Dynamická simulace Inventoru – síla

V dnešním pokračování seriálu o dynamické simulaci v Inventoru si ukážeme některé možnosti vložení a nastavení vnějšího silového působení na mechanismus. Jako výsledek tohoto silového působení je pohyb mechanismu. Výsledky lze v dynamické simulaci přehledně vynášet do grafů, což je popsáno v druhé části článku.

Jako příklad je zvolena sestava, na které byl v minulém díle vytvořen rotační spoj (obr.1). Jediná možnost silového působení je tedy roztočení čepu v díře.

 

Obr. 1 – ukázková sestava z minulého dílu

Jako první krok si tedy zkusíme vložit sílu, která bude působit tečně na obvodovou část čepu a tím umožní vytvoření rotačního pohybu. Příkaz síla nalezneme na panelu nástrojů (panel nástrojů->dynamická simulace->zatížení->síla) (obr. 2)

Obr. 2 – umístění příkazu síla na panelu nástrojů

Působiště síly vybereme například v bodě na hraně hlavy čepu (obr. 3). Jako druhý vstupní údaj vybereme směr síly. Zde si lze dopomoci jakoukoliv hranou geometrie, která odpovídá žádanému směru (například dle obr.3).

Pozn.: V rámci dynamické simulace jsou všechna tělesa uvažována jako absolutně tuhá. Pro uživatele to znamená, že nemusí přemýšlet o tom, jestli zadá sílu do bodu, na hranu či plochu, jako je tomu u pevnostní analýzy. Silové působení je rozloženo na celou součást.

Do dialogu velikost se pak vloží požadovaná velikost síly v Newtonech (případně v kN, mN apod., kdy už se musí ale dopsat zkratka jednotky). Dvě různé možnosti orientace síly v pravé dolní části okna vysvětlíme později při vyhodnocování výsledků.

 

Obr. 3 – ukázka zadání síly

V této chvíli je síla zadána a lze spustit simulaci kliknutím na tlačítko se sipkou doprava v okně přehrávače simulace.

 

Obr. 4 – spuštění simulace

Čas simulace je nastaven na jednu sekundu (hodnota 1,000s v pravé části dialogu). Během přehrávání může být čas výrazně delší v závislosti na výkonu PC. Inventor totiž v reálném čase počítá účinky na mechanismus a přehrává je. Pokud počítač výpočetně nestíhá 1:1 k času simulace, tak se simulace zpomalí.

Výsledný rotační pohyb čepu lze vykreslit v okně grafů. Tato funkce je k dispozici z panelu nástrojů. (panel nástrojů->Dynamická simulace->Výsledky->Okno grafů) (obr. 5).

 

Obr. 5 – poloha příkazu okno grafů na panelu nástrojů

Okno grafů (obr. 6) je hlavní nástroj pro sledování výstupních údajů v prostředí dynamické simulace. Lze v něm, sledovat všechny vypočtené veličiny a různě je zpracovávat.

 

Obr. 6 – ukázka vykreslení výsledků v okně grafů

Zobrazená veličina se vybírá v levé části okna, kde je k dispozici strom, který přehledně zobrazuje zejména spoje. U konkrétního spoje lze rozbalit konkrétní kinematické a dynamické veličiny (poloha, rychlost, zrychlení, sila, moment). Pro každou z nich je k dispozici zatržítko, jímž vložíme výslednou velikost či její složky do vykreslovacího okna napravo.

Veličin může být vloženo více, nicméně se stejným měřítkem svislé osy. Pokud vykreslíme zrychlení, jež dosahuje tisícových hodnot souběžně s rychlostí, která je třeba v jednotkách, tak se bude rychlost jevit jako konstantní.  Přestože tomu tak nemusí být. Toto je potřeba si uvědomovat.

Jednotky, které jsou použity pro vykreslení, se odvozují ze základního nastavení dokumentu Inventoru. Pro metrický systém ve strojírenství se nejčastěji využívají následující základní a odvozené jednotky. Kromě milimetrů se jedná o systém SI.

Vzdálenost – milimetr (mm)

Úhel – stupeň (deg)

Hmotnost – kilogram (kg)

Čas – sekunda (s)

Síla (N)

Moment (Nmm)

Tlak (MPa)

Zejména u momentu občas dochází ke zmatení. Jednotka využitá pro vykreslení se ovšem vždy zobrazí nad sloupcem hodnot v pravé horní části okna. Je tedy možnost ji zkontrolovat či zjistit. (obr. 7).

 

Obr. 7 – zobrazení vykreslené jednotky

Ve sloupcích pod zvýrazněnou hlavičkou jsou pak hodnoty veličiny pro konkrétní časové kroky simulace. Tuto vlastnost si ovšem rozebereme v některém z dalších článků.

Nastavení směru síly

V uvedeném příkladu jde vidět oscilace úhlového natočení čepu zhruba o třetinu otáčky (obr. 6). Lidově řečeno se čep otáčí stále tam a zpět. Je to dáno tím, že síla má stále stejnou orientaci vůči souřadnému systému. Po pootočení čepu tedy dojde postupně k brzdění pohybu a jeho reverzaci. Pokud bychom chtěli čep roztočit (síla neustále tečná vůči obvodu čepu), je zapotřebí upravit její nastavení.

Jako první krok se musíme vrátit do konstrukčního režimu (obr. 8) pomocí tlačítka v přehrávači simulace.

 

Obr. 8 – návrat do konstrukčního režimu

Poté spustíme editaci zadané síly ze stromu prohlížeče pomocí kontextové nabídky (Obr. 9).

 

Obr. 9 – editace síly ze stromu prohlížeče

V otevřeném okně přepneme možnost pevného směru zatížení (nalevo) na asociativní (napravo). Tzn. že síla bude měnit směr působení podle natočení součásti, na kterou působí – efekt, který jsme vyžadovali. (Obr. 10)

 

Obr. 10 – změna pevného směru na asociativní

Výsledkem této modifikace by nyní měla být změna pohybu čepu. Nyní nebude oscilovat kolem jedné úhlové polohy, ale bude rovnoměrně zrychlovat. Předpoklad lze ověřit v okně grafů (Obr. 11)

 

Obr. 11 – efekt změny směru působící síly na asociativní

Výsledek je přesně v souladu s druhým Newtonovým pohybovým zákonem pro pohyb bez uvažovaného tření – Jestliže na těleso působí síla, pak se těleso pohybuje se zrychlením, které je přímo úměrné působící síle a nepřímo úměrné hmotnosti tělesa. Zde je sice uvažováno úhlové zrychlení, nicméně princip je stejný. Toto zrychlení si můžeme i vykreslit a zkontrolovat, jestli je opravdu konstantní (Obr. 12).

 

Obr. 12 – konstantní úhlové zrychlení odpovídající působení síly