simulation en mit unigraphics nx 4 - kinematik fem und cfd - motion-simulation mks

5/11/2018 Simulation En Mit Unigraphics NX 4 - Kinematik FEM Und CFD - Motion-Simulation MKS - slidepdf.com

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Andert, Reiner; Binde, Peter: Simulation en mitUnigraphics NX 4 - Kinematik, FEM und CFD,

Carl Hanser Verlag, Munchen 2006

© 2006 Carl Hanser Verlag

23-92

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2 Motion-Simulation (MKS)

Motion-Simulation bietet dem Konstmkteur die Moglichkeit, Bewegungen seiner bis

dahin statisch konstmierten Maschine zu kontrollieren. Dadurch kann ein besseres

Verstandnis fur die Maschine erlangt und es kann kontrolliert werden, ob es zu

Kollisionen der bewegten Teile kommt. AuI3erdem kann nachgesehen werden, ob die

Maschine die gewunschte Bewegung uberhaupt ausfuhren bzw. gewisse Positionen

erreichen kann. Oft ist es Aufgabe, die geometrischen Abmessungen geeignet einzu-

stellen. Dabei ist die Nutzung der CAD-Parametrik oft ein wichtiges Hilfsmittel, um

Varianten zu erstellen.

Aber auch und gerade in der fnihen Phase der Konstmktion ist der Einsatz kinema-tischer Analysen sinnvoll, wenn erst grebe Designentwurfe vorliegen. Mit Hilfe der

Motion-Simulation konnen schon Prinzipskizzen oder einfache Kurven bewegt und

deren MaI3e optimiert werden. So werden aus den Prinzipskizzen der fruhen Kon-

stmktionsphase oftmals bewegungskontrollierte Steuerskizzen. Im weiteren Verlauf

der Konstmktion konnen Kinematiken immer wieder zur Absicherung der bis dahin

fertig gestellten Maschine genutzt werden.

Sobald den CAD-Geometrien Masseeigenschaften zugeordnet sind, konnen Bewe-

gungsanalysen sogar zu dynamischen Analysen ausgeweitet werden. Dabei werden

Lagerkrafte, Geschwindigkeiten und Beschleunigungen ermittelt werden. Motion-

Analysen sind daher auch oftmals Vorbereitungen fur FEM-Analysen, weil dort

Lagerkrafte als Randbedingungen eingehen. Anhand der Ergebnisse (Krafte und

Wege) konnen auch Federn, Dampfer, Zusatzmassen, Schwingungstilger, Lager(Tragfahigkeit) etc. aus Zulieferkatalogen ausgewahlt werden.

Anwender von Motion-Simulation sollten in der Modellierung von Einzelteilen und

Baugruppen mit dem NX-System Erfahrungen mitbringen. Das ist deswegen erfor-

derlich, weil die Beispiele dieses Kapitels nicht nur auf fertigen Baugruppen aufset-

zen, sondern teilweise auch in die Konstmktionsmethodik eingreifen. Sonst sind

jedoch keine Vorkenntnisse erforderlich.

In dem nachfolgenden Einfuhrungskapitel werden Theorie, Grenz en, spezielle Effek-

te und Regeln dieser Disziplin dargestellt, Daraufhin folgen Lernaufgaben zur Ki-

nematik, die mit einem Grundlagenbeispiel beginnen. In der zweiten Lernaufgabe

werden Prinzipskizzen und Kinematik genutzt, um die frtihe Konstmktionsphase zu

unterstutzen. In der dritten Aufgabe werden Kollisionen behandelt und das Zusam-

mensetzen verschiedener Unterkinematiken. Die letzte Lernaufgabe behandeltschlieI3lich dynamische Sachverhalte sowie komplexe Arten von Kontakt.

E in sa tz sz en a rie n u n d

N utz en fu r M otio n-

S im ula tio ne n in d er P ra xis

M a ss en eig en sc ha fie n d er

B au te ile e rw eite rn d as

G eb ie t in d ie D yn am ik

hinein.

I nh a lt e d es K apit els



....___ 2 Motion-Simulation (MKS) __'

Un te rt eil un g der Mecha -

n ik i n d re i T e il e

E lement e bei d er Mode ll-

bildung

S ch em a fu r d ie M KS -

Analyse

Beschr an kunq bei MKS -

Sy st em en und Abg ren-

zu ng zu F EM

===24=====-

2.1 Elnfuhrunq

Motion-Simulation deckt den Teil der Mechanik ab, der sich mit starren Korpern

beschaftigt, In der Regel handelt es sich um mehrere starre Korper, die mit Gelenken

verbunden sind. Solche Problemstellungen tauchen z.B. bei Fahrwerken von Kraft-

fahrzeugen auf. Die Software zur Berechnung solcher Aufgabenstellungen wird mit

dem Begriff "MKS-Programm" bezeichnet. MKS bedeutet dabei Mehrkorpersimula-

tion.

- Mechanik-

Starre K6rper

Starrkorpermechanik

MKS (Mehr-Korper-

Systeme)

Flexible K6rper

Strukturmechanik

FEM (Finite-

Elemente- Methode)

Fluide

Stromungsmechanik

CFD (Computational

Fluid Dynamics)

Der Anwender definiert dabei neb en der Geometrie Bewegungskorper, Gelenke und

evtl. aullen angreifende Krafte oder Zwangsbedingungen. Auch Federn und Damp-

fer konnen eine Rolle spielen. Die freie Bewegung der tiber Gelenke verbundenen

Starrkorper wird iiblicherweise durch Bewegungsantriebe bestimmt.

Fur die Bewegungskorper wird meist CAD-Geometrie (Einzelteile und Baugruppen)

genutzt, Das CAD-System mit seinen machtigen Moglichkeiten kann aber auch fur

die Definition von beispielsweise Kurvenscheiben oder sonstigen Steuergesetzen

genutzt werden.

Berechnung

durch-

fuhren

Bewegungs-

korper

definieren

Auswerten

der

Ergebnisse

Antriebe

definieren

Programmintern werden die Bewegungskorper, Gelenke und Antriebe in ein ma-

thematisches Gleichungssystem uberfuhrt, das aufgel6st wird, woraus sich die ge-

suchten Grolien ergeben. Als Ergebnis erhalt der Anwender die Wege, Geschwindig-

keiten und Beschleunigungen der Bewegungskorper und Gelenke sowie Reaktions-

krafte an den Gelenken.

Eine ganz grundlegende Eigenschaft und Einschrankung ist bei MKS durch die

Starrheit der betrachteten Korper gegeben. Ein Bewegungskorper kann im Raum

bewegt, aber nicht deformiert werden. Reale Korper werden bei MKS auf ihre Mas-

sen, Tragheitseigenschaften und geometrischen Abmessungen reduziert, ihre Ver-

formungseigenschaft wird jedoch vernachlassigt. Dies ist dann zulassig, wenn - wie

es der Konstrukteur iiblicherweise anstrebt - die eingesetzten Federn sehr viel wei-

cher sind als die Kerper. Dies ist der grundsatzliche Unterschied zur Strukturmecha-



...__ 2.] Ein:fIil1run9__ ----'

nik, bei der mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode flexible Korper, also Deformati-

onen und Beanspruchungen betrachtet werden. Nachteil der FEM gegenuber der

MKS ist jedoch, dass mit linearer FEM keine Bewegungen, sondern nur kleine De-

formationen moglich sind. Die Annahme von Starrheit der Bewegungskorper bei

MKS bringt den Vorteil der Einfachheit der Berechnung. Daher lassen sich auch

komplexe Bewegungen an groI3en Baugruppen analysieren.

Allerdings gibt es einige Effekte in der Realitat, die sich nur schwer mit MKS be-

handeln lassen. Dies sind Effekte wie Spiel, Toleranz und Flexibilitat. Weil solche

Effekte im MKS-Modell meist nicht berucksichtigt werden, kommt es in manchen

Fallen am MKS-Modell beispielsweise zu Klemmsituationen, wobei in Wirklichkeit

geringfugiges Spiel in den Gelenken oder die Flexibilitat eines Korpers fur problem-

lose Bewegung sorgt,

Zwar kann Spiel auch in MKS berucksichtigt werden, jedoch miissen die beteiligten

Teile dann dynamisch betrachtet werden, und es muss en Kontaktruckstellkrafte

einbezogen werden. Dann existieren offene Freiheitsgrade im System, und die Auf-

gabe wird erfahrungsgemafl schwieriger in der Handhabung.

Bewegungssimulation kann klassifiziert werden in Statik, d.h. Krafte ohne Bewe-

gungen und Dynamik, d.h. Krafte mit Bewegungen. Beides kann mit NX Motion-

Simulation analysiert werden.

S pie l, T o le ra nz u nd fle xib -

le T eile konn en bei M KS

nu r m it g rtiB erem A uf-

w an d m od ellie rt w erd en .

- Mechanik-K la ss ifiz ie ru ng v on M KS-

Simulat ionen

Starre Korper

Statik Dynamik

Krafte ohne Bewegung Krafte mit Bewegung

- - - - - - - - - "inematik

Frelheitsgrade = 0

Kinetik

Preiheitsgrade > 0

In der Statik werden beispielsweise die Stabkrafte in einem Stabwerk berechnet, das B estim mte un d un be-

sich im Gleichgewicht befindet. Dynamik wird weiter unterteilt in Kinematik und s timm te F re ih e it sg rade

Kinetik. Kinematische Systeme zeichnen sich dadurch aus, dass alle Freiheitsgrade'

jedes Bewegungskorpers bestimmt sind. Diese Bestimmung kann entweder durch

Gelenke oder durch Antriebsgesetze vorgenommen werden. Ein solches System lauft

gewissermaI3en vorhersehbar, und es wird auch von bewegungsgetriebenen Syste-

men (gefesselte Bewegung) gesprochen. Kinetische Systeme liegen dann vor, wenn

ein oder mehr Frelheitsgrade unbestimmt sind. Die Bewegung ergibt sich dann auf-

1 S ta tt vo n F re ih eits gra d w ird a uch v on D O F ( D eg re e o f F re ed om ) g es pro ch en .




grund von Kraften (ungefesselte Bewegung]. Beispielsweise fuhrt die Schwerkraft

zum Schwingen eines gelenkig gelagerten Rebels. Im Fall der Kinetik wird daher

auch von kraftgetriebenen Systemen gesprochen.



2.2 lernaufgaben K inem atik

2.2.1 lenkgetriebe

An diesem Grundlagenbeispiel werden die wichtigsten Sachverhalte erklart, die fur

eine einfache Bewegungsanalyse mit dem NX~System erforderlich sind. Das Beispiel

fuhrt den Anwender durch den Prozess der Erzeugung von Bewegungskorpern,

grundiegenden Gelenken und nutzt als Antrieb die Funktion .Artikulation", die sehr

gut flir rein kinematische Bewegungssimulationen geeignet ist. Daruber hinaus wird

auch die Funktion fur dynarnische Analysen eingesetzt, allerdings wird dies ledig-lich als Methode zum Erkennen unbestimrnter Freiheitsgrade ausgenutzt,

Dieses Grund lagenbe isp iel

s ollt e v on a lle n Anwen-

de r n du r chqe a rbe lt e t

w erd en , d ie m it M otio n-

Simulationarbeiten

werden.

Lenkgetriebegehause

Dieses Kinernatikmodell wird zunachst als einzelner Mechanismus erzeugt, In einem

spateren Beispiel wird dieser Mechanisrnus modulartig mit anderen Mechanismen

zu einem zusammengesetzten Mechanisrnus zusarnmengefugt.

2.2.1.1 Aufgabenstellung

Ein Konstrukteur hat die Hebel fur das Lenkgetriebe neu konstruiert. Nun muss er V is ue lle K on tr olle d er

prufen, ob Kollisionen auftreten. Daher muss ein kinematisches Modell erstellt wer- Konstruktion

den, das die Drehbewegung des Lenkrads und damit verbunden des Lenkstockhebelsermoglicht.

Die Aufgabenstellung besteht aus dem Lenkgetriebe des Rak2 sowie dem Lenkrad

und dem Lenkstockhebel. Das Lenkgetriebe ist in einem Gehause untergebracht und

verbindet Lenkrad mit Lenkstockhebel.

Pur diese Beispielaufgabe soli das Modell nur zu visuellen Kontrollen genutzt wer-

den, jedoch waren auch Analysen tiber Kollisionen oder Minimalabstande mit and 1"-




Uberb l ick und Kurze rk la -

ru ng z u j ed er F un ktio n in

Motion-Simulation

===28=====-

ren Komponenten bis hin zu Analysen der entstehenden Reaktionskrafte in den

Gelenken moglich.

Nachfolgend werden zunachst einige Prinzipien erlautert, Daraufhin werden die

Losungsschritte fur diese Aufgabenstellung dargestellt. Ganz eilige Leser konnen

aueh direkt an der Stelle weiterlesen, an der das Modell aufgebaut wird.

2.2.1.2 Oberblick tiber die Funktionen

In der Anwendung .Kinematik" (Motion-Simulation) wird das kinematisehe oder

kinetisehe Modell aufgebaut und die Simulation durchgefuhrt und ausgewertet.

Nachfolgende Abbildung zeigt die Toolbar "Motion", die naeh dem Aufruf des Mo-

duls erseheint. Diese Toolbar enthalt alle Funktionen des Motion-Moduls, die zu-nachst gebraucht werden. Ublicherweise wird diese Toolbar am linken Rand des

Fensters eingeklinkt.

Nachfolgend geben wir einen Uberblick tiber die wichtigsten Funktionen des Moti-

on-Modu!s, wobei schon auf den spateren Einsatz hingewiesen wird. Ganz eilige

Leser konnen aueh tiber diesen Absehnitt hinweggehen und sofort zum Aufbau des

Modells ubergehen,

Motion T- - - -- - --

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< I . ! < I . ! .S ~ ~<tI. . .

: E o<j ~u >. ~ ~CIl N u

CI l

=---0 Die Funktion HUmgebung' (Environment) ermoglicht die grundlegende

Voreinstellung des Systems auf entweder reine Kinematik oder daruber hinaus

auch dynamische Eigenschaften. Fur unsere Aufgabe werden wir Dynamik

einstellen, obwoh! es sich nur um ein kinematisehes Modell handelt. Der Grund



dafur Iiegt darin, dass der Anwender damit Moglichkeiten hat, die zum besseren

Verstandnis und zur Fehleridentifikation dienen.

J ! i J Die Funktion "Master Madej Vsristionen' (Master Model Variations) kann

g en utzt w erd en , um in einem Motion-Modell die CAD-Parameter des zugrunde

l iegenden CAD-Modells zu verandern. Das Besonde re an d ie se r F un ktio n ist,

dass die Anderungen lediglich im Motion-Modell wirken, das zugrunde

liegende CAD-Modell selbst wird dabei nicht geandert, Diese Funktion kann

daher fur "Was- ware- wenn" -Studien eingesetzt werden.

MDer .Funktionstnsnsgei" dient zum De fi nie re n k o rn p le xe re r Funktionen,

anhand d ere r b eisp ie lsw eise e in Antrieb ze ita bh a ng ig o d er b ewe gu n gsa bh an giggesteuert werden kann. Einfachere Funktionen sind dagegen meist in den

entsprechenden Motion-Features direkt verfugbar, hierbei wird der

Funktionsmanager nicht gebraucht.

~ Die wichtigsten Elemente fur den Aufbau des Bewegungsmodells sind die

Bewegungskorper (Link). Hierrnit definiert der Anwender, welche Geornetrien

beweglich sein sollen, Bei der deutschen Sprachanpassung wird hier

ungeschickterweise der Begriff .Verbindung" eingesetzt, den wir im F0 lgenden

nicht verwenden wollen.

< ; ; 0 - Daruber hinaus definiert der Anwender anhand der "GeJenkr!' (Joint) wie

sich die B ew eg un gsk or pe r z ue in an d er bewegen k6nnen.

~ Verfugbare Gelenke sind der .Dreber' (Revolute), der lediglich Drehung,

und

~ der "Schjebel' (Slider), der translatorische Verschiebung zwischen zwei

Teilen zulasst,

e,Das "ZyJindergeJenit (Cylinder) lasst dagegen Drehung und Verschiebung

zu,

if Ein "SchraubgeJenK' (Screw) zwingt zwei T eile zu r Drehung, wenn sie sich

aufeinander zu bewegen,

' l@ . Das "KardangeJenk" (Universal) entspricht einern Kreuzgelenk und lasstKippbewegungen zweier Teile zu, jedoch wird eine in der Hauptachse liegende

Drehung auf das andere Teil ubertragen,

D - Ein "KugeJgeJenit (Sphere) dagegen lasst aile Drehbewegungen zweier Teile

zueinander zu.

O b e rb li c k u n d K iJ r ze rk la -

ru ng zu jed er F unktion in

Motiot1-Simula,tion




Uberbl ick un d Kurzerkla-

run g zu jed er F un ktion in

Motion-Simulation

===381==

~ Das HPJanargeJenJ(' (Planar) erlaubt das reibungsfreie Gleiten zweier Teile

zueinander auf einer ebenen Flache.

" ' ' I : I ~- - Das "Pixgelenk" (Fix) letztendlich verbindet zwei Teile so, dass uberhaupt

keine Bewegung mehr zwischen Ihnen moglich ist.

Als w eite re G ru ppe von Gelenk-SpeziaJtypen gibt es die Kappler und Getriebe. Hier

kann der Anwender zwischen dem

,.~-HZahnstange und Ritzel' (Rack and Pinion), dem

~ "Zahnradpaal' (Gear) und dem

(> " "Kabel' (Cable) auswahlen,

Das "Zahnstange und Ritzel' verbindet einen Dreher mit einem Schieber, das

Zahnradpaar verbindet zwei Dreher und das Kabel zwei Schieber miteinander. In

jedem der Gelenke kann dabei das Verhaltnis der Ubersetzung eingestellt werden.

Die nachs te Gruppe von Gelenk-Spezialtypen sind als Kontakte zusammengefass t ,

Hier gibt es den

i : . . . .Punkt auf KUlVr!', der einen Punkt eines Teil zwingt, auf einer beliebigen

Raumkurve zu gleiten. Ahnlich ist

~ .Kurve an Kurve", Hierbei werden zwei Kurven gezwungen, tangential

aufeinander zu gleiten, Die belden Kurven mussen jedoch in einer Ehene Iiegen,

Beim .Punkt auf FJiichr!' wird e in Punkt e in es T ell s g ez wu n ge n, auf einer

F l ache zu glei ten,

J . _ ~ Der ,,3D-Kontakt' und der "2D-Kontakt' sind besondere

Kontaktfunktionen, da sie das Auftreffen aufeinander sowie das Abheben

voneinander erlauben, Genau genornmen sind es gar keine Gelenke, sondem

Kraftobjekte, die im Fall des Kontaktes mit Ruckstellkraften reagieren, Hierbei

kann auch Reibung und Darnpfung eine Rolle spielen und anhand von

Parametem nachgebildet werden. Wahrend der H3D-Kontakt" auf ganze Solids

angewendet wird, stellt der ,,2D-Kontakt" eine Vereinfachung dar, die im Fall

von ebenen Kurven eingesetzt werden karin. Diese heiden abhebefahigenKontakte sind aufgrund ihrer Komplexitat mit Vorsicht einzusetzen. Wenn

moglich so!!ten bevorzugt die anderen Kontakte verwendet werden.

Die nachsten Motion-Features in der Toolbar sind die

,g . .Fede/' (Spring) und der



# HDiimpfd' (Damper) sowie die

'!J .Buchse" (Bushing), die eine zylinderartige Kombination aus Federn und

Darnpfern ist.

Eine weitere Funkt ionsgruppe sind die

/ t < ' "Kriifte~und

~ !,,!; "Momente", die in verschiedenen Ausfuhrungen verfugbar sind.

Es folgt die Funktion fur den

+ . Hmtelligenten Punkt', der auch tiber Baugruppen hinweg Assoziativitat

besitzt, und die

k"Markierung', die eingesetzt wird, um an bestimmten Positionen Ergebnisse

wie Geschwindigkeiten oder Beschleunigungen zu messen.

Die Funktion

~ .Dbjekt besrbeiten' wird kaum noch gebraucht, weil aile Motion-Objekte

im Motion Navigator dargestellt werden und von hier aus komfortabel

manipuliert werden konnen,

Die vorletzte Funktionsgruppe stellt Funktionen zu r geometrischen Analyse zur

Verfugung, Dies sind Fu nktio nen zu m Priifen von

@l .Durchdringung' (Collision) bzw. zum Erzeugen von Durchdringungs-

korpern sowie zum

" "Messen" (Measure) von Abstanden oder Winkeln und als Letztes die

Funktion

: % "Zeichnen" (Trace) zum Aufzeichnen von Geometrien wahrend der

Bewegung .

Die letzte Funktiorisgruppe stellt die funf SimuJationsmethoden zur Verfugung, Dies

sind die

~ .Animstion' fur die zei tabhangige Simulation, die

~..Artikulstiaa' fur die manuelle Bewegung der Antriebe, die Funktion

t C : : "GraphenersteJJung- fur das grafische Auswerten von Bewegungsgrollen,

die

Oberb li ck und Kurzerk la , -

ru in g z u je de r F un ktio n in

Motion-Simulation

,3~1=====:I




M it H ilf e d es Ma st er -

Mode l-C oncep ts w ir d das

gesamte Produk t d ig ita l

abgebildet.

===3z=====-

iii .Jsbellenkslkulatioa susttihred' (Spreadsheet Run) zurn Definieren von

Bewegungen tiber TabeUeneingabe sowie die Funktion

~ "Transfer Laden" (Load Transfer) zum Ubertragen von Reaktionskraften aus

der Kinematikanalyse in die FEM-Anwendung.

2.2.1.3 Uberblick uber die Losunqsschritte

Fur die Losung dieser Lernaufgabe wird zunachst im NX-System eine Motion-

Simulationsdatei angelegt, Hier werden dann anhand der Funktion Bewegungskor-

per (Link) die Geometrien definiert, die beweglich sein sollen, Es folgen die

Erzeugung zweier Drehgelenke, eines Getriebegelenks sowie des Antriebs am Lenk-rad. Zum Finden von versehentlich unbestimmten Freiheitsgraden wird die zeitab-

hangige Animation ~ und zum manuellen Bewegen des Antriebs am Lenkrad wird

die Funktion Artikulation ~ eingesetzt,

2.2.1.4 Erzeugen der Motion-Simulationsdatei

Gemaf dem Master-Model-Concept werden alle Elemente, die zur Bewegungsanaly-

se an fallen, in einer eigenen Datei gespeichert. Diese eigene Datei wird tiber eine

Baugruppenstruktur mit dem Master-Modell verbunden, d.h., die Kinematikdatei ist

eine Baugruppe, die als einzige Komponente das Masterteil enthalt, das analysiert

werden soll. Die Motion-Anwendung ist also, wie auch beispielsweise die Zeich-

nungserstellung, in das Master-Model-Concept integriert,

So eine Motion-Struktur wird automatisch erstellt, indem der Anwender eine Simu-

lation erzeugt. Das Vorgehen ist das folgende:



~ Laden Sie im NX-System die Baugruppe, von der Sie eine Bewegungssimulation

erstellen wollen. Fur unsere Lemaufgabe ist dies die Datei ..ls_lenkgetriebe.prt".

Die Dateien befinden sich im Rak2-Verzeichnis der CD.

~ Starten Sie dann die Anwendung .Kinemat ik" .!2 (Motion-Simulation).

In der Palettenleiste erscheint ganz oben der"Bewegungs-Navigator" (Motion Navi-

gator). Dieser unterstutzt die Arbeit mit der Motion-Anwendung, indem er alle Fea-

tures darstellt und die Moglichkeit zu ihrer Manipulation bietet.

Der Navigator zeigt an, dass bereits eine Motion-Datei mit dem Namen .motion T"

existiert, Dabei handelt es sich um die bereits fertige Losung dieser Aufgabe. Da Sie

eine eigene Losung erzeugen werden, loschen Sie zunachst diese Datei.

~ Loschen Sie die vorhandene Simulation .motion T", indem Sie das Kontextme-

nu des Knotens aufrufen und die Funktion .Loschen" (Delete) ausfuhren.

Nun zeigt der Motion Navigator nur noch den Masterknoten an, d.h. die Baugruppe,

die Sie geoffnet haben.

It Sie erzeugen nun eine erste Simulation, indem Sie auf diesen Masterknoten

klicken und in dessen Kontextmenu die Funktion "Neue Simulation" aufrufen,

Nach diesern Funktionsaufruf erstellt das System eine Simulationsdatei, die tiber

eine Baugruppenstruktur mit dem Master-Modell verknupft ist.

Dariiber hinaus wird automatisch die Funktion .Assistent: Kinematikverbindungen"

(Motion-Joint-Wizard) aufgerufen, die versucht, aus den vorhandenen Baugruppen-

verknupfungsbedingungen (Mating-Conditions) entsprechende Bewegungskorper

(Links) und Gelenke (Joints) zu erzeugen,

M ating C onditions mapped to M otion Joints

LS_GETRIEBEGEHAEUSE-:> l5_LENKGETRIEBEHALTERUNG I MAPPOO I (Revol ut e)

LS_GETRIEBEGEHAEUSE2-:>LS_LENKGETRlEBEHALTERUNG IMAPP 00 2 (S lid er )

L S_ GETR IE BEGEHAEUSE2 -> L S_ L ENKGETR lE BEHAL TERUNG IMAPP 00 3 (P la na r)

LS _S ICHERUNGSR lNG_ 48 -> LS _GETR IEBEGEHAEUSE IMAPP004 (Revol ut e)LS,-_SICHERUNGSRING_3S-> '=:_S_GETRIEBEG_EHAEU5E IMAPPOOS (Revo lu te )

T " '9 g le f ic tiv e 5 tl lJ .. is

OK

Die Funktion "Motion Joint Wizard" analysiert jedes Verknupfungsset bzgl. der

Freiheitsgrade, die zwischen den betroffenen Baugruppenkomponenten bestehen.

H ie r b eq inn en S ie m it d er

Arbeit

De r Na vi ga ,to r z eig t d ie

S tru ktu r d es M od ells u nd

e rla ub t d ie Mani p ula tic n

der Fea tures .

Der Motion-Joint-Wizard

s et zt d ie B a uq r up pe n ve r-

k nu pfu nq en in G ele nke

urn.




Vor- und N ach teile des

M o tio n - J oi n t -W i z ar ds

===34=====-

Besteht lediglich ein unbestimmter Drehfreiheitsgrad, so wird ein Drehgelenk (Re-

volute) erzeugt. Besteht ein unbestimmter Translationsfreiheitsgrad, so wird ein

Schiebegelenk (Slider) erzeugt. Eine Baugruppenverknupfung, die beispielsweise

einen Punkt mit einem anderen Punkt verknupft, wird durch den "Motion Joint

Wizard" in ein Kugelgelenk (Sphere) ubersetzt, Eine Baugruppenverknupfung, die

alle Freiheitsgrade zwischen zwei Teilen festlegt, wird in ein Fixgelenk ubersetzt,

Auf entsprechende Weise konnen noch einige weitere Gelenke automatisch erzeugt

werden.

Der "Motion-Joint-Wizard" kann daher automatisch das Motion-Modell oder Teile

davon erstellen, wenn die zugrunde liegende Baugruppe derart aufgebaut wurde,

dass die Verknupfungen (Matings) die gewunschten Bewegungen der Teile schon

beschreiben. Diese Methode kann durchaus sinnvoll sein, es sind lediglich folgende

Nachteile zu berucksichtigen:

Die vorn "Motion Joint Wizard" automatisch erzeugten Gelenke (Joints) sind

nicht assoziativ zur Geometrie, d.h., bei Anderungen am Master-Modell mussen

die Gelenke manuell angepasst werden. Allerdings ist ein manuelles Herstellen

der Assoziativitat der Gelenke nachtraglich moglich.

Es werden nur die Baugruppenverknupfungen der obersten Baugruppe analy-

siert und umgewandelt. Verknupfungen aus den Unterbaugruppen werden nicht

berucksichtigt.

Baugruppenverknupfungen werden meist auch fur Teile eingesetzt, die hin-

sichtlich des Motion-Modells unrelevant sind, wie z.B. kleine Schrauben, Mut-

tern und Unterlegscheiben. Im Fall der automatischen Ubersetzung durch den"Motion Joint Wizard" werden all diese Teile zu Bewegungskorpern. Das Moti-

on-Modell wird dadurch erheblich komplexer, als es sein musste. Eine Abhilfe

hierfur ist die Moglichkeit, im "Motion-Joint-Wizard" einzelne Bedingungen zu

deaktivieren.

Aus diesen Grunden soll der "Motion Joint Wizard" fur die Losung unserer Aufgabe

nicht genutzt werden.

1 ( Daher brechen Sie nun den "Motion Joint Wizard" mit der Funktion "Cancel"

ab o

Der Motion Navigator zeigt nun eine Struktur

wie in der Abbildung dargestellt.

Charakteristisch fur den Motion Navigator ist,

dass das Motion-Modell unter dern Master-

Modell dargestellt wird. Dies geschieht aus

Grunden der Ubersichtlichkeit, denn die nach-

folgend zu erzeugenden Motion-Features wer-

den im Navigator unterhalb des Motion-

Motion Navigator

Name,ks_lenkgetr iebe

B-~ mot ion_ l



Modells dargestellt. AuI3erdem konnen auf diese Weise auch mehrere Motion-

Modelle ubersichtlich nebeneinander dargestellt werden.

Das NX-System hat also automatisch eine neue Datei erzeugt, die entsprechend dem

Master-Model-Concept mit dem Master-Modell verknupft ist. Daher kann nun auch

der Baugruppennavigator genutzt werden, um die neue Struktur darzustellen oder

damit zu arbeiten. Die Abbildung zeigt den Baugruppennavigator, der das Motion-

Modell nun als oberste Baugruppe dar-

stellt,Assembtv navigator

Desaiptive Part Nameeiterhin solI nachgesehen werden, wo

auf den Betriebssysternverzeichnissen die

neue Datei abgelegt wurde, Dazu stellenSie im Windows Explorer den Ordner dar,

in dem die Masterdatei zu finden ist.

Nachfolgende Abbildung zeigt auf der

linken Seite die Masterdatei .,.ls_lenkgetriebe.prt", die in einem beliebigen Ordner

des Betriebssystems liegt, Sobald nun ein Motion-Modell erzeugt wird, erzeugt das

NX-System in diesem Ordner einen Unterordner, der den gleichen Namen wie das

Master-Modell tragt. In jenem neuen Ordner werden alle Daten abgelegt, die fur

diese Motion-Simulation benotigt werden. Daher ist in diesem neuen Ordner nun

die Datei fur das Motion-Modell zu finden, die den Namen .motion j.sim" tragt,

8· ~~ motion_l

I il , · ~ t 9 Is_ lenkge tr iebe

IsJenkgetriebe

Is_lenkgetriebe.prtU G P art F ile

111KB

Bei der nachfolgenden Simulation fallen noch weitere Dateien an, die ebenfalls in

diesem Ordner abgelegt werden.

2.2.1.5 Wahl der Umgebung

Als nachster Schritt muss die Umgebung fur das Motion-Modell eingestellt werden.

Dies geschieht anhand der Funktion Umgebung B. Hier gibt es die belden Mog-

lichkeiten Kinematik und Dynamik.Nachfolgend werden die Unterschiede der heiden Moglichkeiten beschrieben:

Kinematik:

Kennzeichen einer kinernatischen Analyse ist, dass alle Freiheitsgrade des Gesamt-

systems bestimmt sind. Mit Freiheitsgraden sind dabei die drei translatorischen und

drei rotatorischen Bewegungsmoglichkeiten eines Bewegungskorpers (Link) gemeint.

Dss Motio n-M od ell is t

ei ne Quasi -Bauqruppe de s

Master-Modells.

Di e entstehenden Dateien

fijI[ d ie S imula tio n werd en

in e in em O rd ne r qehalten

Ent sc he id en d is t, o b s uc h

unbesti mmteFreihei ts-

g rade ve ra rbe it et we rden

sollen,




U be rb estim m te u nd Selbstverstandlich durfen durch Gelenke oder Antriebe auch keine Konflikte in den

r edundan te F re ih e it sg rade Bewegungsmoglichkeiten entstehen. Uberbestimmungen, die nicht zu Konflikten

fuhren, nennt man redundante Freiheitsgrade. Diese sind zwar erlaubt, aber nicht

empfehlenswert, wei] kleinste Ungenauigkeiten schon zu Konfliktsituationen fuhren

konnen. Diese sehr kleinen Ungenauigkeiten konnen auch bei sorgfaltigem Arbeiten

auftreten, schon alleine aufgrund von Rundungsfehlern [nurnerischer Schmutz)

wahrend der Berechnung, Die Erfahrung hat gezeigt, dass groflere Kinematikrnodelle

nur korrekt funktionieren, wenn sie redundanzfrei aufgebaut sind. Kleinere dagegen

laufen meist problernlos auch mit solchen Uberbe-

stimmungen, . : g J

Vorteil der kinematischen Umgebung ist, dass fur die

Bewegungskorper (Links) keine Masseneigenschaften

erforderlich sind. Selbstverstandlich konnen in so

einem Fall aber auch keine Krafte berechnet werden.

Nachteil ist, dass der Anwender gezwungen ist, sein

Bewegungssystem exakt mit null Freiheitsgraden zu

erstellen, Vorher kann nicht einrnal ein Test durchgefuhrt werden,

Dynamik:

D yn am i k e rla ub t d ieB ere ch nu ng a uc h u nb e-

s timm te r F re ih e it sg rade .

Wenn eine kinematische Simulation durchgefuhrt werden soli, muss der Anwender

daher sicherstellen, dass kein einziger der Bewegungskorper (Link) eine freie Bewe-

gungsmoglichkeit hat. Alle Bewegungsmoglichkeiten muss en durch Gelenke oder

Antriebe bestimmt werden.

C a n c e l Ipply

Kennzeichen der dynamischen Analyse ist, dass unbestimmte Freiheitsgrade bzw.Bewegungsmoglichkeiten moglich sind. Solche Bewegungen werden dann ermitteit,

indem die Masseneigenschaften der Bewegungskorper (Links) sowie die aufieren

Krafte, beispielsweise die Erdbeschleunigung, mit in die Analyse einbezogen wer-

den. In dies em Fall konnen auch Krafte aus der Analyse abgeleitet werden.

Eine dynamischen Analyse ermittelt also auch dann Ergebnisse, wenn unbestimmte

Freiheitsgrade vorliegen, wahrend die kinematische in so einem Fall abbricht. Dies

ist ein Vorteil, wenn es darum geht, in der Modellautbauphase, in der noch nicht

aile Gelenke erzeugt sind, schon eine Bewegung darzustellen. Allerdings mussen

dann auch fur jeden Bewegungskorper (Link) Masseneigenschaften zugeordnet und

kontrolliert werden.

Aus diesen Grunden soli fur die Losung unserer Aufgabe die dynamische Umge-

bung gewahlt werden, obwohl eigentlich keine unbestimmten Freiheitsgrade er-wunscht sind. Lediglich fur den leichteren Autbau des Modells, d.h. fur das Durch-

fuhren von Tests mit noch nicht vollstandiger Bestimmung der Freiheitsgrade, wird

diese Methode gewahlt. Am Ende konnte problemlos auf die kinematische Umge-

bung zuruckgeschaltet werden.



2.2.1.6 Definition der Bewegungskorper (Links)

Nachfolgend werden die Bewegungskorper (Link) erstellt.

~ Wahlen Sie die Funktion Bewegungskorper ~ (Link).

Diese Funktion ist in der d eu tsc h en S pr ac ha np assu n g von NX mit dem Begriff

.Verbindung" ubersetzt worden. Da dieser Begriff sehr leicht zu Missverstandnissen

fuhrt, soll stattdessen der Begriff .Bewegungskorper" oder der englische Begriff

"Link" gebraucht werden,

Zunachst soli ein Bewegungskorper definiert werden, der das Lenkrad beschreibt;

daraufhin em zweiter fur den Lenkstockhebel,

x

Riter Any Any,--------'==="'===-~PQlnt

Up One Level

IF ix th e U nk

Name ILOOI

OK 1 ~ Apply ] 1 cancel

Im folgenden Menu sind funf Selektionsschritte verfugbar, Der erste der Schritte

betrifft die Auswahl der Geometrie, die zu dem Bewegungskorper gehoren soll. Ein

Filter lasst die Spezialisierung auf gewisse Typen zu. Da wir es mit einer Baugruppe

zu tun haben, wird empfohlen, dies en Filter auf den Typ "Component" zu stell e n

und jeweils gauze Baugruppendateien zu selektieren. Dies ermoglicht, spater prob-lemlos Anderungen an den Geometrien der Baugruppenteile durchzufuhren, ohne

dass die Bewegungskorper des Motion-Modells Gefahr laufen, ihre Referenzen zu

verlieren.

Die b eweg lic he n T eil e

werden defin ie rt




Sowoh l B a ug ru p pe nk om -

p on en te n a ls a uch V olu -

m en ko rp er o de r a uc h

e in fa ch e K urv en o de r

P un kte k on ne n b ew eg t

werden.

Masseneigenschaf ien

w e rd e n b e i V o lu rn e nk or -p ern a uto ma tis ch e rm it-

telt.

===38=====-

1 ( Stell en Sie den Filter auf die Option "Component"

1 ( Nun selektieren Sie im Grafikfenster die Baugruppenkomponenten, die zu dem

Lenkrad gehoren, d.h. die Teile, die sich gemeinsam mit dem Lenkrad bewegen

sollen.

Dies sind die Teile, die zu der Unterbaugruppe "ls_ubg_spindel" gehoren. Zum Se-

lektieren der Komponenten konnen Sie auch den Baugruppennavigator verwenden.

Sie sollten jedoch nicht die Unterbaugruppe "ls_ubg_spindel" selbst selektieren, weil

sich eine Unterbaugruppe spater nicht mehr aus einem Bewegungskorper (Link)

entfemen lasst,

Nachdem Sie die Komponenten selektiert haben, konnten in den folgenden Selekti-

onsschritten Masseneigenschaften des Bewegungskorpers definiert werden. Aller-dings ist dies in dies em Fall nicht erforderlich, denn das System kann automatisch

Masseneigenschaften berechnen, die auf der Geometrie und dem zugewiesenen

Werkstoff, bzw. der Dichte basieren. Da diese Eigenschaften hier nicht weiter inte-

ressieren, soll nicht weiter darauf eingegangen und die automatische Massenanalyse

genutzt werden, Daher belassen Sie die Einstellung "Automatic" unter "Mass Pro-

perties".

It Im Feld "Name" sollten 5ie einen geeigneten Namen,

beispielsweise .Lenkrad", eintragen.

Fur den Name von Motion-Objekten durfen keine Umlaute,

Leerzeichen oder sonstigen Sonderzeichen verwendet werden.

It Mit mehrmaligem "OK" oder einmaligem .Apply" wird der Bewegungskorper

erzeugt und im Motion Navigator unter der Gruppe "Links" dargestellt,

It Auf die gleiche Weise erstellen 5ie nun den nachsten Bewegungskorper , Fugen

5ie die drei Komponenten .JsIenkstockhebel", "Is_segment" und

.IsIenkgetnebewelle" ein, und nennen 5ie den Bewegungskorper .Lenkstock-

hebel",

I rM il >s P r op er ti es _ _ _ _ _ _ :]

I~- A u to m ~ ti c

rUs er De fin e d

r NoneI

Mit diesen Arbeiten sind aile Bewegungskorper defi-

niert, die fur den Mechanismus benotigt werden. Es

folgt die Definition von Gelenken.

_tio~. NaVigator JS I

Ni lme

J..Il ;_lenkgetrlebe

E3~mot lon_ l

s.1iif't). Unks

;-liif~ LenkTad

•··Iiif~ Lenk!; tockhebel2.2.1.7 Definition von Drehgelenken

Nachfolgend wird eine drehbare Lagerung zwischen

dem Bewegungskorper Lenkrad und der festen Umgebung definiert. Auf ahnlicheWeise konnen auch andere Gelenke erzeugt werden. Gehen 5ie dazu folgenderma-

J3envor:

It Wahlen Sie die Funktion Gelenk ~ (Joint), es erscheint das nachfolgend dar-

gestellte Menu.



C Snap Links

~ r : s r ~ t : Z 1Filter t~n.'L_EJ

Edit Orientqtion

Upper

lower

Motion Driver

Display Scale

Name

Im oberen Bereich des Menus kann der Typ des gewunschten Gelenks ausgewahlt

werden. Voreingestellt ist der Typ Dreher (Revolute) ~,d.h. ein Gelenk, das ledig-

lich den Drehfreiheitsgrad unbestimmt lasst. Wei! dies der gewiinschte Typ ist, kann

sofort mit der Abarbeitung der Selektionsschritte fortgesetzt werden. Mit demersten

Selektionsschritt soli der erste zu verbindende Bewegungskorper (Link), also das

Lenkrad, angegeben werden. Prinzipiell kann das Lenkrad nun auf beliebige Weise

im Grafikfenster selektiert werden, jedoch empfiehlt es sich, bei der Selektion die

folgenden beiden Gesichtspunkte zu berucksichtigen:

Es empfiehlt sich, eine Geometrie zu selektieren, anhand der das System den

gewunschten Gelenkmittelpunkt und die Drehachse ableiten kann. Dies ist bei-

spielsweise bei einem Kreis moglich, dann wird der Kreismittelpunkt der Dreh-

punkt und die Kreisnormale die Drehachse. Aber auch eine gerade Kante oder

Kurve ist moglich, dann wird der Drehpunkt der nachste Kontrollpunkt und die

Drehachse die Richtung der Kante oder Kurve.

Beim E rz euge ll v on

Drehge lenken sol lt e d ie

Selekti 0 1 1 a ll K re i s b ogen

erfolqen. Danr1 kcnnen

D rehpun kt und D reha chse

automatisch ermi tte lt

werden




Ein Gelenk, das mit der

festen U mgebung ver-

bunden ist, kann an dem

Symbo l e rkann t we rden.

Weiter empfiehlt es sich, eine Geometrie zu selektieren, die in der weiteren

Konstruktionsgeschichte moglichst wenigen Anderungen unterworfen wird.

Denn falls die hier selektierte Geometrie spater einer Anderung unterworfen

wird, ist nicht mehr sicher, ob das Gelenk noch assoziativ zur Geometrie ist und

automatisch aktualisiert wird. Wird hier beispielsweise eine Kante selektiert, die

spater verrundet wird, so verliert das Gelenk seine Assoziativitat zur Geometrie.

1 ( Sie selektieren daher einen Kreis am Lenkrad, der moglichst nicht mehr groI3e-

ren Anderungen unterworfen wird.

Der erste Selektionsschritt ist damit abgearbeitet, und das System springt automa-

tisch zum zweiten Schritt.

Im zweiten Schritt soll die Orientierung des Gelenks angegeben werden, also im Falldes Drehgelenks der Drehpunkt und die Drehachse. Weil diese beiden Informationen

aber schon bei der ersten Selektion angegeben wurden, braucht diese Frage nicht

mehr beantwortet zu werden.

1 ( Mit der mittleren Maustaste oder "OK" springen Sie zum dritten Selektions-

schritt.

Im dritten Selektionsschritt soll der zweite zu verbindende Bewegungskorper ange-

geben werden. Falls hier keine Selektion stattfindet, so nimmt das System an, dass

das Gelenk den ersten Bewegungskorper mit der festen Umgebung verbinden soll.

Weil dies hier gewunscht ist, wird im dritten Schritt keine Selektion vorgenommen.

1 ( Wahlen Sie daher nun "Apply" oder "OK", damit das Drehgelenk erzeugt wird.

Im Grafikfenster und im Motion Navigator wird das Gelenk dargestellt.

Motion "avlgator

Nome

.J" Is_lenkgetriebeEl~motion_l

if liin} Li nksI : Iil'~ l .snkrad

I :_ Iil'e l en k st oc kh e be l

~~Joir:lts

, . I i J I J > i C [ O Q C = = = = =

Falls das Gelenk sehr klein dargestellt wird, kann unter den Voreinstellungen fur

Motion (Preferences, Motion) die Grolsenangabe unter SymbolmaBstab (Icon Scale)

vergrolsert werden,

\ In der gleichen Weise erstellen Sie nun einDrehgelenk, das den Lenkstockhebel mit der

fest en Umgebung verbindet,Motion Object Paf<lmeters

P '! Name Disp li lY

Icon Scale



J,,1>_Ienkgetriebe

l3~motlon_l

~I>l' ' f) links

; - ! O J ~ Len k r a d

, t, !O J~ Len k s t o c k h ebel

~,I>l'Q Joints

1 ! O J ~ J O O l

, . I>J{! I\J002

Nun haben Sie einen ersten Mechanismus aus zwei Bewegungskorpern mit jeweils

einem Drehgelenk ZUI Umgebung erstellt. Die Aufgabe ist damit noch nicht gelost,

trotzdem sollen nachfolgend einige Testlaufe durchgefuhrt werden, die dem Ver-standnis dienen,

2.2.1.8 Ermittlung unbestimmter Freiheitsgrade

Aufgrund des fehlenden Antriebs sowie der fehlenden Getriebeverknupfung ist der

bis dahin fertig gestellte Mechanismus noch unterbestimmt. Die Anzahl der unbe-

stimmten Freiheitsgrade kann entweder durch Plausibilitatsbetrachtungen festge-

stellt werden oder durch einen Funktionsaufruf, wie nachfolgend dargestellt wird.

Wahlen Sie hierfur im Kontextmenu des Motion-Modells im Motion Navigator die

Funktion Information, Motion- Verbindungen. Im nachfolgenden Informationsfens-

ter erscheint die Angabe tiber die Anzahl der unbestimmten Freiheitsgrade des Me-

chanismus (Degree of Freedom).

r n ~lotion ConncctronsIII

MoOOn Navigator ~ Export

Name

Information •

J.1s_lenkgetrlebe

a-~~~~~~Unks>- & r ' i ) . t .enkrad

i !iJ~ lenkstocidlebel

B·!O J'fo::Joints

& r 9 > J O O l

!OJ~J002

fie(, Express ions . • .

:CU;rIent work pa.rt.

Nod<! na""

MeChimi:!lIII,: rtiQt.lon_l

Dem-ee e of Freedc.:n: 2

In diesem Fall sind es zwei Freiheitsgrade, denn sowohl das Lenkrad als auch der

Lenkstockhebel konnen noch frei urn ihre jeweilige Achse drehen,

De r t en ks to ck he be l w ird

eben fal ls m it ei nern

Dre hgele t1 k a n d er Umge -

bung be fes tig t.

Be i k or np le xe n M e e ha -

n is me n is t da s Finden von

unbes timmten Frei he it s-

g ra de n s chwie rig . Daher

h il ft e ine funkt ion .




Be i e in em d y nam is ch en

L au f la ss en s ic h u nb e-

s timm te F rei he it sg rade

imm er le ic ht e rk en ne n.

D ie R ic htu ng d er S ch we r-

k ra ft is t b ei u nb es tim m -

ten Fre ihe it sgraden

wichtig.

===42=====-

2.2.1.9 Testlauf mit zwei unbestimmten Freiheitsgraden

In Fallen komplexerer Mechanismen ist es oftmals schwer, die unbestimmten Frei-

heitsgrade eines Mechanismus lediglich aus Plausibilitatsbetrachtungen zu erken-

nen. Daher soll nun mit den beiden offenen Freiheitsgraden ein Testlauf durchge-

fuhrt werden, der zum besseren Verstandnis des unfertigen Mechanismus beitragt,

In vielen Fallen ist eine solche Vorgehensweise hilfreich. Gehen Sie dazu folgen-

dermaBen VOL

t; . Prufen Sie die voreingestellte Richtung der Erdanziehungskraft, indem Sie bel

den Voreinstellungen fur Motion (Preferences, Motion) unter Gravitationskon-

stanten (Gravitational Constants) nachsehen,

x

M otio n O bje ct P arame te rs

rame D is pl ay

10011 Scale 0.0000

0.0000

1-9806.65

12.0000

A ng ula r U n its 1 Oegreecs::oJ

L is t U n its I Gz

An a ly s ls F I I. ePa rame te r s

[.' Mass Properties

Grav ita ti on<l l Cons tan ts

OK Cancel

Hier find en Sie die Richtung und Grofle der Erdbeschleunigung. Je nach Belieben

kann die Richtung auch geandert werden. Sie bezieht sich immer auf das absoluteKoordinatensystem,

t; . Fur unser Beispiel soll die Gravitation in die negative z-Richtung zeigen, An-dern Sie daher gegebenenfalls die Richtung ab,

Dies entspricht zwar nicht der Realitat, aber auf diese Weise musste der Lenkstock-

hebel in Schwingungen geraten, was nachfolgend gepruft werden 5 0 1 1 .

t, . Als Nachstes wahlen Sie die Funktion Animation 0 & , um eine zeitbasierende

Simulation unter Berucksichtigung der Masseneigenschaften durchzuftthren,

Im nachfolgenden Menu werden Sie aufgefordert, die Simulationszeit (Time) sowie

die Anzahl der Unterteilungen (Steps) anzugeben. Daruber hinaus konnen Sie ange-

ben, ob Sie eine bewegte Simulation (Kinematic/Dynamic Analysis) oder eine Ana-

lyse der statischen Gleichgewichtslage (Static Equilibrium Analysis) durchfuhrenmochten. Weiterhin konnen Sie eine alte Ergebnisdatei einlesen (Review Results)

und darstellen.



B a c k I C an e e l I

\ Fur unser Beispiel lassen Sie hier aile Voreinstellungen bestehen und wahlen

"OK". Daraufhin wird die Simulation durchgefuhrt.

Nach erfolgreicher Durchfuhrung der Simulation erscheint das folgende Menu zur

Darstellung der Ergebnisse.

S lid er M ode

.00

An 1 m at! 0n D el ay

o

oPlay Mode

Cancel

\ Mit Hilfe der Funktion . ! L : werden die Ergebnisse der Simulationszeit von einer

Sekunde dargestellt,

Es sollte erkennbar sein, dass der Hebel ungefahr eine volle Schwingung durchfuhrt,

Aufgrund der Simulation ist leicht erkennbar, dass hier noch ein unbestimmter

Freiheitsgrad existiert.

Der andere unbestimmte Freiheitsgrad lasst sich auf diese Weise leider nicht entde-cken, weil aufgrund der symmetrischen Eigenschaften kein Grund fur eine Bewe-

gung des Lenkrads besteht.

1 ( Brechen Sie die Animationsfunktion mit "OK" oder "Cancel" abo

Au fgrun d d er Sch wer kraft

schwingt de r unbest im mt

g ela ge rte H eb el.




E in An trie b w irk t w ie e in

zusatz l icher Constraint.

2.2.1.10 Definition eines kinematischen Antriebs

Als Nachstes wird am Lenkrad ein Antrieb definiert. So ein Antrieb kann fur die

Simulationsmethode Animation sowie auch fur die Artikulation genutzt werden. In

der Animation wird er zeitabhangig, in der Artikulation wird er einfach nach ma-

nueller Angabe ausgefuhrt.

Antriebe werden immer in Gelenken definiert, wobei nur das Drehgelenk (Revolute)

und das Schiebegelenk (Slider) mit Antrieben versehen werden konuen, Falls andere

Gelenke angetrieben werden sollen, so muss dies durch entsprechende Gelenkkom-

binationen realisiert werden. Im Drehgelenk (Revolute) wirkt der Antrieb als Dreh-

antrieb, im Schiebegelenk (Slider) entsprechend als Schiebeantrieb. Nachfolgend

wird dargestellt, wie ein Drehgelenk nachtraglich mit einem Antrieb versehen wird.\ Wahlen Sie dazu im Kontextmenu des Drehgelenks am Lenkrad die Option

.Bearbeiten" (Edit).

NQ tklllllayjgator

Name

.tIs JenkgelJi eb e

E1~motiorl_l

8 iii''ij') Lirlks

- iii 't;; Lenkrad

,.iii'~ Lenkstockhebe!

B- iii'~Joints

!il" II

iii'~J002

Es erscheint der Erzeugungsdialog des Drehgelenks, Von hier konnen alle Eigen-

schaften des Gelenks geandert werden. Unter "Motion Driver" konnen die nachfol-

gend aufgefuhrten Arten von Antrieben definiert werden.

?I~.x : Dele te '

W R ename

r n Information

~ Export

Versch iedene Antr iebsar-INone _: j IConstant den s ind mogl ic h. Mo tio n D riv er

None I Displacement I 0.00001

Harmanic Velocity I 90.0000:Gel1eral IA eeele ra ti on I 0.00001Artirulation

Der konstsnte Antrieb (Constant) fiihrt hei Animation f & eine zeitlich kon-

stante Beschleunigung aus. Es k6nnen eine Vorverstellung (Displacement), die

Startgeschwindigkeit (Velocity) sowie die Beschleunigung (Acceleration) ange-

geben werden. Im Fane der Artikulation ~' dagegen haben die hier eingestell-

ten Groben keine Bedeutung, denn der Antrieb wird dann manuel! betatigt,

===4-4=====-



Motion Driver INone/-----==None

ConstantAmpl i tude

Frequency

Phase Angle

Displacement

General

Articulation

Der bsrmonischc Antrieb fuhrt hei Animation IA eine harmonische Schwin-

gung aus. Es konnen die Schwingungsamplitude (Amplitude), die Schwin-

gungsfrequenz (Frequency) sowie ein Phasenwinkel (Phase Angle) und eine

Vorverschiebung (Displacement) angegeben werden, Im Falle der Artikulationhaben die hier eingestellten Groben wiederum keine Bedeutung, denn der

Antrieb wird dann manuel! betatigt,

i~

IGeneral 3I Angu la r Displ:oJ

I 8. 800C

I

INane iJNOl:le

Constant

Harmonic

IMot lo n D ri ve rMot ion Dr ive r

I ilnitllli Displacement

I'l~t l il l VelOcity

I I JOOl_D isp_Mathrt i c uIt i o n

Der gcncrelk: Antrieb (General) kann genutzt werden, um kornplexere Funktio-

nen mit Hilfe des Funktionsmanagers f«)

on ~ haben die hier eingestellten

Funktionen wiederum keine Bedeutung.

Der letzte mogliche Antrieb ist der Art'i-

kulstionssntrieb. Dieser entspricht bei

Animation r r % einer Fixierung des Frei-

heitsgrades, und bei Artikulation ~

kann der Antrieb wieder manuel! beta-

tigt werden.

Fur die visuelle Kontrolle in unserem Beispiel soli die Artikulationsfunktion genutzt

werden, daher konnte ein beliebiger der vier Antriebe genutzt werden.

zu definieren, Im Faile der Artikulati-

Mo tio n O rN e r None

NOl le

Consl i ln t

Harmonic

General

1 ( Urn fur einfache Testlaufe auch die Animation sinnvoll nutzen zu konnen, soll-

ten Sie beispielsweise den konstanten Antrieb nutzen und eine Geschwindigkeit

(Velocity) von 360 [Grad/sec] einsetzen. Stellen Sie dies en ein.

Bei einer Simulationszeit von einer Sekunde wird dann gerade eine viertel Umdre-

hung ausgefuhrt.

A rtik ula tio n is t e in b es on -

d ere r A n tr ie b. H ie rm it

k an n q u as i f er ng es te u er t

b ew eg t w er de n.




D ie E in he ite n, d ie d ss

Sys tem verwendet

Z we i 0 r eh ge lenke ko rmen

uber e in Getriebege lenk

verb u n d e n wer d e n.

Ubrigens konnen die Elnheiten, die vom System erwartet werden, bei den Vorein-

stellungen fur Motion (Preferences, Motion) unter der Funktion Einheiten (Units)

eingesehen werden.

Motl on ab j I 'd P ar ar n e te rs

r: ; Na rne D ispl ay

Icon SC<lle I 12. 0000

An gu la r U nit!; I Degrees i E JU st U n its I

An aly s ls R I e P ar ar n e te rs

P- Mass P rop e rt le $

Gravi ta ti ona l Const an ts

Hier kann beispielsweise eingesehen werden, dass Drehgeschwindigkeiten in der

Einheit [Grad/sec] erwartet werden,

t- Nachdem der Antrieb eingetragen wurde, verlassen Sie mit "Apply" oder

mehrmaligern "OK" den Dialog.

2.2.1.11 Erzeugung eines Zahnradpaars

Das Zahnradpaar verbindet die belden Drehgelenke und macht ihre Drehbewegun-

gen voneinander abhangig.

t- Sie erzeugen das Zahnradpaar, indern Sie die Funktion Zahnradpaar . ' t o (Gear)aufrufen.

to Der erste Selektionsschritt fordert Sie auf,

das erste Drehgelenk zu selektieren, hei-

spielsweise das Gelenk des Lenkrads, Sie

konnen das Gelenk im Grafikfenster oder

auch im Motion Navigator selektieren, Nach

der Selektion springt der Selektionsschritt

auf die zweite Frage.

to Hier selektieren Sie das zweite Drehgelenk,

also das Gelenk des Lenkstockhebels,

Se l e cti on Steps"

~~+Filter IR e v0 1u te ~

Ratio 0.2500

j_l_.~

JJ003

Display Scale

Name

=- -OK I Apply I Cancel I

t- Unter Rate (Ratio) trag en Sie das gewunsch-

te Uber- oder Untersetzungsverhaltnis ein, Fur unser Beispiel tragen Sie hier0,25ein.

t- Bestatigen Sie mit H O K " und das Gelenk wird erzeugt,

Einschrankung:

Das Gelenk Zahnradpaar (Gear) hat folgende Einschrankung: Es kann nur dann

erzeugt werden, wenn die belden Drehgelenke die gleiche Basis haben. Mit der Basis



eines Drehgelenks ist der Bewegungskorper gerneint, der bei der Erzeugung des

Gelenks der zweite war.

2.2.1.12 Visuelle Kontrolle durch Nutzung de r Artikulation

Nachdem das Motion-Modell nun vollstandig erstellt wurde, kann es mit Hilfe der

Artikulationsfunktion manuell bewegt werden,

~ Dazu rufen Sie die Funktion Artikulation ~ auf, es erscheint der nachfolgend

dargestellte Dialog.

Die Funk ti on ,Ar ti ku la ti -

on" eiqnet sich gut fO r die

Kon tr oll e v on Bewe-

gungsablaufen,

Step Size DisplacementJoint

I 1000 a 0,0000 ~ J001

I

I I ~ ra~[EJ · 1N um ber o f S teps L

A n im a tio n D ela y

a

o

Cancel I

~ Um den einzigen Antrieb des Modells manuell zu bewegen, schalten Sie zu - Dabei kann sehri ttwe ise

nachs t den Schal ter fur das Gelenk (Joint) ein . v or- u nd ruckwarts

~ Dann geben Sie die gewunschte Schrittgrofle (Step Size) an, beispielsweise 1 gefailren werden,

Grad,

\ Anhand der Knopfe IE ] und . ! ! J konnen Sie den Antrieb nun schrittweise vor-

warts oder ruckwarts bewegen.

~ Mit .Anzahl Schritte" (Number of Steps) konnen Sie angeben, dass bei jedem

Mausklick auf [ ! D oder I~ mehrere Schritte ausgefiihrt werden.

Mittels dieser Funktion kann nun die in der Aufgabenstellung gewi.inschte visuelleKontrolle des Mechanismus durchgefuhrt werden.

~ Brechen Sie die Artikulationsfunktlon mit "Cancel~ abo

~ Speich ern ~ Sie die Datei.




\ Verlassen Sie die Motion-Simulation, indem Sie im Motion Navigator auf dern

Masterknoten ,,[s_lenkgetriebe" die Funktion .Arbeit" (Make Work) ausfuhreu

und danach in die Anwendung .Konstruktion" ,.. (Modeling) schalten.

===48=====-



2.2.2 Top -d own -Entwicklu ng d er le nkhebe lk in ema tik

In dieser Beispielaufgabe wird dargestellt, wie Kinematiksimulationen in fruhen

Konstruktionsphasen sinnvoll genutzt werden konnen. Hintergrund dabei ist die

ubliche Konstruktionsmethodik in der fruhen Phase, in der ein Konstrukteur noch

keine detaillierte Vorstellung vom fertigen Produkt hat. Vielmehr versucht er, sich

anhand sehr grober Entwurfe an mogliche Konstruktionen heranzutasten, wobei

Bewegungen der gepianten Maschine eine wichtige Rolle spielen. Meist werden

dabei einfache Kurven, 2D-Skizzen oder grobe Solids eingesetzt, die problemlos

manipuliert werden konnen, Erst wenn ungefahr passende geometrische Grolien

gefunden wurden, beginnt die detailliertere Gestaltung. Dazu gehort auch die Struk-turierung der Geometrien in Baugruppenkornponenten oder die Bildung von Unter-

baugruppen. Diese Art der Konstruktion nennt man Top-down-Konstruktion, weii

das Produkt von oben nach unten entwickelt wird.

Lenkhebel reehts

Lenkhebel IinksSpurstange

In diesem Beispiel lernen Sie etwas fiber Konstruktionsmethodiken, die in solchen

fruhen Konstruktionsphasen eingesetzt werden. Das Hauptaugenmerk jedoch liegt

auf der Nutzung von Motion-Simulationen im Zusammenhang mit Prinzipskizzen

und der Optimierung von geometrischen Grofsen. Aullerdem wird dargestellt, wie

Ergebnisse der Simulation als Graph ausgegeben werden.


Ziel ist die Konstruktion der Lenkhebel, d.h. des linken und rechten Lenkhebels

sowie der Spurstange. Die Abbildung unten zeigt bereits das Ergebnis der Aufgabe.

Durch eine parallelogrammartige Geometrie der Lenkhebel soll erreicht werden, dass

die Rader bei Kurvenfahrt ungleichmallig eingeschlagen sind, was zur Verbesserung

der Fahrdynamik beitragt, Zur Kontrolle der korrekten Bewegung soll in diesem

E in B eis pie l fu r d ie U nte r-

s tL itz un g d er fr uh en

P h as e i n d e r K o ns tr uk ti on

du rch Bewegungs s imu la -

tion.

Ausgehend von Prinz ip li -

n ien sol i e ine Mechani k

en tw icke lt we rden.




M otio n-M od ell u nd

B ew egung sg ra ph e rs te l-

le n. K on tro lle d er B ew e-gungen.

so

Beispiel anhand von Graphen die unterschiedliche Winkelstellung der Rader beim

Einschlagen dargestellt werden.

2.2.2.2 Oberblick tiber die l.osunqsschrltte

Nachdem die entsprechende Unterbaugruppe des Rak2 in NX geladen wurde, wer-

den Sie zunachst die bereits vorhandenen Komponenten der Lenkhebel loschen bzw.

ausblenden. Daraufhin erzeugen Sie im Kontext der Baugruppe eine Prinzipskizze,

die als Grobgeometrie fur die zu entwickelnden Komponenten dient.

Aufbauend auf dieser Prinzipskizze werden Sie ein Motion-Modell erstellen, das die

erforderliche Bewegung darstellt. Nach Belieben konnen Sie auch zur visuellen

Kontrolle die bereits vorhandenen Radgeometrien mitbewegen lassen.

Als Nachstes wird ein Graph aufgezeichnet, der die Winkel der beiden Rader dar-

stellt, wenn das Lenkrad eingeschlagen wird. Die Differenz der Radwinkel wird

kontrolliert. Nach Belieben konnen Anderungen an den Parametern der Prinzipskiz-

ze vorgenommen und erneute Kontrollen der Radwinkel durchgefuhrt werden.

Sind die geometrischen Gr6I3engeeignet eingestellt, so werden Sie aus den Prinzip-

kurven der Skizze Baugmppenkomponenten erstellen. Um Assoziativitat zu den

Prinzipkurven zu behalten, wird der Wave-Geometrie-Linker eingesetzt, SchlieI3lich

erfolgt die erneute Bewegungskontrolle mit den erstellten Solids.

2.2.2.3 Vorbereitungen

Zunachst wird die vorhandene Losung gel6scht. Dieser Schritt ist jedoch optional,

denn Sie konnen selbstverstandlich auch Teilschritte der Losung beibehalten. Bei-

spielsweise konnten Sie lediglich das Motion-Modell neu erzeugen, jedoch die Bau-

gmppenkomponenten und die Prinzipskizze beibehalten.

1 ( Beginnen Sie, indem Sie die Baugruppe "vr_lenkung" in NX laden und den

Baugruppennavigator betrachten.

Die fertige Losung der Lernaufgabe besteht aus den Komponenten der Unterbau-

gruppe .Jenkhebelmechanik". Hier befinden sich neben einigen Kleinteilen der linke

und rechte Lenkhebel "vr_lenkhebel_li", "vr_lenkhebel_re" sowie die Spurstange

"vr_spurstange". Aulierdem finden Sie hier die fertige Prinzipskizze .Jenkhebelme-

chanikprinzip". Nachfolgend werden Sie diese fertigen Komponenten loschen.

1 ( Machen Sie das Teil .Jenkhebelmechanik" zum aktiven Teil, und

1 ( loschen Sie alle Komponenten dieser Baugruppe, indem Sie die Komponenten

im Baugruppennavigator selektieren und im Kontextmenu die Funktion "L6-

schen" (Delete) ausfuhren.

Die Dateien werden damit nicht geloscht, sie werden lediglich aus der Baugruppen-

stmktur von .Jenkhebelmechanik" entfernt.

\ Speichern Sie das Teil .Jenkhebelmechanik",



Falls Sie spater wieder die Originaldatei .Jenkhebelmechanik" benotigen, so machen

Sie eine neue Kopie von der CD.

2.2.2.4 Erzeugen einer Prinzipskizze der lenkhebel

Erzeugen Sie ein neues Part und darin die neue Prinzipskizze:

1 ( Machen Sie das Teil .Jenkhebelmechanik" zum aktiven Teil.

Nachfolgend werden Sie mit der Top-down-Methode ein neues Part erzeugen:

f; . Dazu rufen Sie die Funktion "Neue Komponente erzeugen" (Create New

Component) auf,

~ bestatigen den grunen Pfeil ., ohne eine Selektion und

f; . geben im nachsten Fenster als Namen der zu erstellenden Datei .Ienkhebelme-

chanik_prinzip2.prt" an.

f; . Im folgenden Menu "Neue Komponente erzeugen" (Create New Component)

bestatigen Sie alle Voreinstellungen mit "OK".

Das Resultat im Baugruppennavigator sollte dann wie in der Abbildung dargestellt

aussehen.

, -",, !iJ[j lenkhebelmechanlk_prinzlp2

E E - - ! ; i f rY Is_lenkgetr1ebe

L!'if fj1< Ipnk,I<ln[]p

Als Nachstes erzeugen Sie in dem neu erstellten Part die Prinzipskizze. Gehen Sie

dazu wie in den nachfolgend aufgefuhrten 5chritten vor, die anhand der Abbildung

verdeutlicht werden:

-- . . . . _ - .. . _ --- . . . . . . .

Bohrung zur WCS-Ausrichtung

~ Machen Sie das Tei! .Jenkhebelmechanik prinaipz.prt" zum aktiven Teil.

Nu tzung der Top- down-

Methode

D ie P rin zip ge omet rie f Ur

d as L en ksvste m ka nn

d u tc h e in e p ar ar ne tr is ch e

Skiz ze o de r a uc h d urc h

un pa ra m etrisch e Ku rven

erste ll t werden,




Bei g ra B en B au g ru pp en

sa ll te e in e s in n va ll eS tru ktu r fu r die K in em a-

tik da te ie n q ew ah lt w er-

den.

===51=====-

~ Richten Sie das WC5 entsprechend der obigen Abbildung an einer geeigneten

Geometrie aus, damit nachfolgend eine 5kizze in dieser Ebene erstellt werden

kann.

\ Schalten Sie auf die Anwendung .Konstruktion" tIti (Modeling).

~ Erzeugen Sie entsprechend der Abbildung eine Skizze '~ mit vier Linien, Das

Winkelma13 von 65 und das Abstandsmal3 von 200 krinnen nach Belieben ein-

gestellt werden. Bier sollen spater, entsprechend der Ergebnisse der Kinematik,

Anderungen durchgefuhrt werden. Verwenden Sie fur den linken und rechten

Hebel den Skizzen-Constraint .gleiche Lange". Damit ist auch der Winkel der

beiden immer gleich,

\ Verlassen Sie den Skizzenmodus ' \ f t i .

\ Speich em ~ Sie die Datei .Jenkhebelmechanik prinzipz".

Damit haben Sie die Prinzipskizze der Lenkhebel erfolgreich erstellt. 1m nachsten

Losungsschritt wird das Motion-Modell erstellt.

2.2.2.5 Erzeugen der Motion-Simulationsdatei

Vor dem Erzeugen einer Motion-Simulationsdatei ist die Prage zu klaren, von wel-

chem Master-Modell das Motion-Modell erstellt wird. Dabei gibt es mehrere Mog-

lichkeiten, die jeweils mit Vor- und Nachteilen verbunden sind:

Wenn die Kinematik von dem neuen Teil .Jenkhebelmechanikprinzlpz" erstellt

wird, haben Sie den Vorteil, dass eine sehr einfache Dateistruktur entsteht, aberden Nachteil, dass im Motion-Modelliediglich auf die Kurven der Skizze zuge-

griffen werden kann. Es ware also unmoglich, beispielsweise die Rader mitbe-

wegen zu lassen, weil diese von der Datei .Jenkhebelmechanikprinzipz" gar

nicht sichtbar sind.

Falls von einer Stufe daruber, d.h. vom Teil .Jenkhebelrnechanik", ausgegangen

wird, wird die Struktur etwas komplexer, dafiir konnen die spater zu erstellen-

den Lenkhebelkomponenten mitbewegt werden, weil sie von hier gesehen wer-

den konnen.

Eine weitere Stufe daruber, d.h. von "vr_lenkung" ausgehend, konnten auch die

Rader mitbewegt werden. Die oberste Baugruppe "OPEL_Rak2" schlieI3lich wur-

de sogar erlauben, dass Teile vom Rahmen, z.B. zwecks Kollisionskontrolle,

einbezogen wurden.

Das generelle Problem ist also, dass ein Motion-Modell immer nur auf diejenigen

Komponenten zugreifen kann, die von der Baugruppenstufe zu sehen sind. Eine

Abhilfe dafur liefert eine erstmals in der Version NX4 verfugbare Funktion. Diese

Funktion bietet die Moglichkeit, ein Motion-Modell einer Unterbaugruppe auch in

hoheren Baugruppen zu ubernehmen. Dabei werden aber noch nicht aile Motion-



Features unterstutzt, und es ist mit manueller Nacharbeit zu rechnen, Von dieser

Moglichkeit soil in einem spateren Beispiel Gebrauch gemacht werden,

Es gilt also, nun einen sinnvollen Kornpromiss zu finden. Fur unser Beispiel wollen

wir von der Baugruppe .Jenkhebelmechanik" ausgehen, weil darin spater aile Lenk-

hebelteile enthalten sein sollen. Gehen Sie dafur wie folgt vor:

~ Machen Sie das Teil .Jenkhebelmechanik" zum aktiven und dargestellten Teil.

\ Starten Sie dann die Anwendung .Kinematik" ~ (Motion Simulation), und

\ loschen Sie zunachst im Motion Navigator die bereits vorhandene Datei .rnoti-

on_I". Dieses Motion-Modell funktioniert nicht mehr, denn es bezieht sich auf

die vorher schon geloschten Komponentendateien.

\ Erzeugen Sie nun im Motion Navigator mit Hilfe des Kontextmenus des Mas-

terknotens eine neue Simulation (New Simulation). Automatisch wird der Name

"motion_I" vergeben.

\ Falls der "Motion Joint Wizard~ (Assistent: Kinematikverbindungen)

so brechen Sie ihn mit "Cancel" ab.

Die kleine Abbildung zetgt den Motion Navigator, naCh-MotioftNavlga.", fII ~

dem die neue Motion-Datei erstellt wurde. ~ N 7a m "" ec :- -: - -: - -- -, . . - :: - _ _ ~ ~ _~ le n k h e b e l r n e rh a n I k

Nachfolgend konnen fur das Motion-Modell Bewegungs- E!ltomoijon_l

korper (Links), Gelenke (Joints) und Antriebe definiert

werden.

erscheint,

2.2.2.6 Definition der Bewegungskorper durch Skizzenkurven

Wenn Bewegungskorper anhand von Kurven erzeugt werden sollen, spielt es eine

Rolle, ob die kinematische oder die dynamische Umgebung ~ gewahlt wurde.

Voreingestellt ist meist die dynamische Umgebung. In diesem Fall verlangt das

System, dass alle Bewegungskorper Masseneigenschaften haben. Falls lediglich

Kurven als Bewegungsobjekte vorliegen, kann das System nicht automatisch Mas-

seneigenschaften ermitteln, daher ist der Anwender gezwungen, diese vorzugeben,

auch wenn er sie noch gar nicht kennt,

Falls die kinematische Umgebung gewahlt wird, sind Masseneigenschaften nicht

zwangslaufig erforderlich. Das Erzeugen von Bewegungskorpern (Links) anhand

von Kurven wird daher erleichtert. Jedoch zwingt die kinematische Umgebung den

Anwender, dass keine unbestimmten Freiheitsgrade im Mechanismus verbleiben,was die Erstellung des Motion-Modells erschwert, wei! keine dynamischen Testlaufe

moglich sind.

Fur unsere Beispielaufgabe soll daher die dynamische Umgebung beibehalten wer-

den. Beim Definieren der Bewegungskorper werden dann Dummywerte fur die Mas-

seneigenschaften eingetragen. Gehen Sie dafur folgenderrnallen vor:

f a ll s k e ine Vo lu rnenko r -

per , s o ndem kur ve n

beweg t werd e 1 1 , is t d ie

Ang abe von Mas sene i-

qensehaf ten e r tc rde rl lc h ,




Ein Bewegungskbrper

braucht die Angabe des

Seh werpu nkts, d er M asse

und der TrJgheitseigen-

sehaften

£ s k onnen auch einfach

Dummy-Eigenschaften

v er ge be n w er de n

===5:4=====-

~ Wahlen Sie die Funktion zum Definieren von Bewegungskorpern (Links) '"\..

~ 1m ersten Selektionsschritt (Link Geometry) selektieren Sie die zugehorige Geo-

metrie, Beispielsweise beginnen Sie mit den heiden Kurven, die den rechten

Lenkhebel darstellen, wie in der Abbildung dargestellt ist.

Das System erkennt, class sich die Masseneigenschaften nicht automatisch berech-

nen lassen. Daher zeigt das Menu die Option Anwenderclefiniert (User Defined).

Nachfulgend rnussen diese daher definiert werden,

~ Schalten Sie auf den zweiten Selektionsschritt.

~ Dieser Selektionsschritt (Mass) erwartet zwei Angaben von Ihnen. Sie tragen die

Masse ein und definieren per Mausklick den Schwerpunkt des Bewegungskor-

pers. Weil die Masseneigenschaften fUr das Beispiel nicht relevant sind, definie-

ren Sie Dummy-Eigensc:haften wie z.B. eine Masse von 1 Kg und eine beliebige

Position des Schwerpunkts.

. .. /

1..0000

~ Schalten Sie auf den dritten Selektionsschritt.

~ In diesem Selektionsschritt "Tragheit" (Inertia) sollen die Massentragheitseigen-

schaften definiert werden. Sie definieren wieder Dummywerte z.B. 1,1,1 ent-

sprechend der Abbildung.



Nun haben Sie alle erforderlichen Angaben ge-

macht. Die letzten belden Selektionsschritte

beziehen sich auf eine optional zu berucksichti-

geode Startgeschwindigkeit des Bewegungskor-

pers, die hier nicht gebraucht wird.

~ Mit mehrmaligem "OK" oder einmaligem

"Apply" wird der Bewegungskorper erzeugt,

Es empfiehlt sich, vorher noch einen aussa-

gefahigen Namen [Hebelre) zu vergeben,

Se le c ti on S tep s I

,~~~~.~

filter IPoint

I I

IMome n ts o f I n er ti a

I x x

IIyy

I : :I I X Z

I I Y Z

~, - - - - - - , - - 1 -• 0 = - = 0 : - : : 0 - - - : -' 0

1 . 0 0 0 0

1 . 0 0 0 0

I_~~I o.ooo~

I 0 . •0000 ~

Name

~ Wenn Sie den Dialog mit "Apply" ab-

schlieflen, bleiben die Angaben fur Masse und

Tragheit in den Feldem erhalten, und Sie kon-

nen den nachsten Bewegungskorper schneller

erzeugen,

" Auf die gleiche Weise erzeugen Sie nun Bewegungskorper fur den Iinken Hebel

sowie fur die Spurstange,

Das Ergebnis sollte wie in der Abbildung dargestellt aussehen,

~el

t .jot ionNaviga tor

Name

kenkhebelmemanlkl3-~motiol)_l

B 'I OJ ~ U nk s

c&J~ HebelJe

: . "&J~ HebeU i

- &J ~ Spu rs te n g e

S urstonge

Als Nachstes konnen Gelenke erzeugt werden,

2.2.2.7 E tz eu gu ng v on D re hg ele nk en

Das Erzeugen von Gelenken anhand von Skizzenkurven ist meist etwas aufwandi-

ger als bei Verwendung von Volumenkorpern, weil die Definition der Drehachsen

meist explizit erfolgen muss. Bei Volumenkorpern existieren an Gelenkpositionen

oftmals Forrnelemente wie Bohrungen, die eine explizite Angabe der Richtung uber-flussig machen, Dies war im vorherigen Beispiel der Fall.

Nachfolgend werden vier Drehgelenke fur die Lagerung der beiden Hebel zur Um-

gebung sowie fur die Verbindung der Spurstange zu den heiden Hebeln erzeugt, Wir

beginnen mit dern Gelenk des rechten Hebeis zur Umgebung.

" Rufen Sie die Funktion zur Erzeugung von Gelenken ''I (Joints) auf, und

O ptio na l k an n au ch e in e

Startgesehwindigkeit

verqeoen werden

Die Motion-features

w er de n 0 b e rs ic h tl ich im

Navigator dargeste ll t. E se rn pfie hlt s ic h, s pr ee h en -

de Namen fO r d ie E le -

men te z u ver geben.

55::-.......:==




Be i Kurvengeometr ie

k an n da s S ys tem m eis t

nic ht a uto matis ch d ie

D re hr ic ht un g e rm it te ln .

D ah er m us s d ie se m an ue ll

d e fi ni er t we rden.

~ wahlen Sie als Gelenktyp den Dreher ~ (Revolute).

~ Als ersten Selektionsschritt (First Link) selektieren Sie den rechten Hebel unge-

fahr an der Stelle, an der das Gelenk den Drehpunkt haben soil (siehe Abbil-

dung). Es erscheint ein Koordinatensystem.

1(

~ ~ ~ f ~ q ) - ~ IrnapUnks

-~ectlon StePS]

- ,I' .t\ L.l.. V ,~..

Alter - ~- ' I A - n y - : : J - - ' . _

Mit dieser Selektion haben Sie den ersten Bewegungskorper definiert, den das Ge-

lenk veibinden soli, und den Punkt, an dem das Gelenk positioniert sein solI. Das

System springt automatisch auf den zweiten Selektionsschritt.

Im zweiten Schritt (Orientation on First Link) kann der Punkt des Gelenks definiert

werden sowie die Drehrichtung. Der Punkt wurde schon im ersten Schritt erfolg-

reich ubergeben, daher kann hier zur Richtung gewechselt werden, die nicht korrekt

automatisch erkannt wurde. Die Drehrichtung des Drehgelenks wird durch die z-

Richtung des angezeigten Koordinatensystems definiert. Um diese z-Richtung zu

andern:

1 ! Stell en Sie den Filter auf .Vektor" und selektieren eine Geometrie, anhand der

die gewunschte Richtung definiert wird, beispielsweise die Referenzebene der

Skizze, wie in der AbbiIdung dargestellt,

i·.-~~

. : " : ; 1 . -I

rnapUnks

RIter IVector : . : : J

Vect or !> le fuod I ? t : : : : JDamit ist die Drehrichtung des Gelenks assoziativ mit der Richtung der Referenz-

ebene verbunden,

z

~ Schalten Sie auf den dritten Selektionsschritt.

Mit diesem Selektionsschritt .Zweite Verknupfung" (Second Link) kann angegeben

werden, mit welchem zweiten Bewegungskorper der erste verbunden werden solI.



1m Fall einer Verbindung mit der festen Umgebung, wie hier gewunscht, wird der

Schritt ubersprungen,

~ Daher wahlen Sie nun einfach .Apply" (oder mehrmals HOK" ] .

Das Gelenk wird damit erzeugt,

~~b_e_I 1 i ~~~~~---H-P-b-P-I~'~OI, _ c ; P " r c f- "Q~e /1:tI

It Auf entsprechende Weise erzeugen Sie nun das Drehgelenk vom linken Hebel

zur festen Umgebung

It und die beiden Gelenke fur die Verbindung der Spurstange mit den beldenHebeln. Bei diesen beiden Gelenken muss im letzten Selektionsschritt nicht die

feste Umgebung, sondern der zu verbindende Bewegungskorper (Link) selektiert

werden.

~ Speich em ~ Sie die Datei,

Das Ergebnis sollte wie in der Abbildung dargestellt aussehen, Die Groflendarstel-

lung der Gelenke ist in der Abbildung vergrofiert worden. Dies kann nach Belieben

unter den Voreinstellungen fur Motion erledigt werden,

. .~~~ ~~~~~~ H_e_b_p_I~~r004. 01,. ~eJUI_u.l,i-- -.J c:.:~!Ir"Q~nn~p

Damit ist die Erzeugung der Gelenke abgeschlossen, und es karin nachfolgend ein

Testlauf erfolgen.

2.2.2.8 Testlauf mit einem unbestimmten Freiheitsgrad

Wei! der Mechanismus noch keinen kinematischen Antrieb hat, gibt es fur das Ge-

samtsystem noch eine unbestimmte Bewegungsmoglichkeit, Diese Anzahl unbe-

stimmter Freiheitsgrade kann auch tiber die Funktion "Information, Motion Connec-

tions" im Kontextmenu des Motion-Modells erhalten werden, wie im vorherigen

Beispiel bereits gezeigt wurde.

Fur einen dynamischen Testlauf sollte vorher noch die Richtung der Schwerkraft

geeignet eingestellt werden. Beispielsweise ware die negative x-Richtung geeignet,~ Andern Sie nun diese Richtung unter den Voreinstellungen fur Motion (Prefe-

rences Motion) mit der Funktion "Gravitationskonstanten" (Gravitational

Constants) so ab, dass sie in die x-Richtung zeigt,

A ile v ie r Ge le nke des

Mechan ismu, s s ind zu-

nachs t a ls D rehgelenke

au,sgef ij ,hrt worden.



....._ 2

D e r d v n am i s ch e T e s tl a u f

m it ein em u nb es ti m mten

F r e ih e it s g r ad b r i 1 1 9t

V e r 5 ta ll d Ili s f U :r d e l l

Mechan ismus .

===58=====-

Motion Ob j e ct P a ram et er ;

V Name D is pl ay

Ic on S ca le

A ng ular U nits

Gx

Gy10.0000

G z

l o e g r e e s : . : J

_________ L_i5_tU_n_ it5 ~1L___= = O = K = = ~ = B a = c k = = ~ I [ J = c = a = n ~ = . = I ~ I

Ana lys is F il e Pa r ame t er s

E: M a ss P ro pe rti es

G ra vita tio na l C on stan ts ~

tr Fur den dynamischen Testlauf wahlen Sie die Funktion Animation ~ undstellen beispielsweise eine Simulationszeit (Time) von drei Sekunden und eine

Schrittzahl von 200 ein.

tr Mit H O K " wird die Simulation gestartet.

tr Es erscheint ein Informationsfenster, das erst im nachsten Abschnitt genauer

erklart wird, Zunachst kann es ignoriert werden.

tr Um die Bewegung ablaufen zu lassen, wahlen Sie die Funktion "Spiel".

Das Ergebnis ist in der Abbildung dargestellt,

Slider M ode ITlme (seconds) a1.20

.00

Schwerkraft . .Leicht ist die Plausibilitat des bisherigen Mechanismus zu erkennen, der einer unge-

darnpften Schwingung entspricht. Nach dies em optionalen Plausibilitatstest kann

der Mechanismus welter erstellt werden, wobei zunachst ein Abschnitt uber redun-

dante Freiheitsgrade eingeschoben wird.

2.2.2.9 Bedeutung redundanter Freiheitsgrade

Das Informationsfenster, das beim vorher durchgefuhrten Testlauf erscheint, weist

den Anwender auf redundante Freiheitsgrade hin. Dies ist als eine Wamung zu

verstehen.



Ein redundanter Freiheitsgrad bedeutet, dass ein

Bewegungsfreiheitsgrad des Systems uberbe-

stimmt ist, dass aber aus dieser Uberbestimmung

noch kein Konflikt resultiert, D.h., der Mechanis-

mus ist zwar lauffahig, aber kleinste Anderungen

der Geornetrie oder der Drehachsen konnten zu

einer Konfliktsituation fuhren,

i lllJ.L'.U. •" ' :tr.r.1o

Ille ",d it

Lntormzt.Lon Li.sc.tnu ceeat.ed by- :

Da'(.e

cur-rene 9lork per-c

Node name

JOO! h~~ ~~d~ndant:.OOF:

IROT ATI ON "~O UT X I

In unserem Fall liegen entsprechend dem Infor-

mationsfenster drei solehe Uberbestimmungen

VOL Es ist relativ schwierig, sich diese Uberbe-

stimmungen plausibeI zu machen, eine Methode

dafiir ist die folgende: An jedem Bewegungskor-

per und jedem Gelenk wird gedanklich eine kleine

Verschiebung oder Verdrehung in alle Richtungen aufgebracht. Wenn der Mecha-

nismus dadurch in eine Konfliktsituation gerat, so liegt eine Uberbestimrnung dieses

Freiheitsgrades VOL In unserem Fall liegen die folgenden drei Uberbestimmungen

vor, siehe dazu auch die Abbildung:

JO0.3 h a.s .cedcn da ll~ DO~::

(RO'IAIION AEOUl: XI

JO04 has r-edunde D'C DO~:

(RO'IRTIOll P20UT XI

~ r I , : . . " ' " =#-""=.J J

zc

Lr e

Falls eine der Drehachsen urn die x-Achse verdreht wird, kommt es zu einer

Konfliktsituation,

falls eine Drehachse um die z-Achse verdreht wird, ebenfaIls, und

falls einer der beiden Punkte, die mit der Umgebung verbunden sind, in die y-

Richtung verschoben wird, entsteht auch eine Konfliktsituation.

Um die Bedeutung der redundanten Freiheitsgrade zu verstehen, soll in das Ge-

dachtnis zuruckgerufen werden, dass es sieh bei einer Motion-Simulation urn ein

Starrkorpermodell handelt, bei dem die Bewegungskorper nicht flexibel sind. In der

Realitat werden kleine Ungenauigkeiten (beispielsweise Warmedehnungen) einer-

seits dureh Spiel in den Anlenkungen toleriert und andererseits dureh die Naehgie-

bigkeit der Teile. Die beiden Effekte Spiel und Flexibilitat sind aber in der Motion-

Simulation nicht enthalten, daher fuhren bei einem redundant aufgebauten Motion-

Modell bereits kleinste Ungenauigkeiten, wie sie aueh in der Konstruktion mit ei-

nem CAD-System auftreten, zu Konfliktsituationen.

Redundan te lr ei he it sg ra -

de s ind Oberbest immun-

gen , d ie j edoch n icht

lwangsla:Llfig ZU i Konflik-

ten fuhren .

Kleinste geometrische

Anderungen ko nn en d az u

f uh re n, d as se i n r edun -

danter freiheitsqrad lU :

einem KOI1 t li kt f uhr t




Komplexe Mechanismen

so ll ten immer r edundanz -

f re i au fg ebau t we rden.

D ie e ingesetz ten Ge lenke

k on ne n n ic ht immer d er

Rea li ta t en tsprechen , we il

im Mo tio n-Mode ll z u-

nach s t e inma l ke ine

To le ranzen und ke ine

f lex ib l en Te i le m6g li ch

sind.

Daher gilt die Empfehlung, solche redundanten Freiheitsgrade nur bei sehr einfa-

chen Motion-Modellen zu akzeptieren. Komplexere Motion-Modelle sollten redun-

danzfrei aufgebaut werden, damit sie sieher funktionieren.

Urn das Motion-Modell redundanzfrei aufzubauen, mussen geeignete Gelenktypen

gefunden werden, anhand derer die Bewegungsfreiheitsgrade nicht uberbestimmt

werden. Welche Gelenktypen dafur geeignet sind, muss aus Plausibilitatsbetrach-

tungen hervorgehen. Eine Losung ware beispielsweise die folgende.

Wenn ein beliebiges Drehgelenk durch ein Kugelgelenk (Sphere) D- ersetzt

wird, konnen die ersten belden Konfliktsituationen nicht mehr auftreten,

Wenn daruber hinaus ein beliebiges Drehgelenk durch ein Dreh-Schiebe-Gelenk

(Cylinder) a ersetzt wird, kann auch die dritte Konfliktsituation nicht mehr

auftreten,

Diese Gelenkkonfiguration entspricht zwar nicht der Art und Weise, wie der Me-

chanismus in Wirklichkeit aufgebaut ist, jedoch hat dieser Unterschied fur die Be-

trachtung der Kinematik keinen Einfluss. Diese Vorgehensweise ist typisch fur den

Aufbau von Motion-Modellen mit Mehrk6rpersimulationsprogrammen, in denen

Spiel und Flexibilitat nicht betrachtet werden. Selbstverstandlich kann auch Spiel

und Flexibilitat simuliert werden, jedoch werden dabei komplexere Methoden erfor-

derlich. Beispielsweise sei hier auf die Funktion 3D-Kontakt verwiesen, mit der Spiel

im Motion-Modell modelliert werden konnte, und die Finite-Elemente-Methode, mit

der flexible Korper berechnet werden konnen.

Daher sollen nachfolgend die beschriebenen Gelenke ersetzt werden.

2.2.2.10 Einbau eines Kugelgelenks

Ein Kugelgelenk braucht weniger Information als ein Drehgelenk, weil keine Anga-

be tiber die Drehachse erforderlich ist. Daher kann ein vorhandenes Drehgelenk

direkt in ein Kugelgelenk umgewandelt werden. Gehen Sie dazu folgendermaI3en

VOL

1 ( Selektieren Sie im Motion Navigator den Knoten des zu andernden Gelenks

(siehe Abbildung).

It Wahlen Sie im Kontextmenu die Funktion Bearbeiten (Edit). Es erscheint der

Erzeugungsdialog der Gelenks.

It Hier schalten Sie den Gelenktyp auf Kugel i> - (Sphere) und bestatigen mit,,Apply" oder mehrmaligem HOK" .



-----.....Loo,DJ

r e

Z

Ein neues Kugelgelenk kann, falls gewunscht, analog zum Drehgelenk erzeugt wer-

den. Oil" Richtung der Orientierung kann dabei ubergangen werden, well sie bei

dem Kugelgelenk keine Rolle spielt,

2.2.2.11 Einbau einesZylindergelenks

Ein Dreh-Schiebe-Gelenk oder Zylindergelenk a (Cylinder) braucht die gleichen

Informationen wie ein Drehgelenk, daher kann ein vorhandenes Drehgelenk eben-

falls direkt in ein Zylindergelenk umgewandelt werden. Gehen Sie dazu folgender-

maben vor.

\ Wahlen Sie die Funktion Bearbeiten (Edit) im Kontextmenu des zu andernden

Gelenks (siehe Abbildung).

\ Wahlen Sie im Dialog den Gelenktyp Zylinder ~ (Cylinder), und bestatigen Sie

mit "Apply" oder "OK".

,Selection Steps,

~;h ~ J~,, '

z

Ein neues Zylindergelenk kannentsprechend dem Drehgelenk erzeugt werden,

Nachdern diese belden Gelenke ersetzt worden sind, kann optional ein neuer dyna-

mischer Testlauf zeigen, dass nun keine redundanten Freiheltsgrade mehr vorliegen.

2.2.2.12 Erzeugung eines kinematischen Antriebs

Mit dem Erzeugen eines kinematischen Antriebs wird aus dem Mechanismus derletzte unbestimmte Freiheitsgrad entfernt, und das System wird rein kinematisch.

Gehen Sie foJgendermaI3en YOL

\ Bearbeiten Sie das Drehgelenk, an dem Sie den Antrieb erzeugen wollen (siehe

Abbildung).

Ein Kugel ge lenk kar in w ie

ein Drebqelenk wirken,

d as .S pie l" h at .

Die Gele nk tv pe n k on ne n

ei nfach nachtragl ich

q ea nd er t w er de n.

6:-1======-




Die l et zt e B eweg ung, d ie

durchgefij,hrt wurde, wirds pa te r im G ra ph a usq e-

wertet.

===6:2=====-

I; Im Erzeugungsdialog wahlen Sie unter .Motion Antrieb" (Motion Driver) den

konstanten Antrieb (Constant) und stell en beliebig die Antriebsparameter ein.

I; Bestatigen Sie mehrmals mit "OK",

I; Speich ern B . l Sie die Datei.Die Antriebsparameter k6nnen deswegen beliebig eingestellt werden, weil fur die

rein I" Bewegungsuntersuchung die Artikulationsfunktion genutzt werden 5011, die

eine manuelle Betatigung der Antriebe zulasst,

I""'~

M.o~on011~r

' Dl sp l a cem ent

:Velodty

IAccelerat ion x

Mit dem so aufgebauten Motion-Modell konnen sowohl die Artikulation als auch

die Animation durchgefUhrt werden,

2,2.2.13 Durchfuhrunq der Artikulation

Mit der nachfolgenden Artikulation soll der interessierende Bereich einmal durch-

fahren werden. Auf Basis dieser Bewegung soll im nachsten Abschnitt ein Graph

erstellt werden, Gehen Sie folgenderma13en vor.

I; Rufen Sie die Artikulationsfunktion ~ auf,

I; schalten Sie den Antrieb ein, geben Sie als Schrittweite (Step Size) beispielswei-

se eins und als .Anzahl Schritte" (Number of Steps) 30,

I; Wahlen Sie einmal die Funktion .Schritt Vorwarts" [ill, urn den Antrieb urn 30

Grad in eine Richtung zu verdrehen, daraufhin zweimal _ _ ! ' ! j , urn ihn urn 60

Grad in die andere Richtung zu bewegen, und wieder einmal [ill, urn in die

Ausgangslage zuruck zu kommen.

Je nach Mallen in der Skizze kommt es evtl. bei den Bewegungen zu Sperrpositio-

nen. Dies wird dUTChdie Meldung "ADAMS Solver-Sperrung" (Adams Solver Lo-

ckup) angezeigt. In dies em Fall sollten Sie einen kleineren Weg, z.B. nur 25 Grad,

fahren.

I; Mit "Cancel" wird die Bewegung abgeschlossen.



IS te p S iz e

I 1.0000

I

D i sp la cemen t Jo in t

30,0000 ]7 ]001

I Number of Steps 30

I 'Hd~ffi].,

Die hierrnit definierte Bewegung wird im nachsten Abschnitt zur Graphenerstellung

genutzt,

2.2.2.14 Graphenerstellung der Radwinkelbewegung

1m vorigen Abschnitt wurde anhand der Artikulationsfunktion eine Bewegung defi-

niert, die nun grafisch ausgewertet werden 5 0 1 1 . Es ist darauf zu achten, dass bei

Ausfuhrung der Artikulation wirklich nur die Bewegung durchgefuhrt wird, die

spater analysiert wird. Im Hintergrund schreibt das NX-System eine Ergebnisdatei,

in der die durchgefuhrte Bewegung beschrieben ist. Diese Ergebnisdatei wird nun

bei der Graphenerstellung ausgewertet. Die Ergebnisdatei hat die Erweiterung "res"

und kann in dem Verzeichnis gefunden werden, in dem auch die Motion-

Simulationsdatei liegt.

Urn einen Graphen bzgl. der Radwinkelbewegung zu erstellen, gehen Sie nun fol-

gendermanen vor (siehe Abbildung]:

~ Wahlen 5ie die Funktion "Graphenerstellung" ~ (Graphing).

~ Im oberen rei! des erscheinenden Mentis werden alle Gelenke angezeigt, Hier

wahlen Sie das erste der heiden Drehgelenke aus, dessen Weg aufgezeichnet

werden soil, in unserern Fall das Gelenk ,,JODI".

Unter "Y-Achse" wahlen Sie den Ergebnistyp aus. Moglichkeiten sind Verschiehung

bzw. Verdrehung (Displacement), Geschwindigkeit (Velocity), Beschleunigung (Ac-

celeration) und Kraft bzw. Moment (Force).

1 ( Pur den gewunschten Verdrehwinkel in unserem Beispiel wahlen Sie daher

.Verschiebung" (Displacement).

Unter Wert (Value) wahlen Sie die gewunschte Komponente der vorher angegebe-

nen Grofie. Zur Verfugung stehen die translatorischen Werte, die rotatorischen Wer-

te sowie die jeweiligen Betrage. Die Definition bezieht sich auf die Angabe unter

Referenzkoordinatensystem (Reference Frame). Dieses kann entweder relativ oder

absolut genutzt werden. Im relativen Fall bezieht sich die Definition auf das beweg-

te Gelenkkoordinatensystem und im absoluten auf das absolute Koordinatensystem

des Parts.

De r zu e rs te ll en de Graph

werte t im me r d ie le tz te

d u r ch g e f i. ih r te B e w e g u i n g

au5.



....._ 2

Au ,s gewe rt et wer de n d er

Weg, d ie Geschwind igke it .

d ie Bes ch le un ig un g o de r

die Kraft i ll jedem Gelenk

D ie A nga be kan n im

a bso lu te n o de r im mitlau-

fenden Koord ina tensys-

t er n e r fo l qe n ,

===64=====-

Moti on . Ob j ec ts

Filter

J O O l

J002J O O 4

J003

Ax is Def in i ti o [)

,{-Axis rID-ls-p-la-ce-m-e-nt-a"""'"

Value

IE~ler Anglel ar :R e f e re nc e F r ame- -- -- -- ,

r" R eliltive (' A bsolute I----+...

D e f i n ed Cu rves

J OO 1 -;> R 1 , Displacement (rei)

J002-;> Rl, Dis pl ac emen t ( re i)

Name

"Graph Too lI r. NX r Spreadsheet

C Save Resul t s to A FU

Back I Cancel I

Auswahl des aufzuzeichnenden Gelenks

jill.m•• Auswahl derVelocityA c c e l e r a tl on aufzuzeichnenden Grofle

Force

Ma nltude

n12.

13

Angular Magnitude

E ule r A ng le 1

Eu l. e r Ang le :? :

Euler An le3

Auswahl des WertsTranslatorisch (T ),

Rotatorisch (Euler )

oder

Betrag (Magnitude)

Relativ: Gelenkkoordinaten

Absolute: Part-Koordinaten (abs.)

Liste aller aufzuzeichnenden Graphen

Hinzufugen eines weiteren Graphen

"Ok" zum Erzeugen des Graphen

\ Fur unser Beispiel wahlen Sie unter .Referenzkonrdinatensystem" (Reference

Frame) das relative Koordinatensystem und die Komponente "Euler Angle!",

anhand der die Verdrehung um die Drehachse angezeigt wird.

It Wahlen Sie das Pluszeichen ~, um den so spezifizierten Graphen zur Liste der

auszugebenden Graphen zuzufugen,

It Um das zweite Drehgelenk in der gleichen Weise aufzuzeichnen, wahlen Sie imoberen Bereich dieses Gelenk, nutzen die gleichen Einstellungen und fugen mit

_ : i l auch diese Definition der Liste zu,

It Schlie.Blich wahlen Sie "OK", damit der Graph aufgezeichnet wird.

Das Ergebnis ist in der Abbildung dargestellt,



~ 2 . 2

-00.23

9L

C

""-'0'

- 0.14

Q_

'"0

~0'

:0

" "-0. ,0<t

Time

0_59R I

- IJ .Btl

e o

~(C1--"f101 R1.rJisp(relt l

~\"----JOO ~l,Disp{rel}

l// \,

~

I~ //_

-. ~//(, I

\,

, I

\ I

\ I

\ I

\1

a 3D.OO 13-0,(] .O

T ; me (s e C)

-an. DO

Im Graph ist der Bewegungsverlauf aus der Artikulationsfunktion als Zeitverlauf

dargestellt worden, dabei ist jeder Schritt mit einer Sekunde gleichgesetzt worden.

Es ist zu erkennen, dass beim Schritt 30 die erste Endlage erreicht wurde, Weiterhin

kann erkannt werden, dass die belden Radwinkel unterschiedliche Grofle haben,

Nachfolgend soli abgelesen werden, wie groB der Unterschied der Winkel in der

ersten Endlage ist.

Zum Ablesen von Werten in dem Graph kann die Funktion ~] (Data Tracking) aus

der Toolbar "XY Graph Toolhar" genutzt werden, die noch weitere interessante,

meist selhsterklarende Funktionen aufweist,

Reol

I ; . , _ _ tl;IoojI~ j Oi)tl[.{)(l1

~u - ' .1 D5E-OOI~

--JOO _1il.01,p(e I}- - - -JQO _"".Olop ,.,)

Die Funktion erlaubt ein Abfahren des Graphen mit der Maus. 1m Bereich rechts

oben werden die Werte der Graphen in kleinen Fenstern angezeigt. In unserem

Die Radwinke l ve rs te ll en

s ich unq le ichmab iq ,

D ie s i st Fo ige des Pa ra ll e-

lo gramms b ei d en L en k-

hebeln.

'2Q

Z urn A usw erte n d es

G ra ph en ste ht e in e Re ih e

von Hi I fs funk tionen zur

Verfl igul1g.

65======-




N ac hd em d ie K in em atik

g ee ig ne t e in ge st ellt is t

konnen m it der T op-

D ow n-M ethod e K om po-

n en te n e rs te llt w er de n.

Wenn As soz ia t iv it a t

q ew unsch t ist, m uss d er

W ave-Geometrie-Linker

e i n ge se tz t w e rd en .

Beispiel Iesen Sie 0,5236 fur den rechten und 0,4105 fur den linken Hebel ab. Die

Winkeldifferenz betragt also 0,1131 (Angab e im Bogenmafl),

n .Mit der Funktion _. verlassen Sie die Graphendarstellung,

Nach Belieben konnen nun Anderungen an der Geometrie der Prinzipskizze verge-

nommen und erneut anhand der Winkeldifferenz kontrolliert werden.

2.2.2.15 Erstellung von 8augruppenkomponenten aus Prinzipkurven

Sind die geometrischen Grolien anhand der Prinzipskizze nun akzeptabel eingestellt,

so kann mit der Top-down-Konstmktion von Baugruppenkomponenten fortgefah-

ren werden. Diese Aufgabe hat mehr mit Konstruktionsmethodik als mit Motion-

Simulation zu tun, daher sollen hier nur grebe Erklarungen erfolgen.

lie! sind Baugruppenkomponenten, deren Geometrie und Position von der Prinzip-

geometrie der Skizze abhangig sind. AuJ3erdem sollen die zu erstellenden Kompo-

nenten in der Motion-Simulation mitbewegt werden.

Die Abhangigkeit der Geometrie und der Position ist tiber den "Wave-Geometrie-

Linker" zu erreichen, die Bewegung in der Motion-Simulation kann durch einfaches

Zufugen der neuen Geometrie zu den bestehenden Bewegungskorpern (Links) erfol-

gen.

Wir beginnen mit dem Erzeugen leerer Komponenten, fugen dann mit dem Wave-

Linker die Skizzengeometrie in die neuen Komponenten ein und bauen dann detail-

liertere Geometrien der Hebel in Abhangigkeit der neu eingefugten gelinkten Kur-

yen. Gehen Sie dafur folgendermaJ3en VOL~ Verlassen 5ie die Motion-Simulation, indem Sie im Motion Navigator den Mas-

ter anwahlen und in dessen Kontextmenu die Funktion Arbeit (Work) wahlen,

~ 5tarten 5ie die Anwendung .Konstruktion" ~ (Modeling). Das Tei! .Jenkhe-

belmechanik" ist nun das aktive und dargestellte Teil,

+~ Rufen Sie die Funktion "Neue Komponente erzeugen" (Create New Compo-

nent) auf, bestatigen Sie mit dem grunen Pfeil "?, und geben Sie den Dateina-

men fur die erste Komponente an, beispielsweise HVT_lenkhehel_Te2.prt".

~ Im nachsten Fenster bestatigen 5ie mit "OK".

~ Fuhren 5ie die gleiche Prozedur fur zwei weitere Komponenten durch. Benen-

nen 5ie diese mit "vr_lenkhebeUi2.prt" undH

vr_spurstange2.prt",

~ 5peichern ~ 5ie die Datei .Jenkhehelmechanik".

Das Ergebnis im Baugruppennavigator soHte wie in der Abbildung dargestellt aus-

sehen.



Nachfolgend werden Wave-Geometrie-Links

erstellt. Gehen Sie folgendermafsen vor:

~ Machen Sie das Teil Hvr_lenkhebel_re2"

zum aktiven Teil,

Rufen Sie den Wave-Linker ~ auf, und

setzen Sie den Typ auf Kurve (Curve) f.

Selektieren Sie nun, wie in der Abbildung dargestellt, die belden Kurven,

zum rechten Hebel gehoren sollen. Bestatigen Sie mit HOK " .

, iil'e VI :_SP u r s t,m g e 2

~ Wiederholen Sie die beiden letzten Punkte fur den linken Hebel und fiir die

Spurstange, Selektieren Sie jeweils die zugehorige Geometric.

Nachdem diese Schritte durchgefuhrt wurden, kann in jeder der drei Komponenten

weitergearbeitet werden, Die Idee ist, dass die gesamte Geometric des jeweiligen

Teils in Abhangigkeit der nun eingefiigten Skizzenkurve erstellt wird. Fur den Auf-

bau der Geometric konnen nun sehr unterschiedliche Methoden genutzt werden,

Wir werden nachfolgend eine sehr einfache Modellierungsstrategie beschreiben,Aullerdem werden wir die Modellierung nur exemplarisch fur eines der Teile, die

Spurstange, durchfilhren. Die anderen Teile konnen nach Belieben modelliert wer-

den. Gehen Sie folgendermaflen vor:

~ Machen Sie die Komponente "vr_spurstange2" zum dargestellten Teil, Fullen

Sie die Bildschirmdarstellung (Fit), damit die Kurve zu sehen ist.

~ Wahlen Sie die Funktion .Rohr" ~ (Tube), tragen Sie fur den au13eren Durch-

messer 20 ein, und bestatigen Sie mit "OK". Selektieren Sie danach die Kurve

und bestatigen erneut mit "OK".

Ou t er D iame te r 120

Inner Di<lmerer 11':'0---

OK B o c k

D ie n eu e S tru kt ur d er

Baugrllppe

die

Assoziat ive Kop ien inner-

halb de r Bauqruppe,

l n n e r h a l b j ed er Kompo -

n en te w ird je we ils d ie

Hnzelteilqeornetrie mo -

dell ie r t Das gr llndlegende

f ea tu re i st dabei die

a ssoz ia ti ve I ir ue aus de r

Kinematik.




Die Einzel te i le konnen

be lieb ig de ta il li er t werden.

Grundlegende geometr i-

s che MaBe we rden j edoch

du rch d ie S teuersk izze

vorgegeben.

Zu n a c h st b ewegen s ic hd ie n eu en Geome trie n in

d er K in emat ik n ic ht m it

68

Nach Belieben konnen nun weitere Formelemente erzeugt werden, beispielsweise

fur die Detaillierung der Gelenke an den beiden Seiten, wie in der kleinen Abbil-

dung dargestellt,

1 ( Nachdem die 3D-Modelliemng des Teils abgeschlossen ist,

wechseln Sie tiber den Baugruppennavigator wieder in das

Elternteil .Jenkhebelmechanik".

Auf entsprechende Weise konnen Geometrien fur die wei-

teren Komponenten (vr_lenkhebel_li2 und vr_spurstange2)

erstellt werden.

Das Prinzip hierbei ist immer das gleiche: Die Grobgeometrie der Prinzipskizze ent-

halt die grundlegenden Abmessungen und Positionen. Von diesen Kurven werdendie Komponententeile abhangig konstmiert und detailliert. In den bereits kon-

stmierten Teilen "vr_hebel_re.prt", "vr_hebel_li" und "vr_spurstange.prt" kann bei

Bedarf nachgesehen werden, welche Konstmktionsmethodik dabei zum Einsatz

kommen kann. Fiir die Methodik unserer Lernaufgabe reicht jedoch eine sehr einfa-

che Konstmktion, wie dies an der Spurstange gezeigt wurde.

~ Machen Sie das Teil .Jenkhebelmechanik" zum aktiven Teil, und speich ern

Sie die Datei, nachdem aile Geometrien in den Einzelteilen erstellt worden sind.

Im nachsten Schritt sollen nun die neu erstellten Geometrien im Motion-Modell

mitbewegt werden, damit Kollisionen erkannt werden konnen.

2.2.2.16 Zufiigen der neuen Komponenten zum Motion-Modell

Sollen beliebige Geometrien mit vorhandenen Bewegungskorpem (Links) dazugeho-

ren, so mussen die Bewegungskorper (Links) bearbeitet werden. Gehen Sie folgen-

dermaJ3en vor:

1 ( Machen Sie in der Baugruppe das Teil .Jenkhebelmechanik" zum dargestellten

und zum aktiven Teil. An diesem Teil befindet sich das Motion-Modell,

\ Wechseln Sie in die Anwendung .Kinernatik" _ r : . (Motion Simulation) und

offnen Sie im Motion Navigator das vorher erstellte Motion-Modell "moti-

on_I".

1 ( Bearbeiten Sie den Bewegungskorper (Link) .Spurstangez ", indem Sie ihn im

Motion Navigator auswahlen und im Kontextmenu die Funktion Bearbeiten (E-

dit) auswahlen.

1 ( Schalten Sie den Filter auf Komponente (Component), und selektieren Sie die

neu erstellte Geometrie.

1 ( Bestatigen Sie mit "Apply" oder mehrmaligem "OK".

1 ( Fuhren Sie diese Schritte auch fur die beiden anderen Teile aus.

\ Speichern ~ Sie die Motion-Datei .Jenkhebelmechanik''.



F i l t e r

s e l e c t . i o n steps- 1" ~ ..t:' ,'\. ~-

~ i . . . J '_ '- tu I,i' 3 .-.1 ~~

] r - e o - n - 1 P ' ; ' o - n e - n t - i j '

Nach dem Durchfuhren dieser Schritte kann erneut die Animations- oder Artikulati-

onsfunktion ausgefuhrt werden. Die neu erstellten Geometrien bewegen sich nun

mit den Prinzipkurven mit. Aulierdem konnen auch weitere Anderungen an der

Prinzipskizze vorgenommen werden. Die Komponentengeometrien aktualisieren

sich nun entsprechend.

1 ( Verlassen Sie die Motion-Datei, indem Sie im Simulations-Navigator auf den

Masterknoten doppelklicken, und

1 ( wechseln Sie in die Anwendung .Konstruktion".

Neue Geome tr ie n k on ne n

be li eb ig den vorhandenen

Bewequnqskerpern

zugeo rdnet we rden.

6.9,======-



2.2.3 Kollisionspriifung am Gesamtmodell der lenkung

In dieser Aufgabe wird dargestellt, wie bereits erstellte Motion-Modelle in Unter- EinzelneKinematikmodel-

baugruppen zu einem Motion-Modell in einer oberen Baugruppe zusammengesetzt Iewerdenzueinem

und weiterverwendet werden. Dies ist eine wichtige Methode bei der Entwicklung Gesamtsystemusam-

komplexer Baugruppen, denn sie erlaubt das modulartige Arbeiten mit Motion- mengesetzt.

Modellen. Daruber hinaus zeigt dieses Beispiel noch weitere Gelenktypen sowie die

Methode zum Prufen von Kollisionen.

Falls Sie die vorherigen beiden Lernaufgaben (Lenkgetriebe und Lenkhebelkinema-

tik) durchgearbeitet haben, werden Sie hier Ihre selbst erstellten Motion-Modelle

verwenden. Ansonsten verwenden Sie die fertigen Losungen der CD.


Die Konstrukteure haben nun bereits Baugruppen und Motion-Modelle des Lenkge-

triebes sowie der Lenkhebelkinematik erstellt. Daher soll jetzt das Gesamtsystem der

Lenkung analysiert werden.

Dabei sollen die fertigen Unterkinematiken nach Moglichkeit weiterverwendet und Kollisionschecknd

nicht neu erstellt werden. Am Gesamtsystem soll dann gepruft werden, ob es beim SimulationesEinfederns

Einschlagen der Lenkung zu Kollisionen zwischen den Hebeln kommt.

Erschwerend kommt noch hinzu, dass auch das Einfedern der Rader mit beriicksich-

tigt werden muss. Die Einfederbewegung der Rader bringt eine weitere schwer tiber-

schaub are Bewegung ins Spiel. Daher miissen auch hier Prufungen unternommen




Be i g raB en Baug ru pp e n

ko nn en z un ach st U nte r-

k in em a ti ke n e rs te ll t

w er de n. S pa te r w er de n

d ie se d a nn z us ammeng e -

setzt.

===1.7::.2 ==

werden. Evtl. ware es auch sinnvoll, mit den Radbewegungen die Grobe des Radkas-

tens zu uberprufen.

Falls es zu Kollisionen kommt, mussen Durchdringungskorper aufgezeichnet wer-

den. Damit erhalt der Konstrukteur einen Anhaltspunkt fur die Verbesserung der

betroffenen Teile.

2.2.3.2 Erstellen der Motion-Datei

\ Offnen Sie in NX die Baugruppe "vr_Ienkung~, und

\ starten Sie die Anwendung .Kinernatik" ~ (Motion Simulation).

\ Loschen Sie im Motion Navigator die bereits existierende Motion-Datei.\ Erzeugen Sie im Motion Navigator eine neue Motion-Datei, und

\ brechen Sie den evtl, erscheinenden "Motion Joint Wizard" mit "Cancel" ab.

2.2.3.3 Importieren der Motion-Untermodelle

Um ein Motion-Modell aus einer Unterbaugruppe zu importieren, gehen Sie folgen-

dermaI3en vor:

Vorbereitu ngen

1 ( Fiihren Sie im Kontextmenu des Motion Navigators die Funktion .Llmbenen-

nen" (Rename) aus. Benennen Sie das neue Motion-Modell beispielsweise "len-

kungssystem" .

Der originale Name darf nicht bleiben, weil es sonst Konflikte mit den zu importie-

renden Motion-Modellen gibt, die evtl. den gleichen Namen tragen.

Beim Importieren von Motion-Untermodellen muss darauf geachtet werden, dass

alle Geometrien, die zu den Bewegungskorpern gehoren, geladen sind. Dazu gehort

auch, dass diese Geometrien nicht durch Reference-Sets ausgeschlossen sind.

1 ( Priifen Sie daher vor den nachsten Schritten nach, ob insbesondere das Part

.Jenkhebelmechanikprinzip" auf dem Referenz-Set "Ganzes Teil" (Entire Part)

steht. Nutzen Sie dafur den Baugruppennavigator,

Die Skizzenkurven mussen nach dem Umschalten des Referenz-Set zu sehen sein.

Durchfiihren des Imports

\ Wahlen Sie dann im Kontextmenil des Motion Navigators die Funktion Impor-

tieren, Mechanismus (Import, Mechanism).

1 1 E x p o r t

-:="7---7--m

~ ~ ~ m z ~ m m ~ ~.. o . t l . o n . A . n . a . I ~ . I . S " " " I I I I " I I I I .

Import '



~ Im nachsten Fenster wahlen Sie .Aus Unterbaugruppe importieren" (Import

from Subassembly),

Es erscheint ein Dialog, in dem Sie die Unterbau-

gruppe auswahlen, deren Motion-Modell Sie impor-

tieren mochten, Am einfachsten selektieren Sie die

Unterbaugruppe im Baugruppennavigator, Wir be-

ginnen mit .IsIenkgetriebe".

" Selektieren Sie daher nun tiber den Baugrup-

pennavigator die Unterbaugruppe .JsIenkge-

triebe".

Me<: ha nl sm Naml n 9

lrn po ri From AI e

I mp or t F ro m s u b as se mb lv

17 R e p o r t T o I n t o rm a d o n W i n d o w

1m Dialog werden vorhandene Motion-Modelle der gewahlten Baugruppe angezeigt,wie in der Abbildung dargestellt ist.

Select S iJ bil5sembly 5 1 m u Iiltlon Port

otion_l

P- Preview

P - A bort on F ilii u re

AsS@rribt t ' r I 'avlgator

! Des cr lp Uv e Par t N e r ne

Bi i i . l en ku n gssystem

a - i i i ' ' ' ' vr_lenkung

~·1iI E J 15_1enk5tangen ku g el ko p f

: l ii EJ vr _bolzen

, 1iI(jvr_Querlraeger_gerode

: iii(j I s_ 1 e n ks to ck h u e ls e

~·1iI(jvr_bolzeo

'. iiiE J 15_1enk5tange

il J Iii.v r r ec h ts

liIiD vr_lI~ks

: iii(jw_bo l zeog" ll s n st u eck

r- f il" Cj vr_bolzenge.g encStue .ck

Iji IiIIl" lenkhebelrnediantk

r il!(j Is_lenkstangengelenkIi i .,19 I ,_ Ien kge l riebe

" Selektieren Sie das Modell ".motion_l", und bestatigen Sie mit ".oK",

" Bestatigen Sie auch das folgende Menu HMechanismusimport" mit "OK".

~ Es erscheint eine Info-Meldung, die Ihnen sagt, dass nicht aile Motion-Features

importiert werden konnten. Bes ta t igen Sie diese Meldung mit "OK" ,

Das Motion-Modell wird daraufbin importiert. Ein Informationsfenster gibt an,

welche Elemente importiert wurden.

Prufen Sie das importierte Motion-Modell. Sie werden feststellen, dass die imp or-

tierte Kinematik in einer eigenen Gruppe angeordnet ist, Das Zahnradpaargelenk

(Gear) ist nicht importiert worden, Daher mussen Sie es nun manuell neu erstellen,

" Erstellen Sie das nicht importierte Zahnradpaargelenk .:t (Gear) rnanuell neu,

Das Ubersetzungsverhaltnis betrug 0,25,

Es folgt der Import des zweiten Motion-Modells.

~ Wahlen Sie erneut die Funktion Importieren, Mechanismus (Import, Mecha-

nism).

B ei d er A us wa hl de r

Unt er kin ematik h i 1 ft d er

Baugn.lppenl1aviga,tor.

Momental 1 werden

Z a hn ra dq ele nk e n ic ht

automat isch import ier t.




lrn Nav ig at or w er de n d ie

Un t e rk inema ti ken a ls

Gruppen dargeste l lt

===:;l4=====-

1 ( Weil nun Motion-Features von einem zweiten Motion-Modell importiert wer-

den sollen, muss beachtet werden, dass keine doppelten Namen der Motion-

Features entstehen durfen. Daher ist im Menu zum Importieren des Mechanis-

mus die Funktion "Namensregel angeben" (Define Naming Rule) auszufuhren.

Mit der in der Abbildung dargestellten Option wird erreicht, dass alle importier-

ten Motion-Features eine Namenserweitemng von ,,_b" bekommen. 50 werden

Konflikte vermieden.

Import From R le

Naming Rule Type1

rAd d P r e f I X

~ Add Suffix

rN o N am ing R ule

M e rn an i.s m N am in g [ )@ f in e H om ll lg R u le I

1m po rt Fro m Su b a ss em b ly

P i Report To In fo nn oU o n W in dow

,I OLJ~

Add 5 t tl ng

1( Importieren Sie nun das Motion-Modell Hmotion_l" aus der Unterbaugruppe

.Jenkhebelmechanik" in der gleichen Weise wie auch das erste Modell,

Das Ergebnis im Motion Navigator sollte wie in der Abbildung dargestellt aussehen,

Motion ~avigator

Nome

J. " '_Ienktmg,e-~ lenkunqssvstern

~~Group

. $-.,~ IsJenkgetrlebe_moi jon_l

i a-"-I)) Links,: : Iii" f.'ILenh"d

'''-~Lenkstodkhebel In diesem Gelenk soIl der Antrieb bleiben: ' ;' 1 iI ~ JO i nt s I

Hil '~JOOl . .. .. .._ -- ....

'! ' l i Ii J ' lOO2

, e . ,~ l en khebe l merni lnlk____m ou on_1

$Iif~ Unks

. 1 - - 1 i Ie vT _IenkhebeUI_b

, I il 'q . ",_Ienkhebel_<e_b, iii\} \If_ sp u rs ll ln g e _b

eliff,;;Joints

,--IiI~Antrieb_b'" I:"-"J002_b

. '~J003 bId" G I k d Ant' b 1"" h, 'oJp.JO O <l~ n iesem e en en ne. osc en

" - I i I < I i Cou pi er sL_fii! ' lbJ003

Die heiden Untermechanismen sind in Gruppen angeordnet worden. Sie lassen sich

jedoch ohne Einschrankung; wie auch bisher, manipulieren.



Nachbereitungen

AbschlieI3end sollten Sie den Antrieb in dem Gelenk der Lenkhebelmechanik (Ge-

lenk .Antriebb" in der Abbildung) loschen. Stattdessen wird nachfolgend die Lenk-

stange zur Ubertragung der Bewegung vom Lenkradantrieb genutzt. Ansonsten

wurde es zu einer Verklemmung des Systems kommen.

1 ( Bearbeiten Sie das Drehgelenk ("Antrieb_b" in der Abbildung], dessen Antrieb

ausgeschaltet werden soil. Stellen Sie die Option unter .Kinematiktreiber" (Mo-

tion Driver) auf .Keine" (None).

1 ( Andern Sie auch den Namen des Gelenks, weil der Name .Antrieb" nun irrefuh-

rend ist.

1 ( Bestatigen Sie mehrmals mit "OK".

AuI3erdem sollten Sie das rechte Rad zu dem Bewegungskorper des rechten und das

linke Rad zu dem des linken Lenkhebels zufugen. Gehen Sie dafur folgendermaI3en

vor:

\ Bearbeiten Sie den Bewegungsko rpe r (Link) des rechten Hebels, stellen Sie den

Filter auf .Komponente", und

\ selektieren Sie die Teile, die zu dem rechten Rad geh6ren.

\ Bestatigen Sie mehrmals mit "OK".

\ Auf die gleiche Weise fugen Sie die Teile des linken Rads dem Bewegungskor-

per (Link) "Vf_lenkhebel_li_b" zu.

\ Speichern ~ Sie die Datei.

Damit ist der Import der Untermodelle erfolgt. Nach Belieben kann ein dynamischer

Testlauf erfolgen, urn das Verstandnis fur die unbestimmten Freiheitsgrade des so-

weit erstellten Gesamtsystems zu verbessern.

2.2.3.4 Zufiigen der lenkstange

Die Lenkstange muss derartig gelagert werden, dass sie Bewegungen im Raum

durchfuhren kann, ohne dass es zu Konfliktsituationen kommt, siehe dazu auch die

nachfolgende Abbildung. Eine mogliche Art der Lagerung fur solche Falle besteht

aus einem Drehkreuz auf der einen und einem Kugelgelenk (Sphere) auf der anderen

Seite. Das Drehkreuz besteht dann aus einem Hilfskorper, der mit zwei Drehgelen-

ken die Nachbarteile verbindet. Diese Gelenkarten sind in dem CAD-Modell bereits

vorgesehen, wie die Abbildung zeigt.

E i ni ge Baugruppenkom -

po nente n w erd en n ach -

t ra qlic h d en B ew eg un gs -

korpern zuqefuqt ,

D ie L e nk st an ge v er bin d et

d ie b ei de n K in em a tikm o-

dule.



....._ 2

D ie L e nk st an ge v oll fu hr t

e in e k om p le xe B ew eg un g

im R au m.

De r H il fs kt ir pe r v er bi nd et

L en ks ta ng e m it L en k-

s tockhebel .

Lenkstockhebel Lenkstange Hebel_re

Hilfskorper mit zwei Drehgelenken

Nachfolgend wird beschrieben, wie diese Gelenkkombination im Motion-Modell

erstellt wird.

2.2.3.5 Erzeugung des Drehkreuzes mit einem Hilfskorper

~ Sie erzeugen zunachst einen Bewegungskorper ~ (Link) fur die Lenkstange,

~ und einen weiteren fur den Hilfskorper,

~ Daraufhin erzeugen Sie ein erstes Drehgelenk ~ (Revolute), das den Hilfskor-

per mit dem Lenkstockhebel verbindet,

~ und ein zweites Drehgelenk, das ihn mit der Lenkstange verbindet.

Entsprechend der Abbildung stehen die heiden Drehgelenke im rechten Winkel

zueinander und bilden damit ein Drehkreuz,

Lenkstange

Nach Belieben kann wieder ein dynamischer Testlauf erfolgen.

2.2.3.6 Erzeugung eines Kugelgelenks

Vor der Erzeugung des Kugelgelenks zwischen Lenkstange und rechtem Lenkhebel

(siehe Abbildung) sollte der Bewegungskorper (Link) des rechten Lenkhebels derart

vorbereitet werden, dass zwei weitere Komponenten zu ihm gehoren:

~ Bearbeiten Sie daher den Bewegungskorper des rechten Lenkhebels, und fugen

Sie die Komponenten .JsIenkstangengelenk" und .JsIenkstangenkugelkopf"

zu.



~ Fur das Kugelgelenk ist es wichtig, dass der korrekte Drehpunkt angegeben

werden kann. Daher sollten Sie das Reference-Set des Teils .JsIenkstangen-

kugelkopf" auf HGanzes Tell" (Entire Part) stellen, weir dann grundlegende Skiz-

zen sichtbar werden, mit denen der Kuge1mittelpunkt geeignet verknupft wer-

den kann.

~ Erzeugen Sie nun das Kugelgelenk folgenderma13en: Wahlen Sie die Funktion

Kugel (Sphere) S > - , und selektieren Sie den Kugelmittelpunkt (Drahtmodus wah-

len), der in der Abbildung dargestellt ist. Der Punkt gehort zur Komponente

.Jenkstangenkugelkopf" und daher zum Bewegungskorper .Hebel je",

Seledlon Steps

,f\k~~) ;""Filter I A n yr ~~~

Weil auf diese Weise beim ersten Selektionsschritt schon der korrekte Kugelrnittel-

punkt ubergeben wurde, kann der zweite Selektionsschritt des Erzeugungsdialogs

ubergarigen und auf den dritten geschaltet werden.

~ Schalten Sie daher auf den dritten Selektionsschritt.

~ Hier selektieren Sie den zweiten zu verbindenden Bewegungskorper (Link), also

die Lenkstange, an einem beliebigen Ort.

~ Bestatigen Sie einmal mit .Apply" oder HOK " , damit das Kugelgelenk erzeugt

wird.

~ Speichern ~ Sie die Datei.

2 .2 .3 .7 A rti ku Ia ti 0n des G esa m tsystem s

Der so weit Fertig gestellte Mechanismus hat nun keine unbestimmten Freiheitsgra-

de mehr. Dies sollte tiber die im Grundlagenbeispiel beschriebene Funktion (HInfor-

mation" am Simulationsknoten] nachgepruft werden. Der Mechanismus hat am

Lenkrad seinen Antrieb, der noch aus dem importierten Modell herriihrt.

E in ext ra , Punk t def i n ie rt

d ie q en au e P os itio n d esKllgelgelenkdrehpullkts.

Test des so wei t fe rti 9

geste ll ten Gesamtsystems.




V e r e i n f ac h te O a rs te ll U I 1 g

fU r d a s E in fe de rn .

Da s Modell r la ub t le diq -

I ic h e in b e id s e i t ig e s

E in fe de rn d er R id er .

===2-8==

~ Daher kann nun die Artikulationsfunktion ~ genutzt werden, urn den Antrieb

und damit das Gesamtsystem der so weit Fertig gestellten Lenkung zu bewegen,

2 ..2.3.8 Mech an ism us fu r das Einfedern zufugen

Zusatzlich zum bisher erstellten Mechanismus des Lenksystems solI nun der Effekt

des Radeinfederns beriicksichtigt werden. Dabei solI Iediglich eine vereinfachte

Einfederung betrachtet werden, bei der beide Rader gleichzeitig einfedern. Das Er-

gebnis ist dann ein Mechanismus, bei dem zwei verschiedene Antriebe existieren,

einer fur das Einfedern und einer fur die Lenkbewegung. Damit konnte beispiels-

weise der erforderliche Bauraum fur den Radkasten kontrolliert werden.

Mit etwas mehr Aufwand konnte problemlos auch ein getrennt steuerbares Einfe-

dern der beiden Rader realisiert werden.

Das gewunschte Einfedern der Rader im Motion-Modell wird wie in der Abbildung

dargestellt realisiert. Dabei werden der rechte und linke Lenkhebel nicht mehr mit

der festen Umgebung, sondern mit dem Ouertrager verbunden, Fur diesen Quertra-

ger muss vorher jedoch ein Bewegungskorper (Link) erstellt werden. Der Quertrager

wird dann tiber ein Schiebegelenk (Slider) mit der festen Umgebung verbunden,

Dieses Schiebegelenk wird letztlich angetrieben, so kann der Quertrager tiber die

Artikulationsfunktion bewegt werden.

Selbstverstandlich kann gleichzeitig auch noch das Lenkrad bewegt werden,

Schiebegelenk (Slider) mit Antrieb

fur Einfeder-Bewegung

Gehen Sie dazu foIgendermaBen vor:

Erzeugung eines Schiebege/enks am Quertrager

~ Zunachst wird die Komponente "vr_quertraeger_gerade~ zu einem Bewegungs-

korper "'" (link) gemacht.



~ Daraufhin wahlen Sie die Funktion zum Erzeugen eines Schiebegelenks ~

(Slider).

~ 1m ersten Selektionsschritt wahlen Sie die

Geometric des Ouer t r age r s moglichst an ei-

ner Kante, die in die gewunschte Schiebe-

richtung des Gelenks zeigt, Daraufhin er-

scheint das Gelenkkoordinatensystem und

zeigt mit der z-Achse in die gewahlte Rich-

tung.

~ Falls die z-Richtung nicht korrekt ist, muss

im zweiten Selektionsschritt die Orientie-rung des Gelenks neu angegeben werden.

Schalten Sie dazu den Filter auf Vektor,

und selektieren Sie eine Kante oder Flache,

anhand der die gewunschte Richtung defi-

niert wird.

\ Wahlen Sie unter .Kinematikantrieb'' (Mo-

tion Driver) die Option .Konstant", wie in

der Abbildung dargestellt ist.

\ Den dritten Selektionsschritt ubergehen Sie,

weil Sie das Gelenk mit der festen Umge-

bung verbinden mi:ichten.

~ Tragen Sie einen aussagekraftigen Namen, z.B. .Einfedern", ein.

~ Bestatigen Sie mit "Apply" oder "OK", um das Gelenk zu erzeugen.

rn ap L in ks

if f Se lec ti on Steps

' I i % \ );,1\ A

l

Filter IAny

E e l itOrimtatiior

rmlts

lupper

Lower

IMo ti on D ri ve r

piS placemen t

IV210ci ty

IAccel eration

Wie vorher beschrieben spielt es bei Nutzung der Artikulationsfunktion keine Rolle

welcher Antriebstyp gewahlt und welche Parameter eingesetzt wurden.

Umreferenzieren der Drehge/enke an den Lenkhebeln

Die beiden Drehgelenke an den Lenkhebeln verbinden die Hebel mit der festen Um-

gebung. Nun sollen die Gelenke umreferenziert werden, damit sie die Hebel mit dem

neu erstellten Quertrager verbinden. Gehen Sie dazu folgendermaI3en vor:

~ Bearbeiten Sie das Drehgelenk, das den rechten Lenkhebel mit der Umgebung

verbindet. Es erscheint der Erzeugungsdialog des Drehgelenks, in dem Sie alle

Eigenschaften beliebig and ern k6nnen.

~ Der dritte Selektionsschritt in diesem Menii war verantwortlich fiir die Auswahl

des zweiten Bewegungskorpers. Hier haben Sie vorher die feste Umgebung ge-

wahlt, Um hier eine Anderung vorzunehmen, aktivieren Sie also den dritten Se-

lektionsschritt dieses Meniis.

S c h r i t t e f u r d ie E r z e u '9 u n 9

d es S c h ie b e ge le nk s fU rdas Einfedern




Die Artikulaticnsfunkticn

ist sehr gut geeig l let . u r n

s ol ch e B ew e qu n qe n mi t

mehreren An tr ieben zu

ko r1 t rol l ieren.

\ Urn die Auswahl zu andern, selektieren Sie nun den neuen Ouertrager an ei-

nem beliebigen Ort. (Evtl. mussen Sie den Ouertrager mehrmals selektieren, er

muss aufleuchten.)

\ Bestatigen Sie mit HApply" oder mehrmaligem H O K " , und das Drehgelenk (Re-

volute) wird mit den geanderten Einstellungen aktualisiert.

r se le ct io n s.t ep sl

L ~ h[§!J.~Filte r LAn .'L_E]

\ Verfahren Sie auf die gleiche Weise mit dem Drehgelenk des linken Lenkhebels,

\ Speichem.9.J Sie die Datei.

2.2.3.9 Durchfahren der Bewegungen beim Einfedern und Lenken

\ Da nun zwei manuell veranderbare Antriebe vorhanden sind, macht es Sinn,

die Antriebe (hzw. deren Gelenke) entsprechend ihrer Funktion zu benennen,

beispielsweise in .Einfedem" und .Len-ken".

Mit dem so weit fertig gestellten Mechanis-

mus konnen die Bewegungen beim Lenken

und Einfedern kombiniert oder jede fur sich

kontrolliert werden. Beispielsweise kann zu-

nachst das Einfedem urn 30 mm simuliert und

dann mit dieser Stellung die Lenkung ausge-

fiihrt werden.

\ Testen Sie mit der Artikulation die Bewe-

gung der Lenkung,

Weiterhin kann zunachst rein visuell heraus-

gefunden werden, bei welchem Einfederweg

die belden Teile Lenkstange und Spurstange

in Kollision geraten. Eine weitergehende Kol-

Iisionskontrolle wird im nachsten Abschnitt

behandelt,

D is pl ac eme n t J o in t

.------ 0.0000 ILenken

r - r Elnfedem

Number o f S te ps I 10

I H d~[E]· ~IAn ima ti on D e la y

a

a 1000

IBack CancE l I



2.2.3.10 Kollisionsprufunq

Gehen Sie folgendermallen fur eine Kollisionsprufung beim Einfedern zwischen

Lenkstange und Spurstange vor:

Ii- Wahlen Sie die Funktion Durchdringung d lJ (Interference).

I;. Selektieren Sie den ersten der belden Volumenkorper (z.B. die Lenkstange),

I;. schalten im Menu auf den zweiten Selektionsschritt, und

Ii- selektieren Sie den zweiten zu prufenden Volumenkorper (die Spurstange).

Ii- Bestatigen Sie mit "OK", damit die Durchdringungsprufung erzeugt wird.

Das Feature erscheint im Motion Navigator und kann von dort aus manipuliert

werden.

fr Um die Durchdringungsprufung durchzufiihren, wahlen Sie die Funktion Arti-

kulation

Auf gleiche Weise konnen Sie die Kollisionsprufung auch mit der Animationsfunk-

tion durc:hfiihren.

fr Bevor Sie in der Artikulationsfunktion

die Bewegung durchfuhren, wahlen Sie

.mehr Optionen" . . : ! : . . . (more Options) und

aktivieren das Kontrollkastchen .Durch-

dringung" (Interference).

frSie mochten, dass der Kollisionspunktgenau ausgerechnet wird und die Bewe-

gung dort anhalt, daher aktivieren Sie

auch noch das Kastchen .Ereignisbeding-

ter Halt" (Stop on Event).

fr Nun durchfahren Sie mit der Artikulationsfunktion den gewunschten Weg.

Sebald es zur Kollision zwischen den heiden Volumenkorpern kommt, erscheint

eine Stopp-Meldung, und die Bewegung halt an. Nach Akzeptieren der Stopp-

Meldung kann exakt die Stellung der Antriebe ahgelesen werden, bei der die

Kollision auftritt.

Us t In te r fe rences

P "c ka gin g O p tio n s

r"M~9lIre,

rJ-[<Ire

PlInterference

0~~·P=(j~·· [Y·~ci i j

Die Kol l ls ionsprufunq

wird vorbere i te t .

D ara ufh in k an n s ie g e-

nu tz t we rden.

II

8,,"1======-



....._ 2

Die Artikulationsfurkticn

z eig t q en au a n, b ei w el-

cher S tel lung Ko li is ion

auftritt,

===8z=====-

Damit ist die Beispielaufgabe zur Motion-Analyse der Lenkung abgeschlossen,



2.3 l.ernaufqaben Dynamik

2.3.1 Fallversuch am Fahrzeugrad

Diese Lernaufgabe erlautert den Umgang mit Aufgaben, die mit freien Bewegungen

zu tun haben. Dies konnte z.B. freien Fall, Tragheitseffekte oder ahnliche Probleme

betreffen. Es gibt also unbestimmte Freiheitsgrade [ungefesselte Systeme), und die

Bewegung ergibt sich aufgrund von Kraften, Erfahrungsgernaf sind solche Aufga-

ben bedeutend schwieriger zu handhaben, als dies bei den vorher betrachteten ki-nematischen Systemen der Fall ist.

Bewegungsspur ~

Jr v ' _ Umgebungs-

Endposition . geometrie

~"...I(/ 2 t 1 - - - : r - ~ / = = 1 - - - - - - - " ; - )1 1/

Dariiber hinaus geht es auch urn komplexe Kontakte, die sich von den bisher ver-

wendeten, rein kinematischen Gelenken abheben. Bei den hier betrachteten Kontak-

ten ist ein Auftreffen oder Abheben der Teile moglich. Damit ergeben sich Moglich-

keiten zur Analyse von Aufpralltests, Reibungseffekten, Spiel oder Toleranzen.


In dieser Lernaufgabe soli eine Simulation erstellt werden, die zeigt, wie ein Rad des

Rak2 aus einer gewissen Hohe losgelassen und aufgrund der Erdanziehungskraft

beschleunigt wird. Es stofst gegen mehrere Ireppenstufen und bleibt schlieBlich aufeiner Ebene liegen.

SchlieBlich soli die Bewegungsspur aufgezeichnet werden, die das Rad wahrend des

Falls beschreibt.

K enn zeich en de r O yna mik

is t , d a s s unbestimmte

F re i h e its g r ad e e xi s ti e r en

u nd d as s d ie B e w e g un g

a us iiu lB er en K ra ft en

resultiert

A bh eb en de o der au ftref-

fe nd e K on ta kte sp ie le n

b ei d yn am isch en A ufga -

ben oft ein e R olle.

8:3,======-




DurchZll fu !hrende Schr it tef U r d ie l ema u tq a b e

===84=====-

2.3.1.2 Vorbereitungen

Zunachst sind einige Vorbereitungen .z u tatigen, Diese Dinge sind im Wesentlichen

schon aus den bisherigen Beispielen bekannt:

\ Laden Sie aus dem Rak2- Verzeichnis die Datei "vr_rechts", die das rechte Vor-

derrad des Rak2 sowie die zugehorigen Teile der Bremse enthalt.

\ 5chalten 5ie in die Anwendung .Kinematik" ! ! ! . . (Motion Simulation), und er-

zeugen Sie im Motion Navigator eine Simulationsdatei.

It Den anschlieBend erscheinenden .Assistent: Kinematikverbindung" (Motion-

Joint Wizard) brechen Sie mit "Cancel" abo

It Prufen Sie in der "Umgebung" 11 (Environment) nach, ob die Einstellung auf.Dynamik" und nicht auf .Kinernatik" steht, damit die Berechnung unbestimm-

ter Freiheitsgrade ermoglicht wird.

f t Stellen Sie weiterhin sicher, dass die Richtung der Schwerkraft in die positive

y-Richtung zeigt, indem Sie die Voreinstellungen fur Motion (Preferences, Mo-

tion) unter HGravitationskonstanten" (Gravitational Constants) kontrollieren.

Als Nachstes soli die Umgebungsgeometrie importiert werden. Nach Belieben kon-

nen Sie jedoch auch die Umgebungsgeometrie selbst erstellen, Falls Sie die Geomet-

rie nun selbst erstellen wollen, schalten Sie in die Anwendung .Konstruktion" und

fuhren die Erstellung durch, Falls Sie die vorbereitete Geometric nutzen wollen, die

in dem Part Humgehungl.prt" vorliegt, so gehen Sie folgendermaBen vor:

f t Schalten Sie in die Anwendung .Konstruktion" 'Ii- (Modeling), undf t wahlen Sie die Funktion .Datei, Importieren, Teil..." (File, Import, Part ... ).

f t Im nachsten Menu bestatigen Sie aile Einstellungen mit "OK", und es erscheint

der Dialog zur Dateiauswahl.

f t Hier wahlen Sie im Verzeichnis des Rak2 die Datei .umgebung I.prt" und besta-

tigen mit "OK".

f t Im nachsten Menu zur Bestimmung der Position bestatigen Sie die Position

(0,0,0). Brechen Sie das Menu daraufhin abo

Daraufhin wird die Geometrie in die Motion-Datei importiert und kann betrachtet

werden (bildschirmfullen).

2.3.1.3 Zuordnung von MasseneigenschaftenBevor im nachsten Abschnitt die Bewegungskorper erzeugt werden, soli in dieser

dynamischen Analyse die Zuordnung der Masseneigenschaften vorgenornmen wer-

den. Dies geschieht tiber Materialeigenschaften, die einem Volumen- oder Flachen-

korper zugeordnet werden. Zusammen mit den geometrischen Eigenschaften, die ja

aus der CAD-Geometrie schon vorliegen, ist das System in der Lage, die genauen

Masseneigenschaften, d.h. Masse, Schwerpunkt und Tragheitseigenschaften, zu



~ 2 . 3

berechnen. Die Funktion, die hierfur systemintern genutzt wird, ist dieselbe, die dem

Anwender auch explizit unter den Analysefunktionen zur Verfugung steht.

Nachfolgend werden diese Eigenschaften den Korpern in der Simulationsdatei zu-

gewiesen. Damit wird jede sonstige evtl. bereits bestehende Material- oder Dichtein-

formation eines Korpers uberschrieben. Falls ein Kerper keine Material- oder Dich-

teinformation bekommt, so gilt nach Voreinstellung die Dichte von Stahl.

Jedoch ist es auch moglich und sinnvoll, die Materialinformation nicht erst in der

Simulationsdatei, sondern bereits im Einzelteil zuzuordnen. Dies hat den Vorteil,

dass die Information in jeder Baugruppe und jeder Simulationsdatei zur Verfugung

steht, in der dieses Teil eingebaut wird.

Wenn die Materialinformation nicht nur die Dichte, sondern auch beispielsweiseden Elastizitatsmodul und die Querkontraktionszahl enthalt, hat diese Methode

sogar den Vorteil, dass unterschiedliche Anwendungen wie Finite-Elemente-

Analyse und Mehrkorpersimulation gleichzeitig unterstutzt werden konnen.

Die Funktionalitat im NX-System zum Erzeugen und Manipulieren von Materialei-

genschaften ermoglicht die Auswahl von Materialien aus einer Bibliothek sowie die

Definition von eigenen Materialeigenschaften.

Urn in der Simulationsdatei ein selbst definiertes Material mit den Dichteeigenschaf-

ten von Gummi dem Reifen zuzuordnen, gehen Sie folgendermallen vor:

fr Wahlen Sie in der Meniileiste unter "Werkzeuge" (Tools) die Funktion "Materi-

aleigenschaften" ~ (Material Properties).

fr Im Feld "Name" tragen Sie den Materialnamen, beispielsweise "Gummi", einund unter .Dichte" (Density) den Wert 1.3e-006 Kg/mm'.

fr Bestatigen Sie mit "Apply". Das Material wird nun erzeugt,

fr Fur die Zuordnung selektieren Sie im Grafikfenster die Reifengeornetrie und

bestatigen mit "OK". Damit sind die Dichte und das Material zugeordnet.

Um fur die restlichen Teile die Eigenschaften von Stahl zuzuordnen (aus der Biblio-

thek), gehen Sie folgendermaflen vor:

fr Wahlen Sie in der Funktion .Materialeigenschaften" ~ die Funktion .Biblio-

thek" I~ (Library), und

fr bestatigen Sie im nachsten Menu die Suchkriterien so, wie sie voreingestellt

sind, d.h., die Kategorie ist auf "Meta lie" und der Typ auf .Jsotrop" eingestellt,

Die Masseneigenschafien

j ede s Bewegungskt irpe rs

b ere ch n e t d a s Syste m

u be r d ie z ug ew ie se ne

D ic hte u nd d as V olu men .

Das N X - System verfu gt

uber e in e B ib lio th ek v on

Standardmaterialen.

85======-



....._ 2

F alls k ein M a te ria l z ug e-

ordnet w ird, nim mt das

N X-S ys tem d ie D ic hte v on

S ta hl a n.

D ie D efin itio n v on B ew e-

q u nq s ko rp er n is t e in fa ch ,

wenn es sich u m V olu -

me nk or pe r h an de lt ,

d enen be re it s Ma te ri al ei -

g en sc h af ie n z ug eo rd ne t

w ord en s in d.

86

Moteri"ls

Li b",rv R efe re " c e

Name

Cale<,)ory

Type

METAL

11 l ran_GO METAL

•t4 Steel -Rol led METAL IS O

16 S /S t. el Pt H 5 - 5 METAL IS O

17 i \ [SL410_SS METi\L [50 ~r~~ ~ _ ~ - -~~ cancel I

Es folgt die Darstellung der gefundenen Treffer aus der Datenbank. Die Abbildung

zeigt die gefundenen Treffer der Standardbibliothek des NX-Systems.\ Selektieren Sie nun den gewunschten Materiaityp, in unserem Fall den Eintrag

"Stahl" (Steel), und

\ bestatigen Sie mit HOK" ,

1 ( Daraufhin wird das Material in den Materialeditor ubernornmen, und Sie ken-

nen es, wie vorher auch, allen restlichen Korpern zuordnen.

Dieser zweite Schritt des Zuordnens von Stahl ist aufgrund der generellen Vorein-

stellung fur Stahl nicht unbedingt erforderlich.

Die Materialdatenbank des NX-Systems kann auch angepasst und beispielsweise mit

zusatzlichen Materialien versehen werden. Dazu gibt es in der Installation des NX-

Systems eine Datei mit dem Namen "phys_material.dat", die alle Definitionen ent-

halt und die mit einem Texteditor bearbeitet werden kann. Die erforderliche Syntaxist in der Datei selbst beschrieben.

2.3.1.4 Definition der Bewequnqskorper (links)

Prinzipiell ware in diesem Beispiel lediglich ein Bewegungskorper (Link) fur das Rad

erforderlich. Die Umgebungsgeometrie bewegt sich nicht, daher brauchte fur sie

auch kein Bewegungskorper zu existieren. Jedoch braucht jeder Mechanismus min-

destens einen Bewegungskorper, der tiber ein Gelenk (Joint) mit der festen Umge-

bung verbunden ist, urn berechnet werden zu konnen. Nachdem das Rad frei im

Raum schweben soll und daher kein Gelenk bekommen wird, fehlt zunachst dieses

fixierende Gelenk zum Boden. Aus diesem Grund soll die Umgebungsgeometrie nun

doch als Bewegungskorper definiert und durch ein fixes Gelenk mit der festen Um-

gebung verbunden werden. Optional konnte auch an irgendeiner anderen Stelle einGelenk zum Boden zugefugt werden.

Gehen Sie fur die Definition des Bewegungskorpers fur das Rad folgendermaBen

vor:

1 ( Schalten Sie in die Anwendung .Kinematik".

\ Wahlen Sie die Funktion ZUlli Erzeugen von .Bewegungskorpern" < : : 0 (Link),



~ 2 . 3

~ stellen Sie den Filter auf .Komponente", und

~ selektieren Sie einen beliebtgen Korper, der zu dem Rad gehcrt,

~ Um nun die gesamte Baugruppe des Rades zu selektieren, wahlen Sie den

Schalter .Eine Stufe nach oben" (Up One Levell, Hiermit wird die nachsthohere

Baugruppe der Selektion zugefugt,

~ Bestatigen Sie mehrmals mit "OK", und der Be-

wegungskorper wird erzeugt,

Bemerken Sie, dass die Erstellung dieses Bewegungs-

korpers einige Zeit beanspruchen kann, wei! es sich

um kornplexe Geometric handelt und die Massenei-

genschaften daher entsprechend aufwandig zu be-rechnen sind.

1 U p O n e L ev el

I ~ ' = = = = : : : : ' = = = = = = = = ~ ;II?: R x th e L in k

I ~ N " m e ~ O ;

II~~~

~ Erzeugen Sie nun den .Bewegungskorper" " % (Link) fur die Umgebungsgeo-

metrie.

It Stell en Sie den Filter bei der Geometrieauswahl diesmal auf .Volumenkorper"

(Solid Body), und selektieren Sie die Umgebungsgeometrie.

It Um diesen Bewegungskorper sofort mit einem Festgelenk zu versehen, das ihn

mit dem Boden verbindet, aktivieren Sie im Menu den Schalter .Verbindung

korrigieren'" (Fix the Link).

It Bestatigen Sie mehrmals mit "OK", und der Bewegungskorper wird erzeugt,

Nun sind beide Bewegungskorper erzeugt, und es besteht ein Gelenk zur festen

Umgebung. Nach Belieben konnen Sie einen dynamischen Testlauf durchfiihren, bei

dem das Rad durch die Umgebungsgeornetrie hindurchfallen wird, well noch kein

Kontaktelernent definiert wurde. Dieses Koritaktelement wird in den belden nachfol-

genden Abschnitten diskutiert und durchgefuhrt,

2.3.1 ..5 Fu n kti on swe ise des 30- Kon ta kt

Mit Hilfe des Features 3D-Kontakt '.- kann das Kollisionsverhalten zweier Kerper

modelliert werden, Dieser Kontakt kann zwischen zwei bewegten oder auch zwi-

schen einem bewegten und einem unbewegten Umgebungskorper stattfinden.

Wenn ein 3D-Kontakt im Motion-Modell enthalten ist, muss das System die Bewe-

gung in viele kleine Teile unterteilen. Es werden dabei sogar tiber die vom Anwen-

der vorgegebene Zahl von Schritten noch weitere Unterteilungen vorgenornmen.Daher muss bei Vorhandensein eines 3D-Kontakts im Modell mit erheblich groBeren

Rechenzeiten gerechnet werden.

a lrrefuhrende llbersetzunq fur .Bewequnqskorper fixieren"

Ein Bewegungski: \rper

k an n g le ic h m it d er fe st en

Um qe bu nq ve rb un de n

w e r d e n .

D ie B eweg un g w ird in

kle ine Schri tte unterte il t




Die Kontaktruckstel lk raf te

w erd en u be r e in e n ic htli-

n ea re B ez ie hu ng b er ec h-

net.

Be i de r Kont ak tr echnung

kom mt es zu kleinen

U be rs ch ne id un ge n, w eil

d ie Bewegungskt irper

n ic ht fle xib el s in d.

===88=====-

Wahrend eines jeden Schritts mussen die beteiligten Flachenpaare bezuglich ihres

Kontaktverhaltens gepruft werden, Falls ern Kontaktflachenpaar dabei Durchdrin-

gung aufweist, berechnet das System sofort Kontaktruckstellkrafte SOWle weitere

Krafte, die fur das Reibverhalten verantwortlich sind. Beim nachsten Rechenschritt

sorgen diese Krafte dafur, dass die beiden beteiligten Kerper an weiterer Durchdrin-

gung gehindert werden sowie dass moglichst realistische Reibkrafte entstehen,

2 i l

weitere Optionen

Stiffness

Kontaktkorper 1 und 2

Kontaktsteifigkeit K

Name

1100000

i GOO l

Die grundlegende Gleichung zur Berechnung der Kontaktruckstellkrafte Fist:

r-.«.«Dabei ist K die .Steiflgkeit" (Stiffness), x die Durchdringung und e der Kraftexpo-

nent fur nichtlineare Kontaktsteifigkeit (Force Exponent). Der Steifigkeitswert und

Kraftexponent konnen vom Anwender geandert und so der Realitat angepasst wer-

den, jedoch existieren Voreinstellungen fur diese Parameter, die in vielen Fallen

zunachst einmal genutzt werden konnen. Urn realistischere Ergebnisse zu erhalten,

miissen diese Parameter beispielsweise durch Messungen an Versuchen abgeglichen

werden. ,-- .. .

, "I Teil 2 ', \

I I

\ 'I" . .'- . . . ... . _ _ "

,-- . ..

, "I ', \

I

,-- . .., "I ', \

I

I

\ 'I" /

. . . . . . . . . . _ . . . . . . . . . .iF I

Teil 1

Zu den Kontaktruckstellkraften kommen, urn das Kontaktverhalten noch realisti-

scher beschreiben zu konnen, Reibungs- sowie Dampfungskrafte hinzu, die nach-

folgend beschrieben werden.

2.3.1.6 Funktionsweise der Reibung am 3D-Kontakt

Bei der Reibung wird nach dem Coulomb'schen Modell vorgegangen, und es werden

Reibkrafte berechnet, die aus der Andruckkraft zwischen den beiden Bauteilen und



einem vom Anwender definierbaren Reibbeiwert p _ errnittelt werden, Die Reibbei-

w erte e rgeb en sich aus einem Beiwert fur Haftreibung und einem fur Glei t re ibung,

Entsprechend der Abbildung mussen daruber hinaus noch die zwei Geschwindigkei-

ten ,,5tatlsche Reibungsgeschwindigkeit" (5tiction Velocity) und .Reibungsge-

schwindigkeit" (Friction Velocity) angegeben werden, die vom System folgender-

maflen angewandt werden:

Coeffident

10nl,·1 Die ReibL ll1g wird nach

dem Cou lo rnb 's chen

1 0 . 3 -----I G e s etz berech n e t.

10.01

Die kleinere Geschwindigkeit muss die .Stiction Ve-

locity" sein, Diese giht an, bis zu welcher Geschwin-

digkeit der Haftkoeffizient gelten solI. Die groflere

Geschwindigkeit muss die "Friction Velocity" sein,

Diese gibt an, ab welcher Geschwindigkeit der Gleit-reibungskoeffizient gelten soli. Zwischen den heiden

Geschwindigkeitswerten bleibt ein Geschwindigkeits-

bereich, in dem der Reibbeiwert vom Haft- zum

Gleitbeiwert uherfuhrt wird.

Die beiden Geschwindigkeiten sollten nicht zu eng beieinander gewahlt werden,

wei! sonst, aufgrund von sehr abrupt aufgebrachten Kraften, das Konvergenzverhal-

ten der internen Berechnung gestort wird.

C ou lo mb F ri d lo n

stall c friction

SlJction Veioci ty

D y O i l m Ic friction

Coeffident 1 0.2Frictl on Velod ty 10.1 .....-I

Fur aile diese Reibparameter liegen Voreinstellungen vor, die in vielen Fallen zu-

nachst einmal genutzt werden konnen.

2.3.1.7 Funktionsweise der Dampfunq am 3D-Kontakt

Dampfungseigenschaften verringem die Geschwindigkeiten bei der Bewegung. Die

Dampfung kann vom Anwencer durch Angabe eines .Kraftmodell" (Force Modell)

definiert werden. Es stehen dabei die heiden Typen "Auswirkung" (Impact) und

"Poisson" ZUI Verfugung.

Fo m Model

I [0' Impact rPoisson

Restitution Coeffici.nt 1 0 .85

Fo rce ~ lode l

:r Im pact ... P oIs son I

F o r c :e c E x p o n e n t

Ma ter ia l Damping

IPene tr oUon Depth 10.01

Beim Typ "Auswirkung" (Impact) werden ein Dampfungswert "Material dampfen"

(Material Damping) und eine .Eindringtiefe" (Penetration Depth) angegeben , Der

Dampfungswert wird bei einem Eindringen nicht sofort Vall aufgebracht, sondemsanft ansteigend, so dass er erst bei der vorgegebenen .Eindringtiefe" auf seinen

vollen Wert angestiegen ist. Diese Methode wird angewandt, damit moglichst keine

abrupten Krafte aufgebracht werden, die das Konvergenzverhalten der internen

B ere ch nu ng sto re n w urd en .

Der zweite Dampfungstyp "Poisson" arbeitet auf Basis eines vorzugebenden "Resti-

tution Koeffizienten". Dieser Parameter stellt den Energieverlust dar, der beim Kon-

FOrdie BerUcksichtigung

VOI1 D ampful1 g gib t es

zwe i verschi edene Mode l-

I e .




Voreinste II u n g en s te u ern

das numerische losunqs-

v e r fa h re n d e s Solvers.

takt auftritt. Ein Wert von null wurde bedeuten, dass alle Energie verloren geht, es

wurde also kein Zuruckspringen erfolgen. Ein Wert von eins bedeutet keinen Ener-

gieverlust, also vollkommen elastisches Verhalten beim StoI3. Im Fall des Poisson-

Modells spielt daher auch der Kraftexponent fur nichtlineare Kontaktsteifigkeit e

keine Rolle.

2.3.1.8 Voreinstellungen fur Kontakte und Genauigkeit

Unter den Voreinstellungen fur Kinematik (preferences, Motion) gibt es einige Pa-

rameter, an hand der die Berechnung von 3D- oder 2D-Kontakten beeinflusst wer-

den kann. Diese Einstellungen wirken sich stark auf die Leistungsfahigkeit bei der

Berechnung von Kontakten aus, jedoch sind sie auch fur aile sonstigen Bewegungs-analysen von Interesse.

"Maxim ale Schrittweite" (Maximum Step Size): ADAMS I nt "!l ra to r P ar am et er s,---,,.......,.,~

Dieser Wert kontrolliert das Schrittinkrement bei Maximum step Site o. 001 0

M axirnurn S ol ve r E rr order numerischen Losung der Differentialglei-

chungen durch den Solver. Der voreingestellte

Wert von 0,001 zwingt den Solver, keine gr613e-

ren Schritte zuzulassen. Falls es bei der Berech-

nung des Modells zu .Sclver-Lock-Up"-

Fehlermeldungen komrnt, so kann dies die Folge

von abrupt auftretenden Kraften sein, wie sie

beispielsweise bei Kontakten vorkommen kon-

nen. In diesem Fall wird empfohlen den Parame-

ter "Maximum Step Size" zu reduzieren, damit

feinere Inkremente gerechnet werden, was jedoch

fuhrt.

"Maximala Solvcr-Fehlcr' (Maximum Solver Error): Dieser Toleranzwert, der

die Genauigkeit der berechneten Wege kontrolliert, kann verkleinert werden,

urn eine genauere Losung zu erhalten, wobei wieder mit einem Anstieg der Re-

chenzeit gerechnet werden muss.

,,3D-Kontaktmethode" (3D-Contactmethod): Hier kann eingestellt werden, ob

die Kontaktprufung anhand der aktuellen Geometriebeschreibung "Precise" oder

einer vereinfachten Darstellung .Facettet" durchgefuhrt werden soll. Die verein-

fachte Methode arbeitet wesentlich schneller. Dabei kann der Grad der Verein-

fachung tiber den Schieber .Facettierte Kontakttoleranz" eingestellt werden.

Maximu m ! terMlons

Mo·x imIIm 5 0 1 v e r It.r "~ o ns

.------::5:70i nemot k An a ly s is

S t ot ic A no ly s is 50

3D Contac t Method

F a .c e te d C o nt ac t T o le re n ce

30

Fast Accurate

zu h6heren Rechenzeiten

2.3.1.9 Erzeugung eines 3D-Kontakts

Ein 3D-Kontakt wird jeweils zwischen zwei Volumenkorpern definiert. Falls an

mehreren Volumenkorpern mit Kontakt gerechnet werden soll, so sind entsprechend

mehrere 3D-Kontaktelemente in das Modell einzufugen. Dabei ist zu bedenken, dass

jeder zusatzliche 3D-Kontakt die Rechendauer erheblich vergr6I3ert. Auch sollte



berucksichtigt werden, dass Kontaktelemente zwischen sehr komplexen Geometrien

ebenfalls zu erheblichen Rechenverzogerungen fuhren.

Im Fall unseres Beispiels soll an zwei Stellen der Kontakt berucksichtigt werden:

Einerseits zwischen dem Reifen und der Umgebungsgeometrie und andererseits

zwischen dem Bremskorper und der Umgebungsgeometrie. Es sollen dabei, der Ein-

fachheit halber, alle Voreinstellungen des Systems akzeptiert werden. Gehen Sie fur

die Erzeugung des ersten 3D-Kontakts folgendermaben vor:

It Rufen Sie die Funktion ";! auf, und

It selektieren Sie den Volumenkorper des Reifens.

1; Schalten Sie dann im Menu des 3D-Kontakts auf den zweiten Selektionsschritt,

und selektieren Sie den Volumenk6rper der Umgebungsgeometrie.

It Bestatigen Sie mit "or, und das Kontaktelement wird erzeugt,

Sie finden das Kontaktelement im Bewegungsnavigator unter der

Gruppe "Force Objects". Hier konnen Sie das Element bei Bedarf

manipul ieren,

1; Auf entsprechende Weise erzeugen Sie das Kontaktelement zwischen dern

Bremskorper und der Umgebungsgeometrie.

$-"", Fo rce Ob je ct s

i 'O l ' . aGOOt

i - . , - < 1 G002

2.3.1.10 Animation der Ergebnisse

1; Nach Belieben konnen Sie nun die Berechnung der Ergebnisse mit der Funktion

"Animation" Ii! durchfiihren.I r Verwenden Sie dazu eine moglichst realistische Simulationszeit von beispiels-

weise funf Sekunden und eine Schrittanzahl von beispielsweise 300.

Bedenken Sie, dass die Berechnung, je nach Konfiguration der Hardware, einige

Minuten in Anspruch nehmen kann.

2.3.1.11 Erzeugung einer 8ewegungsspur

Urn eine Spur der Bewegung zu erzeugen, ist es beispielsweise sinnvoll, einen Punkt

in der Mitte des Rades wahrend der Bewegung aufzuzeichnen. ledoch ware es auf

entsprechende Weise ebenfalls moglich, einen ganzen Volumenkorper oder eine

sonstige Geometrie aufzuzeichnen. Nachfolgend soll ein Punkt in der Radmitte

erzeugt werden, der zunachst dem Bewegungskorper des Rades zugeordnet wird,

damit er sich mit dem Rad mitbewegt. Daraufhin wird der Punkt als Zeichenobjekt

definiert und in der Animation aufgezeichnet. Gehen Sie fur diese Methode folgen-

dermaBen vor:

I r Erzeugen Sie einen gewohnlichen Punkt etwa in der Mitte des Rades anhand

der Funktion der Menuleiste .Einfugen, Bezugspunkt, Punkt..." (Insert, Da-

tum/Point, Point...) +- J .

D er 3 D-K on tak t w ird

z wis ch en z we i V olu me n-

k o rpe rn de fi ni er t

D ie B ere ch nu ng d er

S im ulation kann bei

K on ta kte n e rh eb l ic h

la nq e r d au er n.




E in O bje kt f ur d ie Auf-

zeichnung w ird im N av i-

gator anqeze lq t

===,9z=====-

Fugen Sie nun den neuen Punkt dem Bewegungskorper des Rades zu:

I; Selekt ieren Sie den Bewegungsko rpe r im Bewegungsnavigator , und wahlen Sie

im Kontextmenu die Funktion .Bearbeiten" (Edit),

I; Im e rs ch e in e n de n Erzeugungsdialog wahlen Sie den ersten Selektionsschritt, der

fur die Geometrieauswahl verantwortlich war, und selektieren den Punkt.

I; Bes ta t igen Sie mit HOK " , und der Punkt wird zugefugt .

I; Wahlen Sie dann die Funktion .Zeichne" : % ; ; (Trace) unter der Funktionsgruppe

fur geornetrische Berechnungen,

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I; Selektieren Sie nun den neu erstellten Punkt, und

ft bestatigen Sie das Menu mit "OK".

Es wird ein Trace-Objekt in den Bewegungsnavigator eingefugt,

ft Rufen Sie nun die Animationsfunktion ~ auf, urn eine Bewegung durchzufuh-

reno

p.,oo.gi ng Opti on 5

! : M c a f J , _ W

P'Trace

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r! 1 . l $ on 1 : : v a i ' 1 ;

Unter den erweiterten Optionen des Mentis der

Animation find en Sie nun unter der Gruppe "Op-

tionen fur geom. Berechnung" (Packaging Opti-

ons) den Schalter zum Aktivieren des Trace-

Objekts. Diesen schalten Sie ein.

Nun lassen Sie mit der Funktion "Spiel" ~ 1 (Play) die Bewegung durchlaufen.

Es wird bei jedem Bewegungsschritt einmal der Punkt aufgezeichnet, und daher

ergibt stch die gewtinschte Spur.

simulation en mit unigraphics nx 4 - kinematik fem und cfd - motion-simulation mks

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