky řešení kinematických úloh pro schémata uvedená v článku budou prezentovány při jednání konference. S pomocí počítačového programu „Dynamic Designer“ můžeme také analyticky řešit mechanismy do nedávno analyticky neřešitelné. Literatura: [1]. Collective: DYNAMIC DESIGNER MOTION - user`s guide, Design technologies division, Ann Arbor 2002 Lektoroval: Ing. Rostislav CHOTĚBORSKÝ Katedra materiálu a strojírenské technologie, Česká zemědělská univerzita v Praze Kamýcká 129, Praha 6, 165 21 Kontaktní adresa: Ing. Vladimír Šleger, CSc. Ing. David Herák Katedra mechaniky a strojnictví Technická fakulta Česká zemědělská univerzita v Praze Kamýcká 129, Praha 6 165 21 Tel: 00420 224 383 186 Email: [email protected] [email protected]

II. mezinárodní konference o pružinách a využití software v konstruování POUŽITÍ POČÍTAČOVÉHO PROGRAMU DYNAMIC DESIGNER JAKO NÁSTAVBY PROGRAMŮ MECHANICAL DESKTOP A AUTODESK INVENTOR UTILIZATION OF THE COMPUTER PROGRAM DYNAMIC DESIGNER AS COMPUTER BODY OF PROGRAMS MECHANICAL DESKTOP AND AUTODESK INVENTOR Ing. David HERÁK Katedra mechaniky a strojnictví, Technická fakulta, Česká zemědělská univerzita v Praze Annotation: The Article is focused on the comparison of the computer body Dynamic Designer in the programs Mechanical Desktop and Autodesk Inventor. In the paper are written the variances of the single applications. Key words: Kinematics, dynamics, CAD, MBS, graphic image Klíčová slova: Kinematika, dynamika, CAD, MBS, grafické zobrazení

Popis programu: Dynamic Designer je nástavba klasických CAD systémů (AutoCAD, Inventor, SolidWorks, Mechanical Desktop aj.). Program je určen pro analýzu kinematiky a dynamiky mechanismů. Řešený mechanismus lze vymodelovat přímo v CAD modeláři a nebo sestavit z vymodelovaných dílů, které jsou součástí Dynamic Designeru (píst, táhlo, klika apod.). Na řešených mechanismech lze reálně v čase zjišťovat rychlosti, zrychlení a trajektorie libovolných bodů. Určovat velikosti akčních, reakčních sil a momentů, zařazovat do systému pružiny a tlumiče. Uvažovat reálné vazby (vliv tření) a určovat setrvačné síly a momenty vznikající při chodu mechanismu. Rozdíl v jednotlivých aplikacích: Dynamic Designer má základní funkce stejné pro všechny aplikace jak v Mechanical Desktopu tak v Inventoru. Při bližším prozkoumání zjistíme, že detailní funkce programu se velmi liší. Nástavba určená pro Mechanical Desktop umožňuje zjišťovat rychlosti a zrychlení jakéhokoli bodu na řešeném mechanismu. v nástavbě určeném pro Autodesk Inventor můžeme zjišťovat pouze rychlosti a zrychlení těžiště jednotlivých těles. Grafické znázornění výsledků (grafy) můžeme velmi jednoduše vyexportovat např. ve formátu tabulkového procesoru, tato funkce je bohužel dostupná pouze v nástavbě Inventoru. Zadávání hodnot jednotlivých prvků tlumič, pružina, je velmi rozdílné. V D.D. pro Mechanical můžeme velmi jednoduše zadat všechny parametry (např. u pružin, volnou

délku, kompletní rozměry, předpětí a tuhostní charakteristiku), v D.D. pro program Inventor lze zadat pouze základní hodnoty (tuhost a délku, charakteristika tuhostí je napevno zadána jako lineární).

Obr.1 Možnost zadání vstupních hodnot Dynamic Designer pro Autodesk Inventor, pro Mechanical Desktop Grafické znázornění prvků je v D.D. pro Inventor nepropracované. Např. pružina je zobrazena pouze jako přímka se značkou pružiny, načež v D.D. pro Mechanical je zobrazena kompletní pružina. Zadávání vstupních hodnot je mnohonásobně lepší u D.D. pro Mechanical, všechny zadané hodnoty si můžeme graficky zobrazit, průběh vstupních veličin může mít jakýkoli průběh (sinusovka, exponenciala atd). Jednou z kladných hodnot D.D. pro Inventor je možnost exportace do MKP a MBS. přehled celkových nevýhod programu je shrnut v tabulce.

Obr.2 Grafické zobrazení pružiny, Dynamic Designer pro Autodesk Inventor, pro Mechanical Desktop Tab.1 porovnání jednotlivých aplikací Dynamic Designer - Mechanical Desktop Výhody Nevýhody možnost použití předmodelovaných dílů nelze jednoduše exportovat do MKP zobrazení hledaných veličin jakéhokoli pracnější modelování v Mechanical

bodu Desktop možnost vizualizace řešení formou nelze jednoduše exportovat řešení do vektorů dalších programů (excel, word aj.) větší možnost nastavení vkládaných nedokonalý vzhled modelované sestavy strojních částí (pružina, tlumič atd.) Dynamic Designer - Autodesk Inventor výhody Nevýhody řešení lze exportovat do MKP neexistují předmodelované díly jednodušší modelování než v Mechanical nelze jednoduše zobrazit hledané veličiny Desktop jakéhokoliv bodu musíme hledat pouze řešení v těžišti možnost exportovat řešení do dalších nelze vizualizovat řešení formou vektorů programů (excel, word aj.) dokonalý vzhled modelované sestavy velmi jednoduché nastavení strojních částí (není nutný rendering) (pružina, tlumič atd.) Závěr: Porovnáním obou nástaveb je zřetelné že D.D. pro Mechanical Desktop je velmi propracovaný program umožňující řešení kinematiky a dynamiky téměř jakéhokoli mechanismu s možností velmi dobrého grafického výstupu (vektory, grafy, trajektorie). V D.D. můžeme samozřejmě také použít předmodelovaných částí umístěných v programu. Nástavba určená pro Autodesk Inventor je kopie D.D. pro Mechanical s odebráním všech důležitých funkcí (vektory, rychlosti jakéhokoli bodu, zadávání vstupních veličin), Jednou z mnoha chybějící funkcí je neexistence předmodelovaných částí a velmi špatné grafické zobrazení pružin a tlumičů. Celkově řečeno je D.D. pro Mechanical Desktop program, který dle mé zkušenosti doporučuji k pedagogice a i k řešení reálných problémů. D.D pro Autodesk Inventor je bohužel nepovedeny bratr D.D. pro Mechanical, tento program je nevhodný, dle mého názoru jak pro výuku tak i pro řešeni reálných problémů. Literatura: [1] Dynamic Designer Motion –user`s guide, Design technologies division, Ann Arbor 2002 Lektoroval: Ing. Rostislav Chotěborský, KMST, Technická fakulta, Česká zemědělská univerzita v Praze Adresa: Ing. David Herák, Katedra mechaniky a strojnictví, Technická fakulta, Česká zemědělská univerzita v Praze, Kamýcká 129, Praha 6, 165 21, email: [email protected]

VYUŽÍTÍ POČÍTAČOVÉHO PROGRAMU DYNAMIC DESIGNER PŘI VÝUCE PŘEDMĚTU „TECHNICKÁ MECHANIKA“ ŠLEGER Vladimír, CZ HERÁK David, CZ Abstract: The article is focused on the utilization of kinematics and dynamics simulation of mechanism in the education of the required subject “parts of machines, fundamentals of engineering, elasticity and strength, CAD”. In the article are presented basic processes of simulation 1. ÚVOD: V dnešní době dochází ke stále většímu zařazování počítačových programů do výuky technických předmětů. Jako samozřejmost je u studentů předpokládána znalost klasických CAD systému (AutoCAD, Microstation aj.), které se již přes deset let používají při výuce na školách technicky zaměřených. V několika posledních letech dochází k aplikaci náročnějších CAD programů vyšších tříd (Mechanical Desktop, Pro Engineer, Catia, Inventor aj.) do výuky předmětů (pružnost a pevnost, technická mechanika, části strojů aj.). Z rozmanité nabídky nástaveb CAD (MKP, CNC, CAE aj.) si lze vybrat vhodnou aplikaci pro konkrétní technický problém. Při výuce odborných předmětů, na katedře mechaniky a strojnictví ČZU v Praze, je používána pro analýzu kinematiky a dynamiky mechanismů CAD nástavba Dynamic Designer. 2. POPIS PROGRAMU: Dynamic Designer je nástavba klasických CAD systémů (AutoCAD, Inventor, SolidWorks, Mechanical Desktop aj.). Program je určen pro analýzu kinematiky a dynamiky mechanismů. Řešený mechanismus lze vymodelovat přímo v CAD modeláři a nebo sestavit z vymodelovaných dílů, které jsou součástí Dynamic Designeru (píst, táhlo, klika apod.). Na řešených mechanismech lze zjišťovat časové závislosti rychlosti, zrychlení a trajektorie libovolných bodů. Lze také určovat velikosti akčních, reakčních sil a momentů, zařazovat do systému pružiny a tlumiče, uvažovat reálné vazby (vliv tření) a určovat setrvačné síly a momenty vznikající při chodu mechanismu. 3. ZÁKLADNÍ ROVINNÉ MECHANISMY: V následující části článku jsou prezentovány základní rovinné mechanismy (čtyřkloubový mechanismus, klikový mechanismus, kulisový mechanismus), jejich kinematické schémata a obrázky modelů jednotlivých mechanismů. Na obrázku modelu je vždy zobrazena rychlost a zrychlení zvoleného bodu, jak ve formě vektorů tak také ve formě grafů, kde na svislé ose je sledovaná veličina a na ose vodorovné je zobrazen čas. U modelu jsou také zobrazeny trajektorie zvolených bodů. Kombinací jednotlivých základních mechanismů lze také sestavit jakékoliv složitější rovinné mechanismy, které budou samostatně předvedeny při prezentaci. Program „Dynamic Designer“ umožňuje také zařazovat obecné vazby mezi tělesa (vačka, maltézský mechanismus aj.) a používat prostorové uložení, které z důvodu omezeného rozsahu nejsou v článku popsány . S využitím všech předem popsaných částí lze vymodelovat velmi složité prostorové mechanismy s reálnými vazbami.

Obr.1 Čtyřkloubový mechanismus

Obr.2 Klikový mechanismus

Obr.3 Kulisový mechanismus

4. ZÁVĚR: V současné době patří znalost 3D modelování mezi jednu z nejdůležitějších znalostí nutnou pro kvalifikované uplatnění budoucích techniků (konstruktérů i provozních inženýrů). Pozorování fyzikálních veličin a vlastního pohybu vymodelovaného mechanismu umožňuje také rychlejší pochopení komplikovaných kinematických mechanismů. Aplikace programu při výuce vede ke zlepšení názornosti pohybů mechanismů a studenti se současně seznámí s moderními metodami řešení úloh. Postupy modelování mechanismů, simulace pohybů a výsledky řešení kinematických úloh pro schémata uvedená v článku budou prezentovány při jednání konference.

Literatura: [1]. Collective: DYNAMIC DESIGNER MOTION - user`s guide, Design technologies division, Ann Arbor 2002 Lektoroval:

Kontaktní adresa: Ing. Vladimír Šleger, CSc. Katedra mechaniky a strojnictví Technická fakulta Česká zemědělská univerzita v Praze Kamýcká 129, Praha 6 165 21 Email: [email protected]

II. mezinárodní konference o pružinách a využití software v konstruování MOŽNOSTI VYUŽITÍ PROGRAMU DYNAMIC DESIGNER PŘI MODELOVÁNÍ PRUŽIN

POTENTIAL USE OF PROGRAM DYNAMIC DESIGNER IN SPRING MODELING

Ing. Vladimír ŠLEGER, CSc. Katedra mechaniky a strojnictví, TF ČZU v Praze Annotation: Program Dynamic Designer serves for kinematics and dynamical analysis of rigid body system. Into system can be inserted models of springs and relations between force and spring deformation can be chosen. In the article there is presented model of flexibly fastened body. Result of dynamical analysis is dependence of selected point deflection on time. Key words: software Dynamic Designer, rigid body system, springs, dynamical analysis Klíčová slova: Dynamic Designer, soustava tuhých těles, pružiny, dynamická analýza ÚVOD Program Dynamic Designer je jednou z mnoha nadstaveb konstrukčních modelovacích programů typu AutoCAD, Mechanical Desktop, Autodesk Inventor. Podobně jako ostatní nadstavby je úzce zaměřen na určitou technickou oblast a umožňuje s vymodelovanou sestavou provádět v této oblasti pokročilejší postupy a výpočty, které základní moduly nezvládají. Dynamic Designer slouží ke kinematické a dynamické analýze soustavy tuhých těles. Tento program umožní nadefinovat vazby mezi vymodelovanými tělesy, zadat akční silové účinky nebo přímo parametry pohybu hnacích členů a sledovat pohyby ostatních členů soustavy a reakční účinky ve vazbách. Do soustavy těles je možné přidat i jisté modely pružin a tlumičů, kterým se věnuje tento příspěvek. MATERIÁL A METODY Na obrázku 1 vidíme v levé části okna nabídku Motion, která se objeví navíc v programu Mechanical Desktop po instalaci nadstavby Dynamic Designer. Je přehledně rozdělena na pět částí. V první části Assembly Components se objeví seznam vymodelovaných těles a pouhým přetažením myší do druhé složky Parts je možno rozhodnout, která z těles budou pohyblivá (Moving Parts) a která budou představovat rám (Ground Parts). Ve třetí části je možno omezit pohyb podmínkami (Constraints), např. nadefinovat vazby (Joints) mezi tělesy. Ve čtvrté části se zadávají působící silové účinky (Forces), mezi které jsou zařazeny síly od pružin (Springs) a tlumičů (Dampers). V páté složce pak můžeme vybrat požadované výsledky: trajektorie bodů (Cplr Curve), výchylky (Linear a Angular Disp), rychlosti (Velocity) a zrychlení

(Acceleration) zvolených bodů, reakční a setrvačné silové účinky (Reaction Force), příp. graficky znázornit průběh vybraného parametru (XY Plots). Po stisku pravého tlačítka myši v nabídce springs je možno zvolit, zda budeme vkládat do mechanického modelu lineární či torzní pružinu (viz obr. 2). Obdobné je to u tlumiče. Na obr. 3 vidíme dialogové okno, které se objeví pro lineární pružinu po výběru pružně vázaných těles. Zde můžeme zadat základní parametry pružiny, především vztah mezi působící silou a deformací pružiny (spring expression), který nemusí být lineární. Je možno zvolit jeden z nabízených vztahů nebo zadat vlastní vztah (adams function). Dále zadáváme volnou délku (free length) a tuhost (stiffness) pružiny. Další parametry (display parameters) slouží pouze k vykreslení pružiny a nemají vliv na silový účinek. Obdobně se zadávají parametry torzních pružin a lineárních a torzních tlumičů.

Obr. 1 Nabídky programu Dynamic Designer

Obr. 2 Nabídka Springs na pravém tlačítku myši

Obr. 3 Zadání parametrů lineární pružiny

V dalších odstavcích využijeme program Dynamic Designer k modelování pružně uloženého tělesa. Jako výsledek dynamické analýzy bude vždy požadována časová závislost výchylky zvoleného bodu na tělese. VÝSLEDKY A DISKUSE Na obr. 4 je těleso zavěšené na čtyřech stejných pružinách s lineární závislostí působící síly na deformaci. Pohyb tělesa je vazbou omezen pouze na translační přímočarý. Při doplnění tlumičů s lineární závislostí působící síly na rychlosti a budicí síly s harmonickým průběhem je možno studovat vlastnosti vynucených tlumených lineárních kmitů.

Obr. 4 Model pružně uloženého tělesa pohybujícího se translačně přímočaře Výslednou závislost výchylky na čase vypočtenou programem Dynamic Designer (viz obr. 5) můžeme srovnat s grafem funkce (viz obr. 6), kterou lze pro tento typ kmitání analyticky odvodit. Vlastní kruhovou frekvenci netlumených kmitů označíme Ωo (rad·s-1) a vypočteme ze k vztahu Ω o = , kde k (N·m-1) je výsledná tuhost paralelně řazených pružin a mb (kg) mb

b , kde 2 ⋅ mb b (N·s·m-1) je výsledný součinitel úměrnosti lineárních tlumičů. Vlastní kruhová frekvence hmotnost kmitajícího tělesa. Konstanta útlumu δ (s-1) je dána vztahem δ =

2

2

tlumeného kmitání Ωd (rad·s-1) je pak dána vztahem Ω d = Ω o − δ . S časem t (s) proměnnou budicí sílu F (N) budeme uvažovat ve tvaru F( t) = Fa ⋅ sin( ω ⋅ t) , kde Fa (N) je její amplituda a ω (rad·s-1) kruhová frekvence. Zavedeme bezrozměrné parametry δ ω poměrný útlum δ p = a činitel naladění η = . Ωo Ωo Při volbě počátku souřadnicového systému ve statické poloze dostáváme pro vynucené tlumené lineární kmitání ve směru osy x nehomogenní diferenciální rovnici druhého řádu s konstantními koeficienty m b &x& + b x& + k x = F . Jejím řešením je hledaná funkční závislost výchylky x (m) tělesa na čase t (s) ve tvaru

x(t ) = e −δ ⋅ t ⋅ G ⋅ sin( Ω d ⋅ t + κ ) + x m ⋅ sin( ω ⋅ t + ∆Φ ) ,

(1)

Fa  kde amplituda xm (m) ustálené části kmitání xm = ⋅ mb 

( Ω o2 − ω 2)

fázový posun ∆Φ (rad) ustálené části kmitání ∆φ = −atan 

2⋅δ ⋅ω

2

−1

 2 + ( 2 ⋅ δ ⋅ ω )  a

.

2 2  Ωo − ω 

Integrační konstanty G (m) a κ (rad) lze odvodit z dané počáteční výchylky xo (m) a rychlosti vo (m·s-1) např. ve tvaru:

G= ,

2

 v  (xo − xm ⋅ sin(∆φ )) +  Ωo − xm ⋅ η ⋅ cos (∆φ ) + δ p⋅ (xo − xm ⋅ sin(∆φ ))  ⋅ 1 2  o  1 − δp 2

 (xo − xm ⋅ sin( ∆φ ) )  . G  

κ = asin

Obr. 5 Závislost výchylky zvoleného bodu na čase vypočtená programem Dynamic Designer

Obr. 6 Graf odvozené funkce x(t) (1) Zadáme-li stejné vstupní parametry, oba výsledky se shodují. Na obrázku 7 je těleso zavěšené opět na čtyřech pružinách a tlumičích, avšak jeho pohyb není omezen žádnou vazbou. Může se tedy pohybovat obecným prostorovým pohybem.

Obr. 7 Model pružně uloženého tělesa s možností obecného prostorového pohybu Na obrázku 8 pak vidíme programem zjištěnou výchylku zvoleného bodu v závislosti na čase rozloženou do složek zobrazeného souřadnicového systému x, y, z (viz obr. 7). Dané tuhosti pružin jsou rozdílné, pružiny vlevo mají dvakrát větší tuhost než pružiny vpravo. Pohyb je způsoben pouze počáteční rychlostí, takže se jedná o volné kmity.

Obr. 8 Výchylka bodu na tělese pohybujícího se obecným prostorovým pohybem Na konferenci budou předvedeny různé modely pružně uloženého tělesa za pohybu.

ZÁVĚR Na závěr je nutno připomenout, že možnosti programu Dynamic Designer jsou omezeny tím, že pracuje jen s tuhými tělesy. Model pružiny se nechová jako skutečná pružina vyrobená z pružného ocelového drátu (viz obr. 9).

≡ Obr. 9 Model pružiny v programu Dynamic Designer Zařazením pružiny mezi dvě tělesa jsou pouze zadány dvě stejně veliké síly opačného smyslu na jedné nositelce (spojnici zvolených bodů na tělesech) a jejich velikost se za

pohybu mění podle zvolené funkce se vzájemnou vzdáleností těles (daných bodů na tělesech).

Literatura: [1] Dynamic Designer Motion - user`s guide. Design technologies division, Ann Arbor 2002. [2] JULIŠ, K. - BREPTA, R.: Mechanika II.díl Dynamika. SNTL, Praha 1987. Lektoroval: Ing. David Herák, katedra mechaniky a strojnictví, TF ČZU v Praze Kontaktní adresa: Vladimír Šleger, katedra mechaniky a strojnictví, TF ČZU v Praze, Praha Suchdol, 165 21 [email protected]

VYUŽÍTÍ NÁSTAVEB KLASICKÝCH CAD PROGRAMŮ PŘI VÝUCE PŘEDMĚTU „ČÁSTI STROJŮ“ HERÁK David, CZ ŠLEGER Vladimír, CZ

Abstract: The article is focused on the utilization of kinematics and dynamics simulation of mechanism in the education of the required subject “parts of machines”. In the article are presented basic processes of simulation. 1. Úvod: Nutnou podmínkou pro úspěšné absolvování předmětu části strojů, který je vyučován na Technické fakultě České zemědělské univerzity v Praze, je vypracování a odevzdání komplexní konstrukční úlohy. Základem úlohy je konstrukce a výpočet mechanismu a jeho pohonu (drtič odpadů, strojní nůžky, hnětací stroj). Pochopení základních kinematických zákonů, které řešené systémy obsahují, je pro mnoho studentů velmi pracné a časově náročné. Pro simulaci kinematiky a dynamiky řešených konstrukčních úloh se využívá na Katedře mechaniky a strojnictví, TF ČZU v Praze, CAD nástavba Dynamic Designer, tento systém je aplikován v klasických modelovacích programech Autodesk Inventor a Mechanical Desktop. 2. Popis programu: Dynamic Designer je nástavba klasických CAD systémů (AutoCAD, Inventor, ProEngineer, Mechanical Desktop aj.). Program je určen pro analýzu kinematiky a dynamiky mechanismů. Řešený mechanismus můžeme v jakémkoli 3D CADu vymodelovat, nebo z předem vymodelovaných částí, které již program obsahuje sestavit (táhlo, deska, základ aj.). Na řešeném mechanismu lze přímo v čase určovat rychlost, zrychlení a trajektorii jakéhokoliv zvoleného bodu. Také můžeme určovat velikosti akčních – reakčních sil a momentů. Program umožňuje zařazovat skutečné vazby (vliv tření) a určovat setrvačné síly momenty, které vznikají během provozu. V programu lze také zařazovat do vymodelovaných mechanismů pružiny a tlumiče.

3. Řešené úlohy v programu Dynamic Designer: Hnětač těsta (obr. 3.1) Studenti sestavili 3D počítačový model pro určování rychlosti, zrychlení a trajektorie. Trajektorie byla volena jako nejoptimálnější cesta kopiste. Trajektorie splňuje nejvhodněji předem dané parametry hnětení a míchání. Zařízení je sestaveno z čtyřkloubového mechanismu a binární skupiny. Obr 3.1 Hnětač těsta

Mechanismus plniče lahví (obr. 3.2) Pohon plniče lahví byl realizován pomocí maltézského mechanismu. V úloze byla řešena dynamika mechanismu (odskok, ráz, pohon). Vymodelovaný mechanismus názorně demonstroval krokový pohon mechanismu.

Obr 3.2 Mechanismus plniče lahví

Mechanický buchar (obr. 3.3) Na modelu mechanického bucharu byl řešen odskok kladiva od kovadliny. Pomocí 3D modelu byl také určen geometrický střed rázu. Síly působící na excentr byly vyřešeny přímo při simulaci pohybu bucharu.

Obr. 3.3 Mechanický buchar

4. Závěr V současné době je znalost 3D modelování nezbytným základem pro budoucí konstruktéry, ale i pro budoucí provozní inženýry. Pozorování veličin a vlastního pohybu vymodelovaných mechanismů zjednodušuje pochopení složitých kinematických a dynamických mechanismů. Studenti se mohou již od počátku svého studia zabývat komplikovanými konstrukcemi. Pomocí nalezených veličin můžeme řešit mechanismy, donedávna analyticky neřešitelné. 5. Použitá literatura 1. collective: DYNAMIC DESIGNER MOTION - user`s guide, Design technologies division, Ann Arbor 2002 2. Herák, D.: ŘEŠENÉ PŘÍKLADY Z ČÁSTÍ STROJŮ A STROJNICTVÍ, ČZU TF, Praha 2003 6. Lektor Ing. Rostislav CHOTĚBORSKÝ Department of materials and engineering technologies Czech university of agriculture Prague 7. Kontaktní adresa Ing. David HERÁK Department of mechanics and engineering

Technical faculty Czech university of agriculture Prague Kamýcká 129 165 21 Praha 6 Czech republic Email: [email protected]