Další využití SW Autodesk Inventor

Další využití SW Autodesk Inventor Elektronická cvičebnice Jaromír Rečka Tento materiál byl vytvořen v rámci projektu CZ.1.07/1.1.07/03.0027 Tvorba elektronických učebnic

O B S A H 1 Úvod... 3 2 Skákající kulička... 4 3 Svařování desek... 13 4 Vinutá pružina... 57 5 Řízení ventilů kompresoru.... 69

Ú V O D 1 Úvod Účelem této cvičebnice není detailní popis postupu při modelování, ale ukázky, jak lze využít možností prostředí Inventoru. Náčrty a prostorové operace neobsahují všechny potřebné parametry a vazby ve viditelné formě, předpokládám schopnost namodelovat jednoduché díly samostatně. Pro jejich zavazbení v sestavě použijeme osy a roviny jejich souřadného systému. Rozložení náčrtů kolem souřadných os a způsob prostorových operací mají proto své opodstatnění. Modely nezobrazují reálné děje, ale vytvářejí jejich přiměřenou iluzi. 3

ŘEŠENÍ VYŠŠÍ ÚROVEŇ ZÁKLADNÍ ÚROVEŇ S K Á K A J Í C Í k u l i č k a 2 Skákající kulička Model znázorňuje kuličku, která se odráží od tří desek, čtvrtý odraz nahrazuje gravitace. Model není viditelný celý, část je skrytá. Pohyb kuličky je vázaný na tvarový výřez ve čtvrté desce, která slouží jako vodítko, a pohyb řídí rotace pomocné osy kolem středu modelu. 4

S K Á K A J Í C Í k u l i č k a Spodní deska Spodní deska je široká 50, dlouhá 200 a vysunutí je 5. Boční deska Boční deska je široká 50, dlouhá 120 a vysunutí je 5. 5

S K Á K A J Í C Í k u l i č k a Sestavení desek Kulička Kuličku vytvoříme rotací půlkruhu uprostřed přerušeného přímým úsekem, na kuličce tak vznikne úzká válcová ploška. Poloměr kuličky je 10, šířka válcové plošky stačí 0,1. 6

S K Á K A J Í C Í k u l i č k a Vodítko Deska vodítka je široká 210, vysoká 200 a vysunutí je 50. Do desky se zhotoví vodicí dutina. Oblouky mezi jednotlivými úseky jsou o něco větší, než je poloměr kuličky, od okrajů desky jsou vzdáleny o tloušťku předchozích desek, výřez je symetrický, přímé úseky jsou na sebe kolmé, horní oblouk je zvolen tak, aby nabíhal kolmo na přímé úseky, všechno je napojeno tečně. 7

S K Á K A J Í C Í k u l i č k a Unašeč Unašeč je válec s kruhovou základnou posazený do středu souřadného systému. Průměr je 1 a délka 150. 8

S K Á K A J Í C Í k u l i č k a Zavazbení unašeče: Proti sobě: podélná osa unašeče a podélná dělicí rovina vodítka Proti sobě: příčná osa unašeče a podélná rovina symetrie vodítka 9

S K Á K A J Í C Í k u l i č k a Proti sobě: koncový bod unašeče ve vzdálenosti 110 od základny vodítka Úhlově: podélná rovina symetrie vodítka a podélná rovina unašeče 10

S K Á K A J Í C Í k u l i č k a Proti sobě: podélná osa unašeče a středový bod kuličky Zavazbení kuličky: Přechodová vazba: válcová ploška na kuličce a válcová plocha na vodítku 11

S K Á K A J Í C Í k u l i č k a Řízení pohybu kuličky: Zneviditelnění vodítka a unašeče vytvoří iluzi skákající kuličky. 12

ŘEŠENÍ VYŠŠÍ ÚROVEŇ ZÁKLADNÍ ÚROVEŇ S VA Ř O VÁ N Í d e s e k 3 Svařování desek Imitace svařování ocelových desek metodou WIG. Popis modelu Model představuje dvě ocelové desky upravené pro svaření, svařovací hořák s wolframovou elektrodou a přívodem ochranného plynu a drát jako přídavný materiál pro vytvoření svaru. Filozofie modelu Desky se ustaví k sobě, přiblíží se hořák a přídavný drát, mezi elektrodou hořáku a deskami se zapálí elektrický oblouk, přídavný drát se odtavuje (zkracuje se) a vytváří svar. Hořák s přídavným drátem se pohybuje podél drážky, svar vyplňuje drážku a postupně chladne. Hořák dojede na konec drážky, dokončí svar a oddálí se i s přídavným drátem od desek, elektrický oblouk zhasne. Svar vychladne úplně. Provedení Na vytvoření iluze vyplňování svarové drážky kovem vytvoříme tři úseky svaru: vytváření svaru pod hořákem ( svar 1 ), žhavý úsek svaru ( svar 2 ) a chladný svar ( svar 3 ). V průběhu animace se jednotlivé úseky budou postupně nasouvat do drážky a nakonec se překryjí. Iluzi odtavování drátu přídavného materiálu vytvoříme použitím dvou drátů na začátku animace uložených za sebou a postupně se zasouvají do sebe, výsledná délka je pak poloviční oproti původní. Ke znázornění hořícího elektrického oblouku použijeme krátké klikaté blesky, které se projeví mezi elektrodou a svařovanými deskami a pro zvýšení efektu rychle rotují. Aby bylo vidět jenom potřebné díly, použijeme neprůhlednou desku jako pozadí a za ní se dočasně schovají svary a blesky oblouku. Vytvoření sestavy pro animaci Soubor animace se vytváří postupným rozebíráním sestavy k výchozímu stavu, proto musíme sestavu vytvořit tak, aby představovala svařené desky, všechny části svaru v koncové poloze, hořák a přídavný drát oddálené od desek, poloviny drátu zasunuté do sebe a blesky oblouku ukryté za deskou pozadí. Pro jednodušší animaci by osy hořáku a přídavného drátu měly směřovat do místa svařování. 13

Blesky Znázorňují zapálený elektrický oblouk. Barva blesků bude žlutá. 14

15

16

Deska 1 Svařované desky budou stejné se sraženou hranou pro vytvoření žlábku pro svarový kov. Povrch: kov ocel obrobená. 17

18

Deska pozadí Deska pozadí má svůj smysl v odclonění a zneviditelnění části pohybů jednotlivých součástí modelu v průběhu animace. Barva libovolná kontrastní k ostatním součástem. 19

20

Drát Drát znázorňuje přídavný materiál, který se v průběhu svařování odtavuje a zkracuje. Materiál: ocel 21

22

Elektroda 23

Barva: černá 24

Hořák 25

Barva: zlatá fólie (textura) 26

Svar 1 27

28

Barva: červená 29

Svar 2 30

Barva: červená 31

Svar 3 32

Barva: kov ocel 33

Poskládání sestavy Sestavu složíme v konečné konfiguraci, desky se svary, hořák odsunutý mimo oblast svařování, přídavný drát seskládaný do sebe a odsunutý, blesky schované za deskou pozadí. Postup vazbení: Do souboru sestavy natáhnout všechny komponenty: Dvě svařované desky Dva přídavné dráty Všechny tři svary Hořák Elektroda Blesk Deska pozadí 34

Stejný směr: deska pozadí souřadný systém sestavy - roviny xy, xz, yz Stejný směr: deska 1 souřadný systém sestavy roviny xz, yz Proti sobě: deska pozadí deska 1 35

Stejný směr: deska 2 souřadný systém sestavy roviny xz Proti sobě: deska 2 souřadný systém sestavy roviny yz, deska pozadí deska 2 Vypnout viditelnost desky pozadí Stejný směr: svar 1 souřadný systém sestavy roviny yz Stejný směr: čelo desky - čelo svaru odsazení 0,1 Proti sobě: horní hrana svaru horní plocha desky 36

Stejný směr: svar 2 souřadný systém sestavy roviny yz Stejný směr: svar 2 čelo svar 1 čelo Stejný směr: svar 2 spodní ploška svar 1 spodní ploška odsazení 0,05 Stejný směr: svar 3 souřadný systém sestavy roviny yz Stejný směr: čelo desky - čelo svaru Proti sobě: horní hrana svaru horní plocha desky 37

Proti sobě: osa hořáku osa elektrody Proti sobě: čelo hořáku středový bod zaoblení elektrody odsazení 10 Proti sobě: osa elektrody souřadný systém sestavy rovina yz Proti sobě: horní plocha desky středový bod zaoblení elektrody odsazení 3 Proti sobě: čelo desky středový bod zaoblení elektrody odsazení 1 Úhel: horní plocha desky osa elektrody odklon 30 38

Proti sobě: středový bod zaoblení drátu souřadný systém sestavy rovina yz odsazení -50 Proti sobě: osa drátu čelo desky Proti sobě: středový bod zaoblení drátu horní plocha desky odsazení 102 Úhel: osa drátu horní plocha desky odklon 30 Kruhová vazba: tupé konce drátů odsazení -149 39

Proti sobě: zadní plocha desky souřadný systém blesku osa y Proti sobě: souřadný systém blesku osa y souřadný systém sestavy rovina yz Stejný směr: souřadný systém blesku rovina xz souřadný systém sestavy rovina xz Pole komponent: Komponenta: blesk Pole: kruhové Osa pole: souřadný systém blesku osa y Počet prvků: 8 Úhel: 45 40

Vypnout viditelnost všech konstrukčních prvků kromě osy y souřadného systému blesků. Zapnout viditelnost desky pozadí. Uložit soubor. 41

Animace svařování Otevřeme nový soubor prezentace rozpadem, vytvoříme pohled na sestavu svařených desek. Znázorňuje konečné postavení všech dílů po ukončení svařování. Všechny pohyby nadefinujeme pozpátku směrem k počátečnímu postavení před svařováním. Oddálení drátu od svaru 42

Oba dráty přiblížíme k místu svařování. Osy na horní ploše desky, pohyb x-50 Osy na horní ploše desky, pohyb y-100 Oddálení hořáku s elektrodou od svaru Hořák s elektrodou přiblížíme do místa svaru. Osy na horní ploše desky, pohyb z-100 43

Vychladnutí svaru Odsuneme studený svar 3 o délku žhavého svaru 2. Osy na horní ploše desky, pohyb y+10 Sloučením všech dosavadních pohybů do jedné skupiny současně odjíždí hořák s elektrodou a přídavný drát a dokončí se chladnutí svaru. 44

Dokončení svařování K elektrodě přisuneme blesky. Osy na horní ploše desky, pohyb y+113 Prohlížeč nastavíme na zobrazování sekvencí, na sekvenci 1 pravou myší zobrazíme dialogové okno, upravíme interval pro zobrazování blesků na hodnotu 1, klikneme na OK. Blesky se při animaci skokem přemístí z pozice za deskou pozadí k elektrodě hořáku. 45

Dokončení posledních 10mm svaru, rozdělení do 10 kroků. Vnější drát vysuneme o 10. Osy na ose drátu, pohyb z+10 Rotace blesků s krokem 22,5 Osy na společné ose blesků, rotace z+225 46

Odsunutí studeného svaru 3 a žhavého svaru 2 o délku svaru 1 Osy na čelní ploše svaru 2, pohyb z-10 Sloučení pohybů drátu, blesků a svarů do skupiny 47

Upravíme interval pro zobrazování sekvence na hodnotu 10. Provedení svaru v délce 100 rozdělené do 100 kroků Odsunutí všech svarů, přejezd hořáku s elektrodou a blesky a přídavného drátu Osy na čelní ploše desky, pohyb z-100 48

Rotace blesků s krokem 22,5 Osy na společné ose blesků, rotace z+22500 (záměrně vytvořená chyba) Sloučení pohybů drátu, blesků a svarů do skupiny 49

Upravíme interval pro poslední sekvenci na hodnotu 100. Pro kontrolu spustíme animaci. Po zhlédnutí animace budeme odstraňovat nedostatky: v průběhu svařování blesky nekmitají a nezkracuje se délka přídavného drátu. Blesky: chyba je ve špatném nastavení celkového úhlu rotace, místo 22500 zadáme požadovaných 22,5 x 100 kroků, což je 2250. V prohlížeči přepneme na zobrazení sekvencí, rozbalíme první sekvenci, označíme u blesku hodnotu 22500 a přepíšeme ji v řádku pod prohlížečem na 2250. Totéž u zbývajících sedmi blesků. 50

Vnější drát vysuneme o 138. Osy na ose drátu, pohyb z+138 Pohyb přidáme do sekvence 1. Znovu upravíme interval pro sekvenci 1 na hodnotu 100. Pro kontrolu spustíme animaci. Zapálení oblouku. Blesky ukryjeme za desku pozadí. 51

Osy na čelní ploše desky, pohyb z-20 Upravíme interval pro zobrazování blesků na hodnotu 1. Přiblížení hořáku s elektrodou a drátu do místa svařování. Oba dráty oddálíme z místa svařování. Osy na horní ploše desky, pohyb z+100 52

Osy na horní ploše desky, pohyb x+50 Hořák s elektrodou oddálíme z místa svařování. Osy na horní ploše desky, pohyb z+100 53

Sloučení pohybů drátů hořáku a elektrody do skupiny Přisunutí svařované desky Odsuneme desku. Osy na horní ploše desky, pohyb x+50 Pro kontrolu spustíme animaci. 54

Nastavení kamer Přepneme prohlížeč na zobrazování sekvencí. Orbitem nastavíme vhodný pohled pro sekvenci 1. Klikneme na řádku sekvence 1 pravou myší, označíme v zobrazeném okně příkaz upravit. V dalším okně klikneme na nastavit kameru a dále na použít a OK. Další kameru nastavíme pro sekvenci 3 před zobrazením blesků. 55

Spustíme animaci. Nastaví se pohled podle kamery pro první sekvenci. Přisune se deska, přiblíží se hořák s elektrodou a přídavný drát. Nastaví se pohled podle kamery pro třetí sekvenci. Zobrazí se blesky, hořák s elektrodou a drát pojíždí podél drážky pro svar, drážka se vyplňuje postupně vyjíždějícími svary 1 3 a drát se zkracuje. Po úplném zaplnění drážky svarem zmizí blesky, oddálí se hořák s elektrodou i zbytek drátu a svar vychladne. 56

ŘEŠENÍ VYŠŠÍ ÚROVEŇ ZÁKLADNÍ ÚROVEŇ V I N U TÁ p r u ž i n a 4 Vinutá pružina V ukázce se nejedná o deformaci pružiny v pravém slova smyslu změnou stoupání závitů, ale o náhradu, kde se plynule mění počet viditelných závitů při zachování ostatních parametrů pružiny. Délku pružiny takto lze zkrátit téměř na poloviční hodnotu oproti maximální délce. Deska Čtvercová deska symetricky rozložená kolem základních rovin, velikost stran 140, výška 10. 57

V I N U TÁ p r u ž i n a Pružinu vymodelujeme s jedním koncem plochým a druhý konec bude přirozený. Podélná osa pružiny: osa y Průměr drátu 10 Vnitřní poloměr pružiny 50 Drát je tečný k ose x 58

V I N U TÁ p r u ž i n a Stoupání závitů 30 Počet činných závitů 10 Konec pružiny přirozený Počátek pružiny plochý: Přechodový úhel 270 Úhel plošky 60 59

V I N U TÁ p r u ž i n a Dosedací rovinná plocha Oříznutí konce pružiny o 2mm pomocí vysunutí obdélníkového profilu a odebrání materiálu 60

V I N U TÁ p r u ž i n a Sestava Do sestavy vložíme dvě desky a dvě pružiny. Ustavení desky 1 Stejný směr: rovina xy sestavy rovina xy desky 1 Stejný směr: rovina xz sestavy rovina xz desky 1 Stejný směr: rovina yz sestavy rovina yz desky 1 61

V I N U TÁ p r u ž i n a Ustavení pružiny 1 Proti sobě: dosedací ploška pružiny 1 horní plocha desky 1 Proti sobě: osa y pružiny 1 osa z sestavy Ověření vazeb: pružina 1 stojí na desce 1 a otáčí se kolem své podélné osy. 62

V I N U TÁ p r u ž i n a Ustavení desky 2 Stejný směr: boční plochy desky 1 boční plochy desky 2 Ustavení pružiny 2 Proti sobě: dosedací ploška pružiny 2 spodní plocha desky 2 63

V I N U TÁ p r u ž i n a Proti sobě: osa y pružiny 2 osa z sestavy Úhel: boční ploška desky 2 čelo závěrného závitu pružiny 2 Ověření vazeb: deska 2 a pružina 2 jsou pevně spojeny, nemohou se otáčet, posunují se vůči desce 1. 64

V I N U TÁ p r u ž i n a Spojení konců pružin Kruhově: čelní plošky volných závitů obou pružin Nastavení parametrů pohybu Pohyb rotace posun: rovina xz pružiny 1 spodní plocha desky 2, vzdálenost 30 (odpovídá stoupání pružiny) 65

V I N U TÁ p r u ž i n a Změříme vzdálenost mezi deskami (628,5). Vypneme kruhovou vazbu mezi závity pružin. 66

V I N U TÁ p r u ž i n a Proti sobě: plochy desek odsazení 628 Řízení vazby desek proti sobě Počátek: 628 Konec: 350 Opakování S-K-S 4 Krok: 1 67

V I N U TÁ p r u ž i n a Při vhodném natočení modelu není vidět rotace jedné poloviny pružiny, pružina opticky nemění stoupání, mizí v tenké desce. Při pohybu může zobrazení hran modelu působit rušivě, proto zobrazení hran vypneme. 68

Ř Í Z E N Í v e n t i l ů k o m p r e s o r u. 5 Řízení ventilů kompresoru. U běžných kompresorů se používá k otevírání ventilů podtlak v pracovním prostoru proti sacímu potrubí a přetlak plynu v pracovním prostoru proti výtlačnému potrubí. Pro animaci chodu kompresoru včetně otevírání a zavírání ventilů je zapotřebí použít jiné prostředky. Zvolíme vačkové kotouče umístěné na klikové hřídeli a po rozpohybování modelu vypneme jejich viditelnost. Pro navrhování tvaru vaček musíme vzít v úvahu, že patřičný podtlak vznikne za horní úvratí po vyexpandování plynu stlačeného ve škodlivém prostoru a přetlak vznikne kus za dolní úvratí a skončí v horní úvrati. Do děje vstupuje i síla pružin, které drží ventily zavřené, a setrvačnost. Pro jednoduchost umístíme vačkové kotouče na osu klikového hřídele a jejich tvar a rozměry přizpůsobíme umístění desek ventilů. Použitý model kompresoru má těsnicí plochu výtlačného ventilu ve vzdálenosti 232mm a těsnicí plochu sacího ventilu ve vzdálenosti 243 mm od osy klikového hřídele. Obě vačky mají trojúhelníkovými výřezy označenu výchozí polohu, rozlišeny jsou reliéfem a barvou. 69

Ř Í Z E N Í v e n t i l ů k o m p r e s o r u. Vačka pro sací ventil Základem je poloměr 243, který drží ventil zavřený, je ohraničený úhly 5 a 10 nad osou x a střed má v počátku souřadného systému. Zbytek vačky tvoří oblouk s minimální vzdáleností 239 mm od počátku. Vysunutí tvaru stačí 1 mm. 70

Ř Í Z E N Í v e n t i l ů k o m p r e s o r u. Oba ostré přechody mezi oblouky je nutno zaoblit, použijeme poloměr 220. 71

Ř Í Z E N Í v e n t i l ů k o m p r e s o r u. Vačka pro výtlačný ventil Základem jsou dva oblouky se středem v počátku souřadnic a ohraničením úhly 20 a 5 nad osou x pro R232, který drží ventil zavřený a 40 a 55 kolem osy y pro R 238, který ventil otevírá. Na oba konce oblouku 232 tečně navazují přechodové úseky. Vysunutí tvaru 1 mm. 72

Ř Í Z E N Í v e n t i l ů k o m p r e s o r u. Trojúhelníkový výřez pro označení směru otáčení Oba ostré přechody mezi oblouky je nutno zaoblit, použijeme poloměr 200. 73

Ř Í Z E N Í v e n t i l ů k o m p r e s o r u. Deska Deska je mezičlánek ovládaný vačkou a ovládající perforované ventilové desky. Průměr desky je 60 74

Ř Í Z E N Í v e n t i l ů k o m p r e s o r u. Na délce vysunutí nezáleží, funkční bude pouze jedno čelo desky. Na čep klikového hřídele na straně sacího ventilu nasadíme sací vačku a zavážeme ji. Kruhově: středový otvor čep kliky Proti sobě: konstrukční rovina kliky a konstrukční rovina vačky 75

Ř Í Z E N Í v e n t i l ů k o m p r e s o r u. Na čep klikového hřídele na straně výtlačného ventilu nasadíme vačku výtlaku a zavážeme ji. Kruhově: středový otvor čep kliky Proti sobě: konstrukční rovina kliky a konstrukční rovina vačky Pozor na dodržení správné vzájemné polohy vaček a klikového hřídele. 76

Ř Í Z E N Í v e n t i l ů k o m p r e s o r u. Do sestavy vložíme dvě kruhové desky a zavážeme je. Kruhově zarovnat těsnicí plocha ventilové desky a čelo kruhové desky Přechod obvod vačky a čelo kruhové desky 77

Ř Í Z E N Í v e n t i l ů k o m p r e s o r u. Spustíme řízení chodu kompresoru a sledujeme pohyb vaček, desek a ventilů. Pokud je vše v pořádku, vypneme viditelnost vaček a desek. Předpokladem správné funkce je adaptivní přizpůsobení pružin ve ventilech. 78