DMU Kinematics Simulator - dunet.nicolas.free.frdunet.nicolas.free.fr/CATIAV5/CATIA V5 DMU...

25
1 Bewegungen erzeugen mit dem DMU Kinematics Simulator der Version 5 Release 6 von Erstellt von Peter Bach Prof. Dr-Ing. M. Schuth, Labor für Gerätebau des Fachbereichs Maschinenbau der FH-Trier

Transcript of DMU Kinematics Simulator - dunet.nicolas.free.frdunet.nicolas.free.fr/CATIAV5/CATIA V5 DMU...

Page 1: DMU Kinematics Simulator - dunet.nicolas.free.frdunet.nicolas.free.fr/CATIAV5/CATIA V5 DMU Kinematik.pdf · CATIA® zu finden. Sie soll denen weiterhelfen, die bisher noch keine Erfahrung

1

Bewegungen erzeugen mit dem

DMU Kinematics Simulator

der Version 5 Release 6 von

Erstellt von Peter Bach

Prof. Dr-Ing. M. Schuth, Labor für Gerätebau

des Fachbereichs Maschinenbau der FH-Trier

Page 2: DMU Kinematics Simulator - dunet.nicolas.free.frdunet.nicolas.free.fr/CATIAV5/CATIA V5 DMU Kinematik.pdf · CATIA® zu finden. Sie soll denen weiterhelfen, die bisher noch keine Erfahrung

2

Inhalt

1. EINLEITUNG ......................................................................................................... 3

2. ALLGEMEINES ZU MECHANISMEN UND GETRIEBEN..................................... 4

3. MECHANISMEN ERZEUGEN ............................................................................... 5

3.1 BEDINGUNGEN ERZEUGEN IM ASSEMBLY DESIGN................................................... 5

3.2 ERSTE SCHRITTE IN DER KINEMATIKUMGEBUNG ..................................................... 7

3.3 WEITERE VERBINDUNGSTYPEN........................................................................... 11

4. SIMULATIONEN ERZEUGEN............................................................................. 13

4.1 SIMULATION MIT BEFEHLEN ................................................................................ 13

4.2 SIMULATION MIT REGELN ................................................................................... 16

5. ARBEITEN MIT SIMULATIONEN / WIEDERGABEN ......................................... 20

5.1 SIMULATIONEN UMWANDELN............................................................................... 20

5.2 VERLÄUFE ERSTELLEN ....................................................................................... 22

5.3 ÜBERSCHNEIDUNGSERKENNUNG........................................................................ 23

5.4 TRANSLATIONSVOLUMINA .................................................................................. 24

6. NACHWORT........................................................................................................ 25

7. QUELLENANGABEN.......................................................................................... 25

Page 3: DMU Kinematics Simulator - dunet.nicolas.free.frdunet.nicolas.free.fr/CATIAV5/CATIA V5 DMU Kinematik.pdf · CATIA® zu finden. Sie soll denen weiterhelfen, die bisher noch keine Erfahrung

3

1. Einleitung

Diese Dokumentation dient dazu, einen schnellen Einstieg in den DMU Kinematic

Simulator ( DMU = digital mockup = digitale Modellerstellung ) der Version 5 von

CATIA® zu finden. Sie soll denen weiterhelfen, die bisher noch keine Erfahrung auf

dem Gebiet der kinematischen Simulationen gemacht haben und denen, die bereits

mit der Kinematik der Version 4 vertraut sind und den Einstieg in die Version 5 ( kurz:

V5 ) suchen. Vorraussetzung um mit diesem Modul zu arbeiten ist, dass der Nutzer

Kenntnisse auf dem Gebiet der Kinematik besitzt, d.h. er kennt Begriffe wie

Freiheitsgrad und Zwanglauf. In Kapitel 2 werden – um sich die Thematik vor Augen

zu führen – diesbezüglich wichtige Begriffe erklärt.

Der Simulator, der für Windows NT/2000 und Unix verfügbar ist, dient zum Erzeugen

von Baugruppenbewegungen und ist ein eigenständiges Programm, mit dem man

Kollisionsuntersuchungen durchführen, Translationsvolumina ermitteln, Verläufe von

Bewegungen darstellen, Abläufe veranschaulichen und daraus Präsentationen

erstellen kann. Anhand von einfachen Beispielen, wie z.B. viergliedrigen

kinematischen Ketten, wird auf den nachfolgenden Seiten erklärt, wie Bewegungen

erzeugt werden und welche Anwendung dies finden kann.

Die Neuerungen gegenüber der Version 4 sind dem DMU Kinematics Simulator User

Guide zu entnehmen ( auf der Documentation Workbench der V5 ).

Die Dokumentation stützt sich auf die deutsche Release 6 der Version 5, da bei

älteren Ausgaben wichtige Funktionen fehlen und z.T. keine Bewegungen erzeugt

werden können..

Die Beispiele, die zur Darstellung genutzt werden, lehnen sich hauptsächlich an die

Vorlesung Getriebelehre von Prof. Dr.-Ing. Michael Schuth des Fachbereichs

Maschinenbau der Fachhochschule Trier.

Page 4: DMU Kinematics Simulator - dunet.nicolas.free.frdunet.nicolas.free.fr/CATIAV5/CATIA V5 DMU Kinematik.pdf · CATIA® zu finden. Sie soll denen weiterhelfen, die bisher noch keine Erfahrung

4

2. Allgemeines zu Mechanismen und Getrieben

Getriebe dienen zum Wandeln oder Übertragen von Kräften und Bewegungen. Sie

bestehen aus wenigstens zwei Gliedern, von denen eines als Gestell festgelegt

wurde ( gestellfest machen ). Dies bedeutet, dass das Glied absolut im Raum

verankert wird. Hinsichtlich der Vollständigkeit unterscheidet man zwischen

kinematischen Ketten, Mechanismen und Getrieben :

Bei einer geschlossenen kinematischen Kette ist jedes Glied an mindestens zwei

kinematisch nicht identischen Stellen mit je einem Nachbarglied verbunden ( s.

Abb.1 ). Wenn mindestens ein Glied mit n Gliedern nur an n kinematisch identischen

Stellen verbunden ist, spricht man von einer offenen kinematischen Kette

( s. Abb.2 ).

Anmerkung : 12,23 ... kennzeichnen die Gelenke

1,2,3 ... kennzeichnen die Glieder

1223

3414

2

13

4

1223

3414

2

13

4

1223

3414

2

13

4

1223

3414

2

13

4 Abbildung 1: geschlossene kinemat. Kette

1111 2222 33334444

12121212

23232323

34343434 Abbildung 2 : offene kinemat. Kette

Ein Mechanismus entsteht aus einer

kinemat. Kette, indem man eines ihrer

Elemente gestellfest macht.

1223

3414

2

13

1223

3414

2

13

1223

3414

2

13

1223

3414

2

13

4

Abbildung 3 : Mechanismus, bei dem z.B. Glied 4 gestellfest gemacht wurde

Page 5: DMU Kinematics Simulator - dunet.nicolas.free.frdunet.nicolas.free.fr/CATIAV5/CATIA V5 DMU Kinematik.pdf · CATIA® zu finden. Sie soll denen weiterhelfen, die bisher noch keine Erfahrung

5

Ein angetriebener Mechanismus wird als Getriebe bezeichnet und kann ein oder

mehrere An- und Abtriebsglieder besitzen. Das Beispiel von Abb. 3 besitzt einen

Freiheitsgrad. Damit es zwangläufig ist, muss der Freiheitsgrad ( oder Laufgrad ) der

Zahl der Antriebe ( in CATIA® : Zahl der Befehle ) entsprechen. In diesem Fall kann

z.B. Glied 1 als Antrieb dienen, wobei über den Antriebswinkel ϕ die Position jedes

einzelnen Gliedes eindeutig bestimmt werden kann. Das so entstandene Getriebe

wird nach den Gliederlängen und der Anordnung als Doppelaußenschwinge

bezeichnet ( vgl. Vorlesung Getriebelehre).

3. Mechanismen Erzeugen

Ein simulierbarer Mechanismus ist die Grundvoraussetzung für die Erzeugung einer

Simulation bzw. einer Animation. Ziel dieses Kapitel ist es, einen solchen

Mechanismus zu erzeugen.

3.1 Bedingungen Erzeugen im Assembly Design

Vorraussetzung zur Erstellung eines Mechanismus ist, dass man mindestens 2 Parts

( z.B. einen Bolzen und einen Hohlzylinder oder zwei Laschen ) im Assembly Design

als separate Baugruppen vorliegen hat und diese im Spezifikationsbaum angezeigt

werden. Als ersten Schritt versucht man, die Teile mit Bedingungen zu verknüpfen,

um so ihre Lage zueinander zu bestimmen und später Bewegungen zuzulassen. In

der Symbolleiste Bedingungen sind zu finden Kongruenz, Kontakt, Offset, Winkel

und Komponente fixieren. Mit der Kongruenzbedingung lassen sich Punkte,

Linien ( auch Mittelpunktsachsen von Rundteilen ), Ebenen/Flächen untereinander

kongruieren. Zum Beispiel lassen sich die Achsen eines Bolzen und einer Bohrung in

Deckung bringen. Selektiert man in diesem Fall Kongruenz und wählt anschließend

die beiden Achsen an, wird die Bedingung erzeugt. Ohne eine weitere Bedingung,

die den Bolzen in axialer Richtung positioniert ( z.B. definierte Offsetbedingung

zwischen den Stirnflächen ), lässt sich der Bolzen später in der Bohrung um die

eigene Achse drehen und in axialer Richtung verschieben ( 2 Freiheitsgrade ). Mit

der Offsetbedingung kann man Punkten, Linien und Ebenen/Flächen untereinander

definierte Abstände ( Zahlwert ) zuordnen. Wie bereits angesprochen wird diese

Bedingung am häufigsten für zwei ebene Flächen verwendet um ihren Abstand fest

Page 6: DMU Kinematics Simulator - dunet.nicolas.free.frdunet.nicolas.free.fr/CATIAV5/CATIA V5 DMU Kinematik.pdf · CATIA® zu finden. Sie soll denen weiterhelfen, die bisher noch keine Erfahrung

6

zu legen. Die Kontaktbedingung ist identisch einer Offsetbedingung, bei der als

Abstand 0 mm angegeben ist. Winkelbedingungen dienen zur Festlegung von

Winkeln zwischen Linien, Achsen, und ebenen Flächen.

Mit Komponente fixieren lassen sich Parts absolut im Raum und relativ zu anderen

Parts fixieren ( absolut im Raum ist standardmäßig aktiv, lässt sich aber durch

Doppelklicken auf die Bedingung im Spezifikationsbaum unter Bedingungsdefinition

umschalten ), was einem gestellfest machen wie es in Kapitel 2 beschrieben wurde

gleich kommt. Weitere Einzelheiten sind dem Assembly Design User Guide

( s. Workbench Documentation ) zu entnehmen.

Kongruenzbedingung Offsetbedingung Kontaktbedingung Winkelbedingung Komponente fixieren

Abbildung 4 : wichtige Bedingungen

Ein einfaches Beispiel eines Getriebes besteht z.B. aus zwei Laschen. Eine ist

raumfest fixiert, die andere rotiert um das gemeinsames Gelenk. An der Gelenkstelle

wird zunächst die Kontaktbedingung angebracht ( Fläche/Fläche ). Im nächsten

Schritt werden die gemeinsamen Achsen durch die Kongruenzbedingung in Deckung

gebracht und eins der beiden Glieder wird fixiert ( Komponente fixieren ). Das erste

Glied kann sich nun um das zweite drehen ( es besitzt 1 Freiheitsgrad ). Setzt man

Abbildung 5 : Laschen mit Bedingungen versehen

Page 7: DMU Kinematics Simulator - dunet.nicolas.free.frdunet.nicolas.free.fr/CATIAV5/CATIA V5 DMU Kinematik.pdf · CATIA® zu finden. Sie soll denen weiterhelfen, die bisher noch keine Erfahrung

7

nun den 3D-Kompass ( standardmäßig in der rechten oberen Ecke der Arbeits-

fläche ) auf das bewegliche Glied und hält danach die Shift-Taste der Tastatur

gedrückt, dann kann man mit der Mouse durch Anklicken und Ziehen des Kompass

eine undefinierte Bewegung erzeugen ( dient zum groben Ändern der Position ).

3.2 Erste Schritte in der Kinematikumgebung

Zu finden ist die Umgebung unter Start/Digitale Modellerstellung/DMU Kinematics.

Es gibt generell zwei Möglichkeiten einen Mechanismus zu erzeugen. Am

einfachsten und schnellsten geschieht es ( wenn zuvor die Bedingungen im

Assembly Design richtig gesetzt wurden ) durch Wahl des Icon Umwandlung von

Baugruppenbedingungen in der Symbolleiste DMU Kinematics. Selektiert man

danach in dem sich öffnenden Fenster Neuer Mechanismus und anschließend

Automatisch erzeugen, dann werden die Bedingungen, die zuvor gesetzt wurden, in

eine Verbindung umgewandelt. Dies wird in der Verzeichnisstruktur unter

Applications/Mechanismus.1/Verbindungen.1 angezeigt ( Namen von Verbindungen

und Mechanismen lassen sich jederzeit über rechte Mouse-Taste, Eigenschaften

ändern ). Die in dem Fall der beiden Laschen automatisch erzeugte Drehverbindung

( Rotationsverbindung ) setzt sich nun aus den im Assembly Design erzeugten

Bedingungen Flächenkontakt und Kongruenz ( kongruiert Mittelpunktsachsen )

zusammen. Als Festkomponente wird wie definiert Glied 2 angezeigt und somit

wurde der Mechanismus erzeugt.

Abbildung 6 : Verbindungsbearbeitung

Page 8: DMU Kinematics Simulator - dunet.nicolas.free.frdunet.nicolas.free.fr/CATIAV5/CATIA V5 DMU Kinematik.pdf · CATIA® zu finden. Sie soll denen weiterhelfen, die bisher noch keine Erfahrung

8

Um diesen zu simulieren, fehlt der Verbindung ein Befehl, d.h. der Mechanismus

besitzt noch einen Freiheitsgrad und dadurch muss ein „Antrieb“ festgelegt werden.

Durch Doppelklick auf die jeweilige Verbindung ( hier : Verbindung.1 ) öffnet sich das

Fenster Verbindungsbearbeitung ( s. Abb. 6 ) und man wählt Abhängiger Winkel.

Die Simulation kann nun durch einen definierten Befehl erfolgen ( wird durch die

Information Der Mechanismus kann simuliert werden angezeigt ). Selektiert man

unter Verbindungslimits zudem eine Obergrenze bzw. Untergrenze, dann können wie

hier bei einer Rotationsverbindung Gradzahlen gewählt werden, die die Drehung bei

der späteren Simulation in die eine oder andere Richtung begrenzen ( 0°-Stellung

bezieht sich auf die aktuelle Position ).

Man kann aber auch in DMU Kinematics Verbindungen „manuell“ erzeugen, die

zudem die erforderlichen Bedingungen erstellen. Ausgangspunkt sind die einzelnen

Parts zwischen denen zunächst keine Bedingungen existieren. Auf der Symbolleiste

DMU Kinematics ( s. Abb. 7 ) in der Kinematikumgebung befinden sich eine Reihe

von Verbindungen die für die Zuordnung verwendet werden können.

Abbildung. 7 : Die DMU-Kinematics Symbolleiste

Abbildung 8 : Verbindungserzeugung

Die Vorgehensweise im Beispiel der beiden Laschen sieht wie folgt aus : Das Icon

Rotationsverbindung , welches sich unter Verbindungen ( 3. Icon auf der DMU

Kinematics - Symbolleiste verbirgt, wird selektieren ( auch zu finden im Pull-down-

Page 9: DMU Kinematics Simulator - dunet.nicolas.free.frdunet.nicolas.free.fr/CATIAV5/CATIA V5 DMU Kinematik.pdf · CATIA® zu finden. Sie soll denen weiterhelfen, die bisher noch keine Erfahrung

9

Menü unter Einfügen/Verbindungen ), und es wird durch Anwahl ein neuer

Mechanismus erzeugt. Durch Selektion der entsprechenden Achsen und Flächen

( bezogen auf das Beispiel der beiden Laschen ) entstehen die entsprechenden

Bedingungen ( in diesem Fall eine Kontakt- und Drehverbindung ). Mit Abhängiger

Winkel wird wiederum ein Befehl dem Mechanismus hinzugefügt. Sollen die Ebenen

zudem einen gewissen Abstand haben, dann kann dies durch einen Offset-Wert

festgelegt werden ( führt zur Erzeugung einer Offset-Bedingung, vgl. Kap. 3.1. Auf

dieser Symbolleiste ( DMU Kinematics ) befindet sich das Icon Komponente fixieren

, mit dem das entsprechende Glied raumfest gemacht wird. Der Mechanismus

kann nun abermals simuliert werden.

Abbildung 9 : Kurbelschwinge

Ein weiteres Beispiel ist die in Abb.9 dargestellte Kurbelschwinge. Die 4 Glieder

werden im Assembly Design mit Bedingungen versehen ( Festkomponente

bestimmen, Kongruenzbedingungen verwenden, usw., vgl. vorheriges Beispiel ). Bei

der automatischen Umwandlung der Baugruppenbedingungen werden die

Verbindungen erzeugt. Es fehlt lediglich ein Befehl, um einen Zwanglauf zu

erzeugen, da die Kurbelschwinge noch einen Freiheitsgrad besitzt. Bei der

Festlegung der Bedingungen ist darauf zu achten, dass es zu keinen

Überbestimmungen oder Unterbestimmungen kommt. Bei statischer

Überbestimmtheit und statischer Bestimmtheit ( Freiheitsgrad bzw. Laufgrad F ist

<= 0 ) ist ein Mechanismus nicht simulierbar. Bei Unterbestimmtheit müssen

fehlende Befehle oder Bedingungen ergänzt werden. Ein einfaches Beispiel hierfür

ist ein Ring, der sich um einen fixierten Bolzen dreht ( s. Abb. 11 ). Dieser Ring

Page 10: DMU Kinematics Simulator - dunet.nicolas.free.frdunet.nicolas.free.fr/CATIAV5/CATIA V5 DMU Kinematik.pdf · CATIA® zu finden. Sie soll denen weiterhelfen, die bisher noch keine Erfahrung

10

besitzt, wenn lediglich die Achsen kongruiert wurden, 2 Freiheitsgrade ( 1 Rotation, 1

Translation ). Zwischen beiden Teilen wird eine Zylindrische Verbindung durch

die Umwandlung der Baugruppenbedingungen erstellt. Im Fenster

Verbindungserzeugung stehen als Befehle Abhängiger Winkel und Abhängige

Länge zur Auswahl. Ist nur einer der beiden Befehle selektiert, dann ist die

Verbindung unterbestimmt, d.h. sie ist nicht zwangläufig, da die Anzahl der

Freiheitsgrade ( 2 ) nicht mit der Anzahl der Befehle bzw. Antriebe ( 1 )

übereinstimmt. Erst wenn beide Befehle selektiert sind, kann der Mechanismus

simuliert werden.

Abbildung 10 : Verbindungserzeugung Zylindrisch ohne selektion der Befehle

Abbildung 11 : Ring dreht sich um Zylinder

Page 11: DMU Kinematics Simulator - dunet.nicolas.free.frdunet.nicolas.free.fr/CATIAV5/CATIA V5 DMU Kinematik.pdf · CATIA® zu finden. Sie soll denen weiterhelfen, die bisher noch keine Erfahrung

11

3.3 Weitere Verbindungstypen

Neben der unter den vorherigen Punkten vorgestellten Rotationsverbindung und

Zylindrische Verbindung gibt es eine Vielzahl weiterer Verbindungen, die sich

zum einen z.T. aus den Bedingungen automatisch erzeugen lassen oder auf der

DMU Kinematics – Oberfläche explizit zwischen den Teilen erzeugt werden müssen,

da das Programm bei der automatischen Umwandlung diese Bedingungen nicht

richtig interpretiert.

Prismatische Starre Kugel- Ebene Zahnrad- Zahnstangen- Kabel-

Verbindung Verbindung verbindung Verbindung verbindung verbindung verbindung

( 1 Befehl ) ( 0 Befehle ) ( 0 Befehle ) ( 0 Befehle ) ( 1 Befehl ) ( 1 Befehl ) ( 1 Befehl )

Abbildung 12 : Beispiele weiterer Verbindungen

Nicht zu allen Verbindungstypen lassen sich Befehle zuordnen, wie z.B. zur Ebenen

Verbindung. Hierbei werden lediglich zwei Ebenen selektiert, um diese Verbindung

zu erzeugen. Neben den oben aufgeführten Verbindungen existieren noch die

Schraubverbindung ( 2 Befehle ), die Punktkurvenverbindung ( 1 Befehl ), die

Gleitkurvenverbindung ( 0 Befehle ), die Rollkurvenverbindung ( 1 Befehl ), die

Punkt-Flächen-Verbindung ( 0 Befehle ), die Universalverbindung ( 0 Befehle ) und

die Doppelgelenkverbindung ( 0 Befehle ). Diese Verbindungen können nicht

automatisch erzeugt werden und müssen auf jeden Fall manuell eingefügt werden.

Das nächste Beispiel stellt eine versetzte Schubkurbel dar. Damit sie simuliert

werden kann, soll sie 3 Rotationsverbindungen und eine Ebene Verbindung

besitzen. Wenn man die Bedingungen im Assembly Design setzt ( Kongruenz der

Achsen, Offset-Bedingungen von Ebenen ) und diese umwandelt, erzeugt das

Programm die erforderlichen Verbindungen.

Page 12: DMU Kinematics Simulator - dunet.nicolas.free.frdunet.nicolas.free.fr/CATIAV5/CATIA V5 DMU Kinematik.pdf · CATIA® zu finden. Sie soll denen weiterhelfen, die bisher noch keine Erfahrung

12

Abbildung 13 : versetzte Schubkurbel

Ein wichtiges Hilfsmittel zur Erzeugung des Mechanismus ist hierbei die

Mechanismusanalyse , zu finden auf der DMU Kinematics – Symbolleiste. In

diesem Fenster erkennt man u.a. ob ein Mechanismus überhaupt simuliert werden

kann und wie viele Freiheitsgrade er mit und ohne Befehle besitzt. Ist Freiheitsgrade

mit Befehlen ungleich Null, dann ist der Mechanismus nicht simulierbar. Durch Wahl

von Mehr werden hierzu alle einzelnen Verbindungen im Detailbereich

( Verbindungsname, Verbindungstyp, Befehl, usw. ) aufgeführt.

Abbildung 14 : Die Mechanismusanalyse einer Schubkurbel mit Detailbereich

Page 13: DMU Kinematics Simulator - dunet.nicolas.free.frdunet.nicolas.free.fr/CATIAV5/CATIA V5 DMU Kinematik.pdf · CATIA® zu finden. Sie soll denen weiterhelfen, die bisher noch keine Erfahrung

13

Durch Selektion werden sie zwischen den Teilen gekennzeichnet. Kann ein

Mechanismus nicht sofort erzeugt werden, sollte man alle Verbindungen einzeln

anwählen und nachschauen, wo eine Verbindung oder ein Befehl fehlt oder einige

sogar doppelt vorhanden ist. Ein sehr häufiger Fehler ist z.B., dass zwischen zwei

Teilen keine Verbindung existiert weil sie u.U. vergessen wurde. Wird sie nun dem

Mechanismus hinzugefügt, kann man anhand der Analyse erkennen, ob die

Simulation durchführbar ist.

4. Simulationen Erzeugen

Die Erzeugung von Simulationen und Animationen setzt voraus, dass der

Mechanismus simulierbar ist. Ist dies der Fall, dann kann man auf einfache Weise

Simulationen erzeugen und diese z.B. in Video-Dateien umwandeln, die dann

unabhängig von CATIA® abgespielt werden können.

Abbildung 15: Symbolleiste Animation

4.1 Simulation mit Befehlen

Dass die Simulation mit Befehlen erzeugt wird, ist an dem Icon Simulation mit

Befehlen ersichtlich, welches sich auf der Symbolleiste Simulation ( im DMU

Kinematic Simulator ) befindet. Als erster Schritt wird hierzu das Icon Simulation

auf der Symbolleiste Animation angewählt. Es muss nun ein simulierbarer

Mechanismus aus der Liste gewählt werden, den man zuvor erzeugt hat. Es öffnen

sich danach die Fenster Simulation bearbeiten und Kinematische Simulation

( s. nachfolgende Abbildungen ). In dem letztgenannten befinden sich ein oder

mehrere Schieberegler, deren Anzahl mit der Anzahl Befehle übereinstimmt. Bewegt

man mit dem Mauszeiger einen der Regler, dann ist zeitgleich eine Bewegung am

Bauteil festzustellen. Links bzw. rechts neben dem Regler stehen die Limits, die

Page 14: DMU Kinematics Simulator - dunet.nicolas.free.frdunet.nicolas.free.fr/CATIAV5/CATIA V5 DMU Kinematik.pdf · CATIA® zu finden. Sie soll denen weiterhelfen, die bisher noch keine Erfahrung

14

maximal angefahren werden können. Die aktuelle Stellung der Glieder zueinander ist

in dem kleinen weiß hinterlegtem Fenster ersichtlich. Die Limits können unter ( 10 )

geändert werden. Bei rotatorischen Verbindungen, denen ein Befehl zugeordnet

wurde, wie z.B. bei einer zylindrischen Verbindung werden die Stellungen in

Gradzahlen angegeben. Bei Befehlen von prismatischen Verbindungen oder Punkt-

Kurven-Verbindungen sind die Positionen in Längeneinheiten, sprich in mm,

angegeben.

Zur Erzeugung der Simulation kann man zum einen mit Automatischem Einfügen

( 5 , s. Abb. 16-18 ) arbeiten. Ist dieses Feld inaktiv ( Standard ), müssen die Felder

Einfügen, Ändern, Löschen, Überspringen ( 1 ) im Fenster Simulation bearbeiten

aktiv sein und die Steuerungstasten ( 2 ), die mit denen eines Kassettenrecorders

oder Videorecorders vergleichbar sind, inaktiv sein bzw. grau erscheinen. Ist dies

nicht der Fall, muss man die Taste Löschen betätigen und danach Einfügen, um den

beschriebenen Zustand zu erreichen. Im Fenster Kinematische Simulation ändert

man nun einen oder mehrere Wert so ab, dass das Bauteil die gewünscht Bewegung

ausführt und in eine andere Position übergeht. Dies kann entweder über den

Schieberegler ( 8 ) durch die Maus geschehen oder über die Pfeiltasten ( 9 ).

Danach wählt man Einfügen und die Simulation wird mit der gerade manuell

getätigten Bewegung erzeugt. Ändert man danach wiederum einen Wert und wählt

man Einfügen, dann wird diese zweite Bewegung der Ersten angehängt. Dies lässt

sich beliebig oft wiederholen. Stehen einem mehrere Befehle zur Auswahl, dann

lassen sich schrittweise die einzelnen Glieder bewegen oder bei gleichzeitiger

Änderung mehrerer Befehle ein gemeinsamer Ablauf erzielen. Mit Play lässt sich

dann die gesamte Simulation abspielen. Die Taste ( 3 ) lässt die Simulation entweder

einmalig, als Endlosschleife oder einmalig vor und zurück abspielen. Die Wert im

Feld ( 4 ) dient zum Darstellen des Verlaufs und nimmt in diesem Fall ( bei kein

automat. Einfügen ) nur ganze Zahlen an. Mit jedem Einfügen wird die Zahl um 1

erhöht. ( 0 = Anfangszustand, n = Endzustand der Bewegung, mit n = 1,2,3,... ).

Unter ( 7 ) lässt sich das Zeitintervall, bzw. die Geschwindigkeit Regeln, mit der die

Simulation wiedergegeben werden soll. Es können hierfür die Werte 1, 0,2, 0,1, 0,04,

0,02 und 0,01 gewählt werden ( 0.01 entspricht Faktor 1/100 langsamer ). Es ist zu

erwähnen, dass die Zeit, die benötigt wird, vom obersten Wert zum niedrigsten Wert

( Regler ganz links nach ganz rechts ) zu gelangen, ca. 4 Sekunden beträgt falls für

( 7 ) 0,01 eingestellt ist. Diese Zeit ist aber in erster Linie von der Rechnerleistung

Page 15: DMU Kinematics Simulator - dunet.nicolas.free.frdunet.nicolas.free.fr/CATIAV5/CATIA V5 DMU Kinematik.pdf · CATIA® zu finden. Sie soll denen weiterhelfen, die bisher noch keine Erfahrung

15

Abbildung.16 : erforderlicher Zustand des Fensters ‚Simulation’ bearbeiten’ ohne ‚automa-tisches Einfügen’ vor der ersten Positionsänderung

abhängig und kann demnach von System zu System hiervon abweichen. Ändert man

zu jedem eingefügten Schritt die oberen und unteren Werte ( 10 ), dann kann man

die Geschwindigkeit quantitativ variieren. Eine definierte Geschwindigkeit ist

demnach nicht zu realisieren und ist so vom subjektiven Empfinden des Nutzer über

sie Zeitintervalle einzustellen.

Aktiviert man Blickpunkt animieren ( 6 ), dann kann man vor jedem Einfügen mit der

Maus die Bildschirmansicht ändern. Dieser Ansichtswechsel ist dann Bestandteil der

Simulation und wird als eine Art Flug von Ansicht 1 nach Ansicht 2 dargestellt.

Ist die Schaltfläche automatisches Einfügen aktiviert, dann kann man über den/die

Regler die Lage der Mechanismusteile ändern und nacheinander verschiedene

Positionen anfahren, ohne die Taste Einfügen zu betätigen. Die Bewegungen werden

1:1 übernommen und als Simulation gespeichert. Über die Tasten ( 1 ) lassen sich

erzeugte Schritte ändern oder löschen.

1 6

2

3

5

7

4

Page 16: DMU Kinematics Simulator - dunet.nicolas.free.frdunet.nicolas.free.fr/CATIAV5/CATIA V5 DMU Kinematik.pdf · CATIA® zu finden. Sie soll denen weiterhelfen, die bisher noch keine Erfahrung

16

10

9 8

Abbildung 18 : Abgeschlossene Simulation

Abbildung 17: Kinematische Simulationen : Schieberegler mit Limits

4.2 Simulation mit Regeln

Die Simulation mit Regeln bedeutet, dass die Bewegung einer Verbindung

formelmäßig über eine Weg-Zeit-Funktion bzw. über eine Winkel-Zeit-Funktion

beschrieben werden kann. Die Erzeugung einer solchen Simulation wird an Hand

eines Kofferraumdeckelmechanismus veranschaulicht.

Page 17: DMU Kinematics Simulator - dunet.nicolas.free.frdunet.nicolas.free.fr/CATIAV5/CATIA V5 DMU Kinematik.pdf · CATIA® zu finden. Sie soll denen weiterhelfen, die bisher noch keine Erfahrung

17

Abbildung 19 : Kofferraumdeckelmechanismus, der mit Regeln simuliert wird.

Als ersten Schritt markiert man im Spezifikationsbaum den zu simulierenden

Mechanismus, z.B. Mechanismus.1. Danach selektiert man auf der untersten

Symbolleiste das Icon Formel und es öffnet sich das Fenster Formel: ‚Name

des Mechanismus’ ‚ ( hier Mechanismus.1 ). Es werden nun die Parameter

angezeigt, die dem Mechanismus zugeordnet werden können. Bei einem

Mechanismus mit nur einem Befehl ist das neben der Zeit nur ein Parameter, der für

einen Winkel oder eine Länge steht ( hier : Winkel ). Mit einem Doppelklick auf den

Mechanismus ( 1, s. Abb. 20 – 22 ) öffnet sich der Formeleditor, in den letztendlich

eine formelmäßige Verknüpfung zwischen der Zeit und einem Befehl hergestellt wird.

Über den Assistent ( 2 ) wird im Datenverzeichnis Parameter selektiert, für den

Parameter die Zeit gewählt und als Zeit die, die dem Mechanismus zugeordnet

wurde. Die Zeile ( 6 ) wird mit der Formel ergänzt, die stets mit einem Schrägstrich „/“

beginnt. In diesem Beispiel wurde 1s * -20deg verwendet. Dies bedeutet, dass pro

Sekunde sich der Winkel um -20° ändert, ausgegangen von der Startposition.

Wichtig ist, das die Einheiten mit angegeben werden. Liegt keine Winkelabhängigkeit

sondern eine Längenabhängigkeit, dann ist anstatt deg für degree ( Grad ) ‚mm’ zu

verwenden. Besitzt ein Mechanismus mehrere Befehle, dann sind diese alle einzeln

mit Formeln zu versehen. Alle Grundeinstellungen des Fensters Formeln und

Formeleditor sind beizubehalten.

Page 18: DMU Kinematics Simulator - dunet.nicolas.free.frdunet.nicolas.free.fr/CATIAV5/CATIA V5 DMU Kinematik.pdf · CATIA® zu finden. Sie soll denen weiterhelfen, die bisher noch keine Erfahrung

18

2

1

Abbildung 20 : Fenster Formeln mit Parametern Zeit und Winkel eines Mechanismus

Abbildung 21 : Formeleditor, noch ohne Formel

Page 19: DMU Kinematics Simulator - dunet.nicolas.free.frdunet.nicolas.free.fr/CATIAV5/CATIA V5 DMU Kinematik.pdf · CATIA® zu finden. Sie soll denen weiterhelfen, die bisher noch keine Erfahrung

19

3

4

5

7 8

9

Abbildung 22 : Formeleditor mit erstellter Formel

Betätigt man nun das Icon Simulation , so kann man nun im Fenster kinematische

Simulation neben der Simulation mit Befehlen die mit Regeln verwenden. Man lässt

die Bewegung über Play ablaufen und fügt sie im Fenster Simulation bearbeiten mit

Einfügen der Simulation hinzu ( s. 4.1 Simulation mit Befehlen ). Über die Taste ( 9 )

können z.B. auch Einzelschritte getätigt werden, die dann der Simulation zugefügt

werden können.

Abbildung 22 : Das verwenden von Regeln bei der Simulation

Die Anzahl der Schritte ( 7 ) legt nur die Anzahl der Bilder beim Abspielen in über

dieses Fenster fest. Spielt man die komplette Simulation über Simulation bearbeiten

6

Page 20: DMU Kinematics Simulator - dunet.nicolas.free.frdunet.nicolas.free.fr/CATIAV5/CATIA V5 DMU Kinematik.pdf · CATIA® zu finden. Sie soll denen weiterhelfen, die bisher noch keine Erfahrung

20

ab, dann hat dieser Wert keinen Einfluss auf die Geschwindigkeit. Unter Regeln ( 8 )

verbirgt die grafische Darstellung der Bewegung in Abhängigkeit von der Zeit. Wie

schon angemerkt, ist die Zeit nicht wirklichkeitsnah und ist in diesem Fall nur ein

quantitativer Wert.

Abbildung 23 : Winkel-Zeit-Verlauf des Mechanismus: lineare Winkeländerung von 0° auf – 70 °

5. Arbeiten mit Simulationen / Wiedergaben

Die weiteren Anwendungen, wie z.B. Verlaufskurven oder die Überschnei-

dungserkennung, stellen den eigentlichen praktischen Nutzen des Moduls dar.

5.1 Simulationen umwandeln

Beim Umwandeln von Simulationen können Wiedergaben erzeugt werden, die ein

Abspielen der Simulation in CATIA® ermöglichen. Daneben können aus der

Simulation Video-Dateien erstellt werden, die sich auf jedem beliebigem Rechner mit

einem entsprechendem Programm ( z.B. Windows-Media-Player ) abgespielt werden

können. Nachteil gegenüber der Wiedergabe in CATIA® ist, dass die Dateien keinen

Page 21: DMU Kinematics Simulator - dunet.nicolas.free.frdunet.nicolas.free.fr/CATIAV5/CATIA V5 DMU Kinematik.pdf · CATIA® zu finden. Sie soll denen weiterhelfen, die bisher noch keine Erfahrung

21

Bezug mehr zu dem Programm haben und Änderungen am Bauteil oder Änderungen

der Ansicht sich nicht übertragen lassen.

Mit dem Icon Simulation umwandeln auf der Symbolleiste Animation öffnet sich

das entsprechende Fenster. Hier kann man zum Einen zwischen Wiedergabe

generieren und zum Anderen Generieren in eine Animationsdatei wählen. Im ersten

Fall gibt man lediglich den Namen der Wiedergabe an ( Standard :

Wiedergabe.lfd.Nr. ) und definiert anschließend aus welcher Simulation diese

hervorgehen soll und in welchem Zeitintervall sie ablaufen soll. Durch OK wird diese

dann erzeugt und ist im Spezifikationsbaum unter Applications/Wiedergabe/Name

der Wiedergabe eingefügt. Unter Wiedergabe lassen sich diese mit einfacher,

doppelter, fünffacher oder zehnfacher Geschwindigkeit abspielen.

Das generieren in eine Animationsdatei ( Microsoft avi-Datei ) erfolgt ähnlich wie bei

der Generierung einer Wiedergabe. Die Datei wird in einem Verzeichnis erstellt und

die zu verwendende Simulation gewählt . Unter Konfigurieren stehen dem Nutzer

verschiedene Kompressoren zur Auswahl, die die Daten möglichst platzsparend

abspeichern. Die besten Resultate beim Abspielen der Video-Dateien wurden mit

dem Kompressor „Indeo® video 5.10“ erzielt. Mit einer niedrigen

Abbildung 24 : Simulation umwandeln

Komprimierungsqualität und Datenrate liegt die Dateigröße im Megabyte-Bereich,

aber die Abspielgeschwindigkeit und Qualität sind im Vergleich zu den anderen

Page 22: DMU Kinematics Simulator - dunet.nicolas.free.frdunet.nicolas.free.fr/CATIAV5/CATIA V5 DMU Kinematik.pdf · CATIA® zu finden. Sie soll denen weiterhelfen, die bisher noch keine Erfahrung

22

Kompressoren am Anschaulichsten. Die gesamten Einstellungen sind jedoch stark

von der Leistung und Hardware ( u.a. Grafikkarte ) des Rechners abhängig. Neben

den Video-Dateien können auch Einzelbilder aus der Simulation erstellt werden, die

als Still Image Capture bezeichnet werden. Diese Option befindet sich in dem

Listenfeld, das standardmäßig Microsoft AVI anzeigt.

Abbildung 25: Wahl der Kompressoren : 4 stehen zur Auswahl 5.2 Verläufe erstellen

Mit Verlaufslinie werden Verläufe von beliebigen sich im Raum bewegenden

Punkten, die Bestandteil des Mechanismus sind, erzeugt. Das Programm erstellt

hierzu einen in einem neuen Fenster ( Part-Design ) ein catPart mit dem Namen

Verlaufslinie.lfd.Nr. In einem sich darin befindenen Geöffneten Körper liegen eine

Vielzahl von Punkten, die das Programm durch Angabe des zu Grunde liegenden

Mechanismus erstellt. Gleichzeitig wird aus diesen ein Spline erstellt, der dann die

eigentliche Verlauflinie darstellt. Durch Kopieren der Verlaufslinie.lfd.Nr. und

Einfügen in das Produkt kommt es zur Überlagerung des Mechanismus mit dem

Verlauf. Anwendungen für Verlauflinien sind die Ermittlung von Endpunkten, z.B. bei

Gelenkgetrieben, oder die Erstellung einer Evolvente oder Zykloide, die bei

Zahnradgetrieben Bedeutung hat.

Page 23: DMU Kinematics Simulator - dunet.nicolas.free.frdunet.nicolas.free.fr/CATIAV5/CATIA V5 DMU Kinematik.pdf · CATIA® zu finden. Sie soll denen weiterhelfen, die bisher noch keine Erfahrung

23

Abbildung 26 : Verläufe zweier Gelenkpunkte Abbildung 27: Bahn einer Zykloiden eines Kofferraummechanismus 5.3 Überschneidungserkennung

Abbildung 28 : Überschneidungserkennung

Drei Icons stehen in Zusammenhang mit der Überschneidungserkennung zur

Verfügung : (Aus), (Ein), (Stopp). Ist die Erkennung eingeschaltet, dann werden

bestehende Überschneidungen an den Rändern der Schnittflächen Rot

gekennzeichnet, bei Stopp wird die Simulation oder Wiedergabe angehalten, wenn

es zu einer Überschneidung kommt. Bei Bewegungsabläufen jeglicher Art lässt sich

hierdurch feststellen, ob das Zusammenspiel der Teile funktioniert oder ob

Änderungen vorgenommen werden müssen. Ist dies der Fall, kann man über die

Wiedergabe ( sie bezieht sich auf die aktuellen Parts ) sofort das Ergebnis erkennen.

Die Erkennung kann auch hilfreich bei der Erzeugung von Simulationen sein, da

somit die Grenzen des Mechanismus ermittelt werden können, sprich niedrigster

Wert und höchster Wert bei der kinematischen Simulation angegeben ( s. Abschnitt

4.1 ) werden können. Stoppet der Mechanismus bei einer Überschneidung, dann

kann der Wert der aktuellen Position als Grenzwert übernommen werden.

Page 24: DMU Kinematics Simulator - dunet.nicolas.free.frdunet.nicolas.free.fr/CATIAV5/CATIA V5 DMU Kinematik.pdf · CATIA® zu finden. Sie soll denen weiterhelfen, die bisher noch keine Erfahrung

24

5.4 Translationsvolumina

Über das Icon Translationsvolumen gelangt man in das gleichnamige Fenster,

indem zunächst Konfigurationen getätigt werden, wie die zu Grunde liegende

Wiedergabe, Genauigkeiten der Berechnung oder die mit einbezogenen Teile. Das

Resultat wir als cgr-Datei an einer benutzerdefinierten Stelle abgespeichert. Über

Einfügen/Vorhandene Komponente wird die Datei aufgerufen und das Volumen als

Solid dargestellt. Es erscheint als Part im Spezifikationsbaum welches ggf. in eine

Baugruppe verschoben werden kann. Durch Kombination mit der Überschnei-

dungserkennung lassen sich kritische Positionen der Teile ermitteln.

Abbildung 29 : Kofferraumdeckelmechanismus mit Translationsvolumen

Page 25: DMU Kinematics Simulator - dunet.nicolas.free.frdunet.nicolas.free.fr/CATIAV5/CATIA V5 DMU Kinematik.pdf · CATIA® zu finden. Sie soll denen weiterhelfen, die bisher noch keine Erfahrung

25

6. Nachwort

Anhand von einfachen Beispielen wurde in den vorherigen Kapiteln das Arbeiten mit

dem Modul DMU Kinematics Simulator in anschaulicher Weise an einfachen

Beispielen erklärt. Es existiert aber eine Vielzahl von Sonderfällen bei denen -

besonders bei der Verbindungserzeugung - andere Strategien verwendet werden

müssen, als man zunächst annimmt. Einfaches Beispiel hierfür sind z.B. die

Kugelgelenke des bereits angesprochenen Kofferraumdeckelmechanismus, die in

diesem Fall als Universalverbindungen gehandhabt werden müssen und nicht wie

vermutet als Kugelgelenkverbindung. Nur durch praktische Erfahrung lässt sich bei

einem solchen Problem eine mögliche Lösung rasch finden. Um erfolgreich mit dem

Modul umgehen zu können, sollten die Übungen aus der Dokumentation

veranschaulicht werden und zudem eigene fiktive Mechanismen erstellt werden, an

denen man die Feinheiten des Programms erkundet. Die Programmierer arbeiten

fortlaufend daran, weitere Verbesserungen an den nachfolgenden Releases zu

tätigen. Zu Nennen ist hier der enorme Schritt von Release 4 zu Release 6 ( siehe

CATIA®-Installationen der FH-Trier ). Eine Vielzahl von Verbindungen kamen bei der

R 6 hinzu, die eine Erzeugung der Simulation von bestimmten Mechanismen erst

durchführbar gemacht haben. Es ist daher zu erwarten, dass bei den nachfolgenden

Releases sich viele neue Möglichkeiten den Nutzern bieten werden.

7. Quellenangaben

[1] Prof. Dr.-Ing. Michael Schuth

Vorlesungsskript Getriebelehre

[2] Dassault Système

CATIA® V5 R6 Workbench Documentation, englische Ausgabe

Produktsynthesis à DMU Kinematics Simulator