Einführung in das rechnergestützte Konstruieren Computer ... · • Definition des Gewindes als Attribut an eine Fläche im CAD-System • Bei der Weiterverwendung der CAD-Daten

Fachgebiet Datenverarbeitung in der KonstruktionFachbereich MaschinenbauTechnische Universität Darmstadt

Leitung: Prof. Dr.-Ing. R. Anderl

Petersenstraße 30D-64287 Darmstadt

Einführung in das rechnergestützte KonstruierenComputer Aided Design (CAD)

Sommersemester 2007

© 2007 – DiK, Technische Universität DarmstadtFolie 2

Gliederung der 4. Vorlesung

1. Produktdatentechnologie

2. Ideenfindung und Skizziertechniken

3. Geometrische Modellierung

4. Geometriemodelle

5. Einzelteilmodellierung

6. Baugruppenmodellierung

7. Toleranzen, Passungen und Oberflächenangaben

8. Ableitung Technischer Zeichnungen

9. Fortgeschrittene Methoden des rechnerunterstützten Konstruierens


Methodische Vorgehensweise beim Modellieren(technische Sichtweise)

Produkt

Baugruppe

Einzelteil

GestaltelementKom

posi

tion

Zusa

mm

enba

u / A

ggre

gatio

n

Zerle

gung

/ D

ekom

posi

tion

Stru

ktur

ieru

ng

Grenze für zerstörungsfreie Zerlegung


Baugruppenmodellierung


Prinzipien der Baugruppenbildung


Baugruppenstruktur

Motor Baugruppe

Antrieb

Kurbelwelle

Anlaufscheibe

…

Kolben

Pleuelschelle

Kolben

Zylinder-schraube

…

Gehäuse

…

Beim Erzeugen von Baugruppen wird nicht nur die Gestalt festgelegt, sondern es werden auch die Beziehungen der einzelnen Komponenten untereinander definiert!

Unterbau-gruppenBaugruppe Einzelteile


Unterscheidung von Baugruppenstrukturennach Verwendungszweck (Teil 1)

Die Strukturierung von Produkten aus Baugruppen (Oberbaugruppenund Unterbaugruppen) und Einzelteilen kann nach unterschiedlichemVerwendungszweck erfolgen.• Funktionsbaugruppen:

Funktionsbaugruppen bestehen aus Bauteilen, die einer gemeinsamen Funktion dienen.Bsp.: Alle Komponenten einer Bremsanlage

• Montagebaugruppen:Eine Montagebaugruppe besteht aus Bauteilen, die komplett gefügt in die nächsthöherer Struktureinheit montiert werden können.Bsp.: Motoren

• Ersatzteil/Verkaufsbaugruppen:Eine Ersatzteil- oder Verkaufsbaugruppe besteht aus Bauteilen, die zusammen, z.B. als Ersatzteile, verkauft werden.Bsp.: Kompletter Satz Dichtungen einer Maschine


Unterscheidung von Baugruppenstrukturennach Verwendungszweck (Teil 2)

Beispiel für Funktionsbaugruppen

Eine Funktionsbaugruppe besteht aus Bauteilen,die aus funktioneller Sicht strukturiert wurden undzueinander positioniert und verknüpft werden können.

Welle, Hebel, Ventilteller und dazugehörige Schraube werden als bewegliche Unterbaugruppe derOberbaugruppe „Ventil“ zugeordnet.

Gehäuse, Deckel (Flansch) und Schrauben werden als„feste“ Unterbaugruppe der Oberbaugruppe Ventilzugeordnet.

Im realen Produkt ist diese Struktur jedoch z.B. nicht montierbar, entspricht also nicht einerMontagebaugruppe.


Vorgehensweisen zur Baugruppenmodellierung: BOTTOM UP und TOP DOWN

topdown

bottomup


Gestaltelemente in Baugruppen BOTTOM UP

Typische Struktur beim Bottom Up Vorgehen:Gestaltelemente werden nur in der ersten Ebene zum Erstellen derEinzelteile verwendet.

Gestaltelemente

Einzelteile

Unterbaugruppen

Baugruppe

Welle Flansch Bohrung ….


Gestaltelemente in Baugruppen TOP DOWN

Die Modelle der beiden Einzelteile werden durch diesen Modellierungsvorgang um die Bohrungen ergänzt

Problem: Bohrungen lassen sich im Einzelteil nichtändern. Weiterverwendung ist nur eingeschränkt möglich.

Features können sich nicht nur auf einzelne Teile, sondern auch gleich aufmehrere Teile in einer Baugruppe beziehen. Sie können demzufolge auchim Baugruppenzusammenhang und nicht nur im Einzelteil modelliert werden.

Das Feature Bohrung wird in zusammengebautem Zustand von Gehäuse und Deckel angebracht.

Dieses Modellierungsweise gewährleistet das Fluchten der Bohrungen in Gehäuse und Deckel sowie die Gleichheit der Durchmesser.

Die Modellierungsweise ist nicht mit einemFertigungsvorgang zu verwechseln, bei demdie Teile in zusammengebautem Zustandgebohrt werden.


Möglichkeiten zur Positionierung von Einzelteilen in Baugruppen

Positionierung von Bauteilen und –gruppen:

• Absolute Positionierung• Relative Positionierung von Körpern bzw. Elementen über

› Bemaßungen› Anordnungsbedingungen› Hilfsgeometrien

• Platzierungsbedingungen• Methodisches Vorgehen und Nutzung von Hilfsgeometrien


Absolute Positionierung von Elementen

Koordinatensystem, raumfest, Ursprung

X1,Y1,Z1

X2,Y2,Z2

Die absolute Positionierung von Elementen erfolgt in Bezug auf eine raumfeste Orientierungshilfe, im Beispiel auf ein Koordinatensystem.

Da die Elemente ein zugehöriges Ganzes verkörpern sollen, ist primär die relative Position zueinander von Interesse.

Falls sich die absolute Position eines Elements ändert, müssen auch alle absoluten Positionen der anderen Elemente geändert werden, da sie sich sonst relativ zueinander in einer falschen Position befänden.

Das Positionieren von Elementen inBezug auf die Standardbezugsebenen istebenfalls eine absolute Positionierung.


Relative Positionierung von Elementen über Bemaßung

Der Zusammenhang zwischen den einzelnen Elementen wird direkt modelliert und bleibt erhalten.

Falls sich die absolute Position eines Elements ändert, ändern sich auch die absoluten Positionen der anderen Elemente, da sie relativ zueinander definiert wurden.


Relative Positionierung über Anordnungsbedingungen

Ecken ausrichten Kanten ausrichten Flächen ausrichten Flächen gegenrichten

NN

N

N

NN

NN

Die relative Positionierung von Körpern kann über Anordnungsbedingungen erfolgen, die typgleiche Elemente (Ecken, Kanten oder Flächen) der Körper zueinander in Beziehung setzen.

• Ausgerichtete Ecken und Kanten werden deckungsgleich• Aus- oder gegengerichtete Flächen liegen in der gleichen Ebene. • Bei der Anordnung von Flächen kann anhand des Richtungssinns der

Flächennormalen zwischen Aus- und Gegenrichtung unterschieden werden. Ausgerichtete Flächen haben gleichsinnige Normalenvektoren, gegengerichtete Flächen haben gegensinnige Normalenvektoren.


Relative Positionierung von Elementen über Hilfsgeometrie

Hilfspunkte Hilfslinien Hilfsebenen

(-)

D1 D1

Achsabstand

Koaxialität

Punktabstand

Durch Punkt

Ebenenabstand

D1

D2

Die relative Positionierung von Elementen kann auch als Bemaßung zu oder als Bezug auf Hilfsgeometrie erfolgen. Hilfsgeometrie können Punkte, Achsen oder Ebenen sein.


Platzierungsbedingungen in NX

Plazierungs-bedingungMate Anordnen von Flächen oder Kanten

gegengerichtet.

Align Gleichrichten von Flächen, Kanten, Ecken und Achsen

Angle Anordnen von Flächen und Kanten nach einem Winkel

Parallel &Perpendicular

Parallele bzw. rechtwinklige Anordnung von geeigneten Komponenten

Center Ausrichten von Zentren von kreiszylindrischen Elementen und Achsen

Distance Platzierung von Komponenten mit einem Abstand oder optionale Anwendung in Kombination mit anderen Platzierungsbedingungen

Tangent Tangente Anordnung von zylindrischen Flächen oder Kanten mit ebenen Elementen

Align

Mate

Angle

Parallel

Perpendicular

Center

DistanceTangent


Beispielhafte Darstellung von AnordnungsbedingungenLila gefärbte Pfeile zeigen die offenen Freiheitsgrade


UG-DEMOAnordnungsbedingungen


Methodisches Vorgehen und Nutzung von Hilfsfunktionen

Methodisches Vorgehen und Nutzung von Hilfsgeometrie bei der Modellierung von Baugruppen: (Nach der BOTTOM UP - Methode)

• Zuordnung der Einzelteile in eine hierarchische Struktur mit Unterbaugruppen:

- Zusammensetzen der Einzelteile zu Unterbaugruppen

- Zusammensetzen von Unterbaugruppen und Einzelteilen zum Produkt

• Verwendung von Hilfsgeometrie: (sofern erforderlich)

- zum „schrägen“ Einbau oder für

- Bewegungssimulationen

• Einbaukontrolle durch:

- Messen der Durchdringung von Bauteilen

- Erzeugen eines Schnittes durch die Baugruppe

• Definieren einer Explosionsdarstellung

• Erzeugen von Stücklisten


Grundlagen der Baugruppenbildungüber Verbindungen


Grundlagen der Schraubenverbindungen


Repräsentation von Gewinden

• Genormtes Verbindungselement• Genaue Feingestalt für die Verwendung durch den Konstrukteur ohne Bedeutung• Festlegung der Parameter (z.B. M5 x 10)

• Geometrische Abmessungen• Technologische Eigenschaften

• Definition des Gewindes als Attribut an eine Fläche im CAD-System• Bei der Weiterverwendung der CAD-Daten werden die Parameter ausgelesen

und die jeweils benötigten Zahlenwerte aus Tabellen ermittelt. (Bsp. Herstellung: eigene Werkzeuge, Berechnung: eigene Näherungen)

• Bei Bedarf können entsprechende Module des CAD-Systems die Feingestalt desGewindes ebenfalls über Tabellen berechnen. (wenig Anwendungsfälle)

Gewindespitze

Gewindegrund

Nen

ndur

chm

esse

r D

Kernloch-durchmesser D1

} aus DIN-Tabelle


Schema zur Konstruktion von Gewinden

Konstruktion eines Gewindes in der Sacklochbohrung im Ventilgehäuse (Schraube M5x10): • Nenndurchmesser D = M5• Einschraubtiefe: Ie Ie = 6,0mm

(materialabhängig mindestens 0,9 -1,5 * D, siehe DIN 76)

• Gewindeüberhöhung: x=3*p x = 2,4mm(p: Gewindesteigung; siehe DIN 76)

• Grundlochüberhang: e1 e1= 4,2mm(siehe DIN 76)

Bohrungstiefe 12,6mmGewindelänge 8,4mm

Für die Modellierung im CAD-System• Kernlochdurchmesser: D1 D1 = 4,1mm

(siehe DIN 13, Teil 1-11) (gerundet)


UG DEMOGewinde im CAD-System


Gewindewerte nach DIN 13, Teil 1-11

Gewinde-bezeichnungd=D

Steigung p

Flanken-Ø d2=D2

Kern-Ø Bolzen d3

Kern-Ø Mutter D1

Gewinde-tiefe Bolzen h3

Gewinde-tiefe Mutter H1

Rundung R

Spannungs-querschnittAs [mm2]

M 1 0,25 0,84 0,69 0,73 0,15 0,14 0,04 0,46

M 1,2 0,25 1,04 0,89 0,93 0,15 0,14 0,04 0,73

M 1,6 0,35 1,38 1,17 1,22 0,22 0,19 0,05 1,27

M 2 0,4 1,74 1,51 1,57 0,25 0,22 0,06 2,07

M 2,5 0,45 2,21 1,95 2,01 0,28 0,24 0,07 3,39

M 3 0,5 2,68 2,39 2,46 0,31 0,27 0,07 5,03

M 4 0,7 3,55 3,14 3,24 0,43 0,38 0,10 8,78

M 5 0,8 4,48 4,02 4,13 0,49 0,43 0,12 14,2

M 6 1 5,35 4,77 4,92 0,61 0,54 0,14 20,1

Regelgewinde Reihe 1


Gewindeparameter nach DIN 76

Gewindesteigung p ISO-Regel-Gewinde d

Gewindeauslauf Maximum_ x1__|__ a1_| e1_

0,20,250,3

-M1;M1,2-

0,50,60,8

0,60,80,9

1,31,51,8

0,350,40,45

M1,6M2M2,5

0,911,1

1,11,21,4

2,12,32,6

0,50,60,7

M3-M4

1,31,51,8

1,51,82,1

2,83,43,8

0,750,81

-M5M6

1,922,5

2,32,43

44,25,1

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