Ich bin neu im Maschinenbau, obwohl ich einen wissenschaftlichen Hintergrund habe (Postgraduierter in Mathematik) und (meistens) meinen Lebensunterhalt kodiere.

Ich habe eine Idee, ein mechanisches Gerät zu erstellen. Ich gehe davon aus, dass es sich um Zahnräder, Gestänge und Aktuatoren handelt.

Ich habe eine ungefähre Vorstellung davon, wo die Dinge passen werden, aber ich möchte das Design in Software testen und optimieren können, bevor ich das eigentliche Gerät baue. Zur Verdeutlichung meine ich mit "Test" die Ansicht über Animation, zum Beispiel, ob zwei Elemente während der Bewegung kollidieren oder ob zwischen ihnen genügend Spielraum besteht, wenn sie sich aneinander vorbeibewegen.

Auf diese Weise kann ich die Konstruktions- und Simulationstests der Teile durchführen, bevor ich die Konstruktion fertigstelle und dann das physikalische System aus der Konstruktion zusammenstelle.

Die Stufen sind:

1. Erstellen Sie das 3D-Design in Software
2. Führen Sie die Simulation aus, um festzustellen, ob sie "funktioniert", wenn nicht, korrigieren Sie das Design und iterieren Sie
3. Erstellen Sie ein physisches System aus einem Design, das "funktioniert".

Ich habe herausgefunden, dass das System aus drei zusammenarbeitenden Subsystemen besteht.

Daher möchte ich jede Unterkomponente entwerfen und testen, bevor ich sie in das gesamte System integriere.

Meine Frage lautet dann:

• Wird Design in der realen Welt so gemacht?
• Was sind die Vor- und Nachteile des von mir geplanten Programms?

Ich beabsichtige, FreeCAD für das Design und Testen zu verwenden.

Antwort: Ja , genau so wird es in der realen Welt gemacht. Was Sie beschrieben haben, ist das, was ich in meinem Job mache, um Systeme in CAD zu überprüfen.

Da Sie angegeben haben, dass ich meinen Entwurfsprozess durchlaufen soll, habe ich ihn unten detailliert beschrieben. Beachten Sie, dass das meiste davon kein CAD beinhaltet. CAD ist von unschätzbarem Wert, aber nur, wenn Sie bereit sind, zuerst Bleistift und Papier herauszuholen. Beachten Sie auch, dass dies nur mein Designprozess ist, es ist keineswegs der einzige Weg, um Dinge zu erledigen.

Vorbereitung

Wenn ich mit einem Entwurf beginne, beginne ich damit, allgemeine Parameter herauszufinden, wie z. B. in welchen Raum es passen muss, mit was es verbunden werden muss, wie die Eingabe und Ausgabe sein wird. Nehmen wir an (um ein konkretes Beispiel zu nennen), ich mache eine Maschine, die ein langes Stück Rohr aufnimmt und es in vorgegebene Abschnitte schneidet. Meine ersten Schritte wären, die Größe und das Material des Rohrs zu bestimmen, das ich eingeben möchte, in welche Längen die Maschine das Rohr schneiden soll, welche Methode ich zum Schneiden des Rohrs verwenden werde und wie viel Platz ich auf dem Rohr habe Werkstatt für diese Maschine.

Ich würde dann eine wirklich grobe Skizze von dem machen, was ich denke. Im Beispiel eines Rohrschneiders kann dies so einfach sein wie eine Box mit der Bezeichnung "Fräser" und eine Linie mit dem Durchmesser und der Länge des Rohrgewichts.

Der nächste Schritt besteht darin, einige Berechnungen durchzuführen, um herauszufinden, welche Kräfte, Geschwindigkeiten usw. erforderlich sind. Da Sie sagten, Sie kommen aus der Mathematik, werde ich nicht zu viel darauf eingehen.

Normalerweise mache ich hier eine weitere Skizze, außer jetzt habe ich ein Gefühl dafür, wie groß meine Komponenten sein müssen, weil ich die beteiligten Kräfte kenne.

Nachdem ich die Rechnung gemacht habe, suche ich nach kommerziellen Teilen, die meinen Anforderungen entsprechen, und lade (wenn möglich) CAD-Dateien oder mechanische Zeichnungen für diese Teile herunter.

Sobald ich einige kommerzielle Teile habe, mache ich eine weitere Skizze, die diesmal die relativen Positionen meiner kommerziellen Teile mit ihren beschrifteten Schnittstellen zeigt, damit ich weiß, welche Art von Stützstruktur ich erstellen muss.

3D Modellierung

An diesem Punkt breche ich endlich das CAD-Paket aus. Ich beginne damit, 3D-Modelle aller kommerziellen Teile zu erstellen, für die keine 3D-Modelle online verfügbar sind, und gehe dann zu meinen Stützstrukturteilen über und baue alle Teile zu einer Baugruppe zusammen.

Hier ist der Teil, auf den Sie wahrscheinlich sehr neugierig sind, wenn Sie noch nie CAD verwendet haben.

In 3D-CAD sollten Sie jedes Teil zeichnen (normalerweise entweder als kommerzielles Teil oder aus einem einzelnen Materialstück in einer eigenen Teiledatei. Sobald Sie Teiledateien haben, können Sie eine sogenannte Baugruppe erstellen Mit der Baugruppe können Sie mehrere Teiledateien auswählen und die Verknüpfungen zwischen ihnen definieren. CAD-Programme haben kein Gefühl von "Kollisionen", sodass Sie dem Programm mitteilen müssen, welche Flächen mit anderen Flächen ausgerichtet sind, wie weit sie voneinander entfernt sind usw. Jedes Teil beginnt Mit sechs Freiheitsgraden und jeder Einschränkung werden die Freiheitsgrade um einen gewissen Betrag verringert. Wenn zwei Flächen parallel sind, wird ein Freiheitsgrad entfernt, ein Partner (zwei Flächen fallen zusammen) entfernt zwei oder drei usw.

FreeCad

Ich habe FreeCad nicht verwendet, daher kann ich nicht speziell auf die Vor- und Nachteile eingehen, aber ich vermute Folgendes: Die Vor- und Nachteile sind, dass es kostenlos ist und Sie sehen, welche Dimensionen funktionieren und welche nicht Die Nachteile werden sein, dass kommerzielle Software einfacher zu verwenden gewesen wäre.

CAD ist wichtig für die Bestimmung geometrischer Interferenzen und spezieller Konstruktionen. Wenn im CAD-Paket Finite Elemente verwendet werden, können die Daten für Spannungs- und Dehnungsberechnungen verwendet werden (um festzustellen, ob das System den Belastungen standhält). Dies kann kompliziert werden, da bei einem dynamischen System statische und dynamische Lasten auftreten. Dynamische Lasten müssen berechnet werden, wenn das Modell unterschiedlichen Lasten ausgesetzt ist.

Neben der mechanischen Festigkeit müssen noch andere Parameter mithilfe einer Simulation ermittelt werden. Angenommen, Sie entwerfen ein Aufhängungssystem. Die Federkonstante der Feder und die Dämpfungskonstante des Dämpfers müssen mithilfe einer Simulation ausgewählt werden. Eine mathematische Simulation kann entweder mit Simulink entwickelt oder in einer Computersprache codiert werden. Unter Verwendung der erwarteten Kraftprofile und Testbedingungen können die Parameter unter Verwendung der Simulation bestimmt werden.

Ich arbeite für ein Fortune 500-Maschinenbauunternehmen.

Der Prozess der Produktentwicklung in einem mechanischen System ist im Großen und Ganzen:

Ich gehe davon aus, dass Sie eine vollständige Spezifikation von Dingen wie Kräften, Temperaturen, Drücken usw. haben und sofort mit dem Entwerfen beginnen können. Das erste ist, Generierungskonzepte zu generieren, die möglicherweise der Spezifikation entsprechen oder nicht. Dies ist eine Kombination aus der Auswahl der Geometrie, die die Aufgabe erfüllt, des Materials, das eine einfache Herstellung und Leistung unter allen Betriebsbedingungen ermöglicht, mit den richtigen strukturellen Integritätseigenschaften für die angegebene Lebensdauer.

Dieses Design wird in einem CAD-Paket vervollständigt, in dem die Volumenkomponenten modelliert werden.

Von dort aus können Baugruppen und Produktionszeichnungen angefertigt werden, aber zuerst müssen wir unser Design mit einer Analyse validieren. Dies kann eine grundlegende Mathematik und Physik sein, um zu zeigen, dass die Dimensionen innerhalb der Konstruktionshülle funktionieren, grundlegende Kinematik und Kinetik oder Massenbilanzen für eine Konstruktion, die beispielsweise eine Flüssigkeit verarbeitet.

Eine genauere Analyse erfordert die Verwendung ausgefeilter Methoden, die in Software implementiert sind, die als CAE (Computer Aided Engineering) oder ALD (Analysis LED Design) bekannt ist.

Zur Untersuchung von Spannungen und Dehnungen, Temperaturen und teilweise Flüssigkeiten wird die Finite-Elemente-Methode verwendet, um lokale Eigenschaften basierend auf einem vermaschten Modell und einigen Randbedingungen zu berechnen.

Zur Untersuchung der Fluidwechselwirkung mit der Geometrie und zur Betrachtung von Drücken, Temperaturen und anderen Fluid- und thermischen Eigenschaften wird die rechnergestützte Fluiddynamik verwendet. Dies ist am häufigsten eine Implementierung der Finite-Volumen-Methode.

Sie haben angedeutet, zu simulieren und zu iterieren. Das ist im Wesentlichen, wie der Prozess gemacht wird. Es werden jedoch statistisch verifizierte Methoden verwendet, die die Theorie des Entwurfs von Experimenten verwenden, um optimierte Entwurfskonfigurationen zu erzeugen.

Ich bin mir nicht sicher, wie du weiter gekommen bist, aber ich bin im selben Boot und bin ratlos geworden ...

"Es wird Zahnräder, Gestänge und Aktuatoren beinhalten" Ich glaube, es ist sehr schwierig für den Bastler. Diese Modellierungsstufe erfordert professionelle Design-Software, die ££££ kostet. Wenn Sie das bekommen können, ist alles in Ordnung, nachdem Sie sich mit der Denkweise der 3D-Modellierung beschäftigt haben. Es ist nicht wie 2D-Zeichnen.

Insbesondere habe ich FreeCAD 0.16 (die aktuelle stabile [?] Version) getestet und war enttäuscht. Es ist noch nicht wirklich an einem brauchbaren Punkt. Ich denke, dass es möglicherweise nie die Benutzerfreundlichkeit erreichen wird, wie es viele Open-Source-Pakete nicht tun, wie z. B. 2D LibreCAD. Es kann auch nicht mehr als einen Teil behandeln, daher kann nur versucht werden, einen Link zu modellieren, keine Verknüpfungen.

Da Sie akademisch verbunden sind, kann ich vorschlagen, eine Studenten- / akademische Lizenz für etwas wie SolidWorks oder SolidEdge zu erwerben. Es könnte auch Fusion 360 geben. Sie funktionieren gut und haben eine geeignete Statur für Verknüpfungen und dergleichen. Sie ermöglichen auch die Modellierung des Bewegungsbereichs. Leider gibt es für mich als Linux-Benutzer derzeit keine frei verwendbaren 3D-Modellierungspakete.

Ich bin neu im Maschinenbau, obwohl ich einen wissenschaftlichen Hintergrund (Postgraduierten in Mathematik) habe und (meistens) meinen Lebensunterhalt kodiere.

Meine Beobachtung ist, dass es viele Analogien gibt, wie Software entworfen, getestet, codiert (heh, in dieser Reihenfolge) und verteilt wird - und wie mechanische Modelle im CAD beschrieben werden. Vielleicht liegt das daran, dass ich hauptsächlich parametrische Modellierung mache, z. B. dem Computer ein Rezept zur Erstellung eines Modells aus Parametern beschreibe, das dann getestet werden kann.

Sie scheinen auf dem richtigen Weg zu sein.

Wie bei Software-Tools müssen Sie Ihre Tools gut auswählen und kennen, um mit ihnen arbeiten zu können und nicht gegen sie.

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