Jestem nowy w inżynierii mechanicznej, chociaż mam wykształcenie naukowe (podyplomowe z matematyki), i (głównie) zarabiam na życie.

Mam pomysł na stworzenie urządzenia mechanicznego; Przewiduję, że będzie to wymagało przekładni, połączeń i siłowników.

Mam przybliżony pomysł, gdzie wszystko będzie pasować, ale chciałbym móc przetestować i dostosować projekt w oprogramowaniu przed zbudowaniem rzeczywistego urządzenia. Dla wyjaśnienia, kiedy mówię „test”, mam na myśli widok poprzez animację, na przykład, czy dwa elementy zderzą się w ruchu, lub czy między nimi jest wystarczająca swoboda ruchu.

To pozwala mi wykonać testy projektowe i symulacyjne części, zanim sfinalizuję projekt, a następnie zbuduję system fizyczny z projektu.

Etapy to:

1. Zbuduj projekt 3D w oprogramowaniu
2. Uruchom symulację, aby zobaczyć, czy to „działa”, jeśli nie, popraw projekt i powtórz
3. Zbuduj system fizyczny z projektu, który „działa”

Doszedłem do wniosku, że system składa się z trzech współpracujących ze sobą podsystemów.

Chciałbym więc zaprojektować i przetestować każdy podskładnik przed zintegrowaniem go z całym systemem.

Moje pytanie brzmi zatem:

• Czy w ten sposób odbywa się projektowanie w prawdziwym świecie?
• Jakie są zalety i wady zaplanowanego przeze mnie programu?

Mam zamiar użyć FreeCAD do zaprojektowania i przetestowania.

Odpowiedź: Tak , dokładnie tak się dzieje w prawdziwym świecie. Opisałeś to, co robię w swojej pracy, aby sprawdzić systemy w CAD.

Ponieważ powiedziałeś, że chcesz, abym przeszedł przez proces projektowania, szczegółowo opisałem to poniżej. Zauważ, że większość tego nie obejmuje CAD. CAD jest nieoceniony, ale tylko wtedy, gdy jesteś przygotowany, aby najpierw wyciągnąć ołówek i papier. Zauważ też, że to tylko mój proces projektowania, nie jest to w żadnym wypadku jedyny sposób na załatwienie sprawy.

Przygotowanie

Kiedy zaczynam projekt, zaczynam od ustalenia ogólnych parametrów, takich jak przestrzeń, w której musi się zmieścić, z czym musi się połączyć, jakie będą dane wejściowe i wyjściowe. Powiedzmy (dla konkretnego przykładu), że tworzę maszynę, która pobiera długą rurkę i tnie ją na określone odcinki. Moim pierwszym krokiem byłoby określenie rozmiaru i materiału rury, którą chcę wprowadzić, na jakie długości maszyna powinna przeciąć rurę, jaką metodę zastosuję do cięcia rury i ile miejsca mam na hala dla wspomnianej maszyny.

Następnie przystąpiłbym do szkicowania tego, co myślę. W przykładzie obcinarki do rur może to być tak proste, jak pudełko oznaczone „obcinarka” i linia oznaczona średnicą i długością ciężaru rury.

Następnym krokiem jest zrobienie matematyki, aby dowiedzieć się, jakie siły, prędkości itp. Będą wymagane. Ponieważ powiedziałeś, że pochodzisz z matematyki, nie będę się nad tym zbytnio zastanawiał.

Zwykle robię tutaj kolejny szkic, ale teraz mam wrażenie, jak duże będą moje komponenty, ponieważ znam siły.

Po zakończeniu matematyki szukam części komercyjnych, które spełniają moje potrzeby i (jeśli to możliwe) pobieram pliki CAD lub rysunki mechaniczne dla tych części.

Kiedy będę mieć części komercyjne, zrobię kolejny szkic, tym razem pokazując względne położenie moich części komercyjnych z oznaczonymi ich interfejsami, aby wiedzieć, jaką konstrukcję nośną muszę zbudować.

modelowanie 3d

W tym momencie wreszcie wybrałem pakiet CAD. Zaczynam od tworzenia modeli 3D dowolnych części komercyjnych, które nie mają modeli 3D dostępnych online, a następnie przechodzę do części konstrukcji wsporczej i na koniec kompletuję wszystkie części w zespół.

Oto część, która prawdopodobnie Cię bardzo ciekawi, jeśli nigdy wcześniej nie korzystałeś z CAD.

W 3D CAD powinieneś narysować każdą część (zwykle albo coś, co przychodzi jako część komercyjna lub jest wykonana z jednego kawałka materiału we własnym pliku części. Gdy już masz pliki części, możesz utworzyć coś, co nazywa się zespołem. Zespół pozwala wybrać kilka plików części i zdefiniować powiązania między nimi. Programy CAD nie mają poczucia „kolizji”, więc musisz powiedzieć programowi, które ściany są wyrównane z innymi ścianami, jaka jest odległość między nimi itp. Każda część zaczyna się z sześcioma stopniami swobody, a każde ograniczenie zmniejsza stopień swobody o pewną wartość. Określenie dwóch ścian równoległych usuwa jeden stopień swobody, wiązanie (dwie powierzchnie są zbieżne) usuwa dwa lub trzy itd.

FreeCad

Nie korzystałem z FreeCad, więc nie mogę komentować, jakie będą zalety i wady, ale zgaduję, że: plusy będą takie, że są bezpłatne, a zobaczysz, jakie wymiary działają, a co nie. , wadą będzie to, że oprogramowanie komercyjne byłoby łatwiejsze w użyciu.

CAD jest niezbędny do określenia interferencji geometrycznej i specjalnego projektu. Jeśli w pakiecie CAD zastosowano elementy skończone, dane można wykorzystać do obliczeń naprężeń i odkształceń (określenie, czy system wytrzyma obciążenia). Może to się skomplikować, ponieważ jeśli system ma być dynamiczny, występują obciążenia statyczne i obciążenia dynamiczne. Obciążenia dynamiczne należy obliczać, gdy model poddawany jest różnym obciążeniom.

Oprócz wytrzymałości mechanicznej istnieją inne parametry, które należy określić za pomocą symulacji. Załóżmy, że projektujesz system zawieszenia. Stałą sprężyny sprężyny i stałą tłumienia amortyzatora należy wybrać za pomocą symulacji. Symulację matematyczną można opracować za pomocą Simulink lub kodując ją w języku komputerowym. Korzystając z oczekiwanych profili sił i warunków badania, parametry można określić za pomocą symulacji.

Pracuję dla firmy inżynierii mechanicznej o fortunie 500.

Proces opracowywania produktu w układzie mechanicznym obejmuje zasadniczo:

Zakładam, że masz pełną specyfikację sił, temperatur, ciśnień itp. I możesz od razu rozpocząć projektowanie. Pierwszą rzeczą jest rozpoczęcie generowania koncepcji projektowych, które mogą, ale nie muszą spełniać specyfikacji. Jest to kombinacja wyboru geometrii, która spełni zadanie, materiału, który umożliwi łatwość produkcji i wydajność we wszystkich warunkach pracy, z właściwymi właściwościami integralności strukturalnej, które będą trwać przez określony okres projektowy.

Ten projekt został ukończony w pakiecie CAD, w którym modelowane są komponenty bryłowe.

Stamtąd można tworzyć zespoły i rysunki produkcyjne, ale najpierw musimy zweryfikować nasz projekt z pewną analizą. Może to być podstawowa matematyka i fizyka w celu pokazania, że ​​wymiary będą działać w obrębie obwiedni projektu, podstawowej kinematyki i kinetyki lub bilansów masy dla projektu przetwarzającego na przykład płyn.

Dokładniejsza analiza wymaga użycia zaawansowanych metod zaimplementowanych w oprogramowaniu znanym jako CAE (inżynieria wspomagana komputerowo) lub ALD (projektowanie oparte na analizie)

Do badania naprężeń i odkształceń, temperatur i do pewnego stopnia płynów stosuje się metodę elementów skończonych do obliczania lokalnych właściwości w oparciu o model siatkowy i niektóre warunki brzegowe.

Do badania interakcji płynu z geometrią i patrzenia na ciśnienia, temperatury oraz inne właściwości płynu i termiczne stosuje się obliczeniową dynamikę płynu. Najczęściej jest to implementacja metody skończonej objętości.

Nawiązałeś do symulacji i iteracji. Zasadniczo tak przebiega ten proces. Jednak stosowane są metody zweryfikowane statystycznie, wykorzystujące teorię projektowania eksperymentów, do uzyskania zoptymalizowanych konfiguracji projektowych.

Nie jestem pewien, jak sobie poradziłeś, ale jestem na tej samej łodzi i zostałem zakłopotany ...

„będzie to wymagało przekładni, połączeń i siłowników”. Uważam, że jest to bardzo trudne dla hobbysty. Ten poziom modelowania wymaga profesjonalnego oprogramowania do projektowania kosztującego $$$$. Jeśli możesz to osiągnąć, wszystko jest dobrze po tym, jak zaangażujesz się w myślenie o modelowaniu 3D. To nie jest jak rysowanie 2D.

W szczególności testowałem FreeCAD 0.16 (obecna stabilna wersja [?]) I byłem rozczarowany. To nie jest jeszcze w użytecznym momencie. Myślę, że może nigdy nie osiągnąć użyteczności, ponieważ wiele pakietów typu open source tego nie robi, takich jak 2D LibreCAD. Nie może też poradzić sobie z więcej niż jedną częścią, więc może jedynie próbować modelować link, a nie powiązania.

Ponieważ jesteś naukowo powiązany, czy mogę zasugerować uzyskanie licencji studenckiej / akademickiej na coś takiego jak SolidWorks lub SolidEdge. Może być też Fusion 360. Działają dobrze i są odpowiedniej wysokości dla połączeń i tym podobne. Pozwalają również modelować zakres ruchu. Niestety dla mnie jako użytkownika Linuksa nie ma obecnie żadnych darmowych pakietów do modelowania 3D.

Jestem nowy w inżynierii mechanicznej, chociaż mam wykształcenie naukowe (podyplomowe z matematyki), i (głównie) zarabiam na życie.

Moim spostrzeżeniem jest, że istnieje wiele analogów między sposobem projektowania, testowania, kodowania (heh, w tej kolejności) i dystrybucji oprogramowania, a tym, jak modele mechaniczne są opisane w CAD. Być może dzieje się tak, ponieważ większość tego, co robię, to modelowanie parametryczne, np. Opisywanie w komputerze przepisu na to, jak stworzyć model z parametrów, które można następnie przetestować.

Na pewno brzmi, jakbyś był na dobrej drodze.

Podobnie jak w przypadku narzędzi programowych, musisz dobrze wybierać i znać swoje narzędzia, aby z nimi pracować, a nie przeciwko nim.

Uwaga dotycząca meta: to pytanie jest sprzeczne z trasą StackOverflow . Odradza np. Od odpowiedzi z opiniami i tych „.. z zbyt wieloma możliwymi odpowiedziami lub wymagającymi bardzo długiej odpowiedzi”. Może to oznaczać, że ktoś ostatecznie zamyka wpis.