Hledáme zajímavé projekty – navrhujeme axiální pístový hydromotor

Další z témat pro řešení projektu pomocí možností funkčního navrhování v aplikaci Autodesk Inventor je řešení vysokotlakového axiálního pístového hydromotoru. Toto téma je pro svou poměrně složitou mechanickou funkčnost ideální případem pro aplikaci metodiky tvorby podsestav s poměrně komplikovaným vazebním provázáním jednotlivých dílů.

Axiální pístový hydromotor pohání například točnu tohoto jeřábu

Axiální pístové hydromotory jsou hydrostatické převodníky. Mají konstantní geometrický objem a jsou určeny pro hydrostatické soustavy mobilních i stacionárních strojů a zařízení. Mohou pracovat v otevřených i uzavřených hydraulických obvodech. Pracují v obou směrech otáčení. Typické uspořádání hydromotoru můžete vidět na následujícím obrázku. Pro své parametry jsou často využívány také v mobilních strojích, kde tvoří tyto konstrukční prvky jeden ze základů hydraulické soustavy. Může se jednat například o manipulační zařízení, případně stroje pro pozemní práce.

Skica funkčnosti axiálního pístového hydromotoru

Návrh pístového hydromotoru je ze své podstaty poměrně složitým konstrukčním problémem. Princip činnosti hydromotoru vychází z několika součástí, které se pohybují složeným rotačním a translačním pohybem. Představit si tento problém v podobě tradičního 2D návrhu není nijak snadné. Koncepce řešení se skládá z poměrně časově náročného návrhu mechaniky pístového hydromotoru, která je dvěma nakloněnými oběžnými koly s integrovanou sadou pístů. Převod lineárního pohybu na rotační je při tom zajišťován řízeným tokem hydraulického média.

Tradiční konstrukční řešení pístového hydromotoru v AutoCADu

Z uvedených náčrtů a schémat je jasné, že primární odhalení funkčnosti zařízení a jednotlivých poloh mechanismu bude v prostředí 2D návrhu poměrně složitým problémem. Proto jsme vyzkoušeli celý problém vytvořit jako sestavu v Autodesk Inventoru. Původně byl tento model určen pouze pro simulaci a demonstraci mechanismu hydromotoru, ale v závěru byl dopracován až do podoby finálního výrobku a využit pro demonstraci integrace jednotlivých činností v procesu PLM s integrovanou správou dat PDM pomocí Autodesk Vaul.

Sestava pístu s ojnicí a kulovým čepem je nutné vytvořit jako podsestavu

Sestava je opravdovým „vazebním“ oříškem. Vytvořit pohyblivou, ale současně plně vazebnou sestavu jednotlivých součástí je poměrně složitý problém. I zde se potvrdilo pravidlo, že není v žádném 3D systému vhodné nikdy vkládat chaoticky jednotlivé komponenty sestavy jak leží ve složce projektu. Vždy je v úvodu projektu vhodné vytvořit alespoň částečnou strategii rozložení součástí a jejich případné rozdělení do podsestav. V našem případě je složení z podsestav prakticky jediná možná cesta pro vytvoření funkčního celku bez hrozících kolizí vazeb.

Finální mechanika hydromotoru složená z dílů a podsestav

Prakticky jedinou možností jak objektivně vytvořit odpovídající vazební podmínky v sestavě je ukotvení kulových částí čepů vazbou bod na bod. V našem konkrétním případě se jedná o vazbu střed kulového čepu na střed kulové dutiny bronzového pouzdra. S touto úlohou se nesetkáváme ve strojírenství tak často a proto může být zdrojem výrazných problémů a tápání.

Použití normalizovaných dílů v sestavě

Již ve fázi návrhu nového výrobku musí konstruktér počítat s výrazným podílem nakupovaných a normalizovaných dílů. Unifikace je vidět prakticky všude. I naše ukázka je dokladem toho, že ne všechny součásti bude primární výrobce produkovat a vyrábět. Proto jsou v sestavě využity jak běžně dostupné strojí součásti v knihovně Autodesk Inventoru, tak součásti stažené z internetových databází.

Určitou překážkou jsou především vzájemně nekompatibilní formáty dat používané v jednotlivých aplikacích. Tento problém je nejvýraznější především v 3D parametrickém modelování, kdy je součást popsána objektovým stromem. Pokud ovšem nevadí „mrtvá geometrie“ součástí, není nutné se tomuto problému bránit. Jinak je nutné atypické komponenty, například těsnění vymodelovat.

Mechanika hydromotoru osazená normalizovanými součástmi

Při návrhu součástí můžete s výhodou využívat všech dosažitelných funkcí v Autodesk Inventoru. Práce je výrazně ulehčena možností využívat centrálně šířené knihovny normalizovaných prvků. Je zbytečné modelovat tyto díly a utrácet tím drahocenný čas využitelný například pro ukázky použití FEM analýz nebo různých CAE nástrojů. Je ovšem nutné zdůraznit výraznou citlivost těchto nástrojů na správné zadání vstupních podmínek. Doporučuji proto výpočty kombinovat s klasickými postupy mechaniky těles.

Využití FEM analýzy v Autodesk Inventoru pro kontrolu namáhání součásti

Autodesk Inventor poskytuje v současné době velmi detailní integraci do řešení tvorby digitálních prototypů v oblasti správy životního cyklu výrobku. Buď přímo svými moduly, nebo prostřednictvím integrovaných aplikací vývojových partnerů společnosti Autodesk, stále víc rozšiřuje portfolio dodávaných řešení.

Stále více podstatnou je například návaznost geometrie modelu na CAM řešení. Právě u těchto typů výrobků je použití přesných obráběcích operací nezbytnou nutností a součástí jejich výroby. Realizační kolečko může výt uzavřeno vytvořením požadavků zákazníka na změny konstrukce výrobku a jejich zanesením do inovačního cyklu.

Začlenění digitálního prototypu vytvořeného v Auotdek Inventoru do procesu PLM