Vytváříme kardany v Autodesk Inventoru

V nedávné době jsem se setkal s velmi zajímavou úlohou řešení kardanu pomocí 3D digitálního prototypu pro vlečný návěs zemědělského stroje. Jedná se o úkol, jehož řešení vyžaduje určité zkušenosti s tvorbou sestav a především s přiřazováním prostorových 3D vazeb.

Kardan je rotačním konstrukčním uzlem zařízení, který je určen pro přenos kroutícího momentu mezi vzájemně různoběžnými případně mimoběžnými hřídeli. Jedná se z hlediska provedení nejčastěji o nakupovanou strojní součást ve formě subdodávek, ke které nejsou příliš dostupné parametrické 3D modely.

V Autodesk Inventoru je tedy často nutné při řešení projektu kardan řešit jako podsestavu, případně jako generovanou sestavu iSoučástí. Z takto připravené podsestavy je možné vždy vytvořit určitý ekvivalent, který lze aplikovat i v jiných projektech. Doporučuji proto předem zcela jednoznačně stanovit v jaké podobě a s jakými popisy součástí budou finální data kardanu uložena v datových úložištích pro zajištění jejich pozdější dostupnosti.

Jak navrhujeme kardan

Pro ukázku jsem zvolil jednu z nejpoužívanějších koncepcí kardanu, která je používána především pro přenos velkých kroutících momentů v dopravních strojích a zařízeních. Koncepce kardanu vychází z několika referenčních součástí, které lze v případě Autodesk Inventoru využít několikrát po případné triviálních modifikacích.

Základní kámen kardanu s kalenými čepy

Základem kardanu je kámen nesoucí ve většině případů kalené čepy. Tyto čepy jsou nejčastěji zalisovány do základního tělesa při finální montáži kardanu. V drtivé většině případů se pro tyto účely využívá povrchově kalených os s vysokou dynamickou únosností. Konstrukční provedení této součásti z hlediska Autodesk Inventoru je z hlediska modelování snadné. Můžeme vytvořit celý prvek jako jedinou kompaktní součást, případně jako podsestavu.

Velmi důležitou součástí kardanu jsou unášecí vidlice, které tvoří základní funkční celek přenášející kroutící moment. Provedení této konstrukční části se u jednotlivých typů kardanů liší, ale ve většině případů vystačíme s jednoduchou rotační součástí, která má správně provedena vybrání. Tvar vlastního vybrání musíme často později optimalizovat v závislosti na požadavcích vychýlení kardanu.

Základní koncepce vidlice přenášející kroutící moment

Při konstrukci vidlice je nutné důrazně dbát na její umístění do souřadného systému s definicí pomocných konstrukčních prvků, kterými jsou dvě osy a jedna pracovní rovina, která umožní následně v sestavě snadnou tvorbu vazeb jednotlivých součástí vůči sobě. V otvorech pro čepy je navíc u řady kardanů vloženo bronzové ložiskové pouzdro. Toto pouzdro můžeme vytvořit jako samostatnou součást, v případě zjednodušení stačí pouze simulace materiálu.

Materiálové zjednodušení bronzového kluzného ložiska

Velmi citlivou fází správného provedení kardanu je jeho složení do sestavy. Je možné využít buď sestavy složené ze dvou podsestav, nebo jediné. Pro správný pohyb kardanu musí být správně fixovány pomocí 3D vazeb pohyby jednotlivých součástí. V našem případě jsou dobrým pomocníkem především předem vytvořené pracovní prvky. Již v této fázi můžeme optimalizovat pomocí kontroly kolizí finální tvar vybrání. Vše je dáno předpokládaným vyosením a vzájemnými úhly vidlic.

Fixace vazeb pomocí pracovních prvků

Druhá část kardanu je prakticky modifikovaným ekvivalentem. Lze ji řešit jednoduchou úpravou součástí. Rozhodující slovo v této oblasti hraje především princip přenosu kroutícího momentu s možností případné dilatace pomocí šesti až osmi hranu, případně pomocí drážkovaných hřídelů s odpovídajícími pouzdry.

Finální provedení kardanu

Související články: