Témata
Reklama

Studentská CAD konstrukce malého leteckého motoru

11. 12. 2002

Vítězem letošního ročníku studentské kategorie konstruktérské soutěže Strojírenský CAD projekt 2002, pořádané pod záštitou firmy Autodesk a vyhlášené na veletrhu Invex v Brně, se stal Robert Dvořák z VOŠ, SPŠOA Kopřivnice se svým návrhem leteckého motoru. Tento projekt byl vytvořen jako součást absolventské práce pro závěrečné zkoušky ve školním roce 2001/2002. V následujících řádcích autor přiblíží podrobnosti svého řešení, které nezůstalo pouze virtuálním, ale je již v současnosti uváděno do výroby

Zvolené konstrukční řešení

Podnětem pro vznik této práce byla snaha o konstrukci vhodného motoru pro kategorii tzv. ultralehkých letadel, která je v dnešní době velice rozšířená. Navrhovaný motor je konstruován jako letecký, s použitím skupin a součástí ověřených v automobilech a motocyklech. Z důvodu jednoduchosti, hmotnosti a ceny byl zvolen vzduchem chlazený dvouválec. S ohledem na vyvážení připadají v úvahu dvě koncepce: boxer a vidlicový motor. U vidlicového motoru je výrazně jednodušší konstrukce klikové hřídele. Proto bylo zvoleno uspořádání válců do V s úhlem rozevření 90( s uložením ojnic na společném klikovém čepu. Kliková hřídel je konstruována jako lisovaná, ojnice jsou nedělené, uložené valivě. Válcové jednotky vycházejí z ověřené automobilové konstrukce Porsche, hlava válců vychází z hlavy motoru T 613/700. Rozvod OHV s vačkovou hřídelí nad hřídelí klikovou je zvolen pro svou jednoduchost a spolehlivost. Motor je vybaven reduktorem, který mu umožňuje pracovat v oblasti s vyšším výkonem na vrtuli, v oblasti přijatelného hluku a dobré účinnosti. Převod reduktoru je proveden pomocí ozubeného řemene, který je schopen tlumit torzní kmitání soustavy. Mazání motoru je navrženo oběhové se zubovým čerpadlem a plnoprůtokovým čističem oleje. Zásoba oleje je v bloku motoru. Motor bude vybaven zdvojeným indukčním zapalováním řízeným mikropočítačem, napájeným ze zdrojové soustavy alternátor - baterie.
Cílem projektu bylo vytvořit kompletní 3D model motoru s co nejvěrněji vymodelovanými součástmi u jeho kritických částí (klikový a rozvodový mechanismus, reduktor) tak, aby mohly být plně využity CAE/CAM systémy pro další výpočty a obrábění a také možnost vygenerování přesné 2D výkresové dokumentace. Některé modely posloužily pro pevnostní analýzu MKP (metodou konečných prvků), generování NC dat (v programu PowerMill) pro CNC obrábění součástí motoru a pro tvorbu modelů odlitků a výkovků. Cílem také bylo konstruovat navrhovaný motor tak, aby jeho výroba byla technologicky co nejjednodušší a ekonomicky nenáročná, rovněž tak montáž a údržba, což bylo konzultováno se zadavatelem-výrobcem s ohledem na jeho výrobní možnosti.
Reklama
Reklama

Tvorba modelu

Ke splnění těchto úkolů byl použit CAD program Mechanical Desktop. K vývoji motoru a tvorbě 3D modelů byly využity návrhy zadavatele (ve formě ručně kreslených 2D výkresů) a jeho zkušenosti s tímto typem motoru. Nejprve byly vytvořeny podsestavy - klikový a rozvodový mechanismus a reduktor. Tomu ovšem předcházelo navržení součástí těchto podsestav a jejich pevnostní analýza metodou konečných prvků. Tato analýza byla velmi důležitá, neboť se od ní odvozuje dimenzování součástí. Dále byl vytvořen prostorový model klikové skříně a dalších skupin. Jednotlivé podsestavy a součásti byly postupně vkládány nebo domodelovány do souboru klikové skříně a ustaveny pomocí univerzálních 3D vazeb Desktopu. Po kontrole na kolize, ověření kinematické správnosti návrhu a usazení mezi jednotlivými podsestavami či díly byly podsestavy plně lokalizovány. Vznikl tak jediný soubor - sestava o velikosti 53 MB. O jak složitou sestavu se vlastně jedná, mohou napovědět tato čísla - počet použitých podsestav 18, počet všech použitých modelů 493, z nichž většina je složitých tvarů. Počet použitých vazeb k sestavení kompletního modelu motoru byl 421. Je třeba zdůraznit komplikovanost "přivazbování" těchto složitých modelů a podsestav do kompletního modelu motoru.

Výpočty a výrobní dokumentace

Použitý program Mechanical Desktop obsahuje také množství různých výpočtů, jako např. výpočet hmotnosti na základě přiřazení materiálu součásti - viz modul "Analýza - Hmotové vlastnosti". Jelikož poměr hmotnost/výkon je v této kategorii motorů nejsledovanějším parametrem, byla možnost zjistit hmotnost kompletního motoru přímo v 3D modelu velmi vítaná. Hmotnost navrženého kompletního motoru činí velmi příznivých 68 kg. Zmíněné nástavby umožňují i další výpočty, např. ložisek, hřídelí, ozubených převodů atd. Těmito výpočty lze zjistit, zda daná součást vyhovuje podmínkám, které na ni budou kladeny v průběhu její předpokládané životnosti, předepsané u leteckých motorů na 5000 provozních hodin. To vše také bylo v této absolventské práci provedeno a využito. Na základě vytvořených 3D modelů se jednoduchým generováním mohla zhotovit 2D výkresová dokumentace, jež je nezbytnou součástí veškeré výrobní produkce. Bylo použito jednoduchých základních pravoúhlých pohledů, řezů a dalších pomocných pohledů - detailů. Stačilo jen vybrat pohled nebo pohledy, které jsou potřebné na výrobním výkrese, a program sám byl schopen součást nebo sestavu do těchto 2D pohledů vygenerovat.

Produkce

Díky vhodně zvolené koncepci motoru, kombinaci moderních a osvědčených součástí a skupin a především optimalizované konstrukci se podařilo dosáhnout stanovených cílů. Vypočtený poměr hmotnost/výkon činí 68 kg/72 k, což je vynikající výsledek. Jeho komerční úspěšnost ukáže čas, ale má všechny předpoklady pro to, aby byla vysoká. Bylo přikročeno k plné realizaci projektu, která v současné době podle vytvořeného modelu a výkresové dokumentace již probíhá. Byla zahájena nejprve výrobou forem, nástrojů a přípravků pro výrobu odlitků a výkovků. Kromě zdroje podkladů pro výrobu a montáž poslouží vytvořená 3D sestava kompletního motoru zároveň při jeho prezentaci zákazníkům. Budoucím pilotům tak už skoro zbývá jen popřát "Letu zdar!".
Zpracoval autor projektu Robert Dvořák
Reklama
Vydání #12
Kód článku: 21298
Datum: 11. 12. 2002
Rubrika: Informační technologie / CAD/CAM/CAE
Autor:
Firmy
Související články
Zvyšte potenciál svého 2D CAD softwaru!

Stále příliš mnoho firem přichází o své finanční prostředky tím, že sice využívají nové technologie, ale ty nezvyšují jejich celkový potenciál. V takovém případě pomůže aplikace DraftSight od Dassault Syst?mes. Pomocí tohoto softwaru lze spouštět stávající DWG soubory a vytvářet nové za zlomek nákladů oproti jiným CAD řešením.

Aerospace - vlajkový průmysl s extrémními nároky

Letecký průmysl je ve Francii významným oborem, a tak není divu, že společnost Missler Software získala v této oblasti jedinečné zkušenosti díky spolupráci s většinou subdodavatelů v oboru. To ji spolu s tisíci díly obráběnými pomocí TopSolidCam řadí mezi špičky v leteckých technologiích.

Nový integrovaný CAM systém

Vývoj výrobků historicky zahrnoval dva oddělené procesy: prvním byl návrh výrobku, druhým pak jeho výroba. Používání samostatných neintegrovaných CAD (návrh) a CAM (výroba) nástrojů při vývoji výrobků vedlo ke komunikační bariéře mezi návrhem a výrobou. Ve výsledku to způsobovalo problémy s náklady, časem a kvalitou, a to zejména v případech, kdy bylo potřeba upravit návrh nebo došlo k narušení vyrobitelnosti. Použitím integrovaného CAD/CAM řešení lze překonat problémy související s tradičním odloučením návrhu a výroby. S použitím integrované CAD/CAM platformy je tak možné zkrátit dobu výrobního cyklu, řídit náklady a zlepšit kvalitu při současné podpoře spolupráce mezi návrhem a výrobou výrobku.

Související články
Zlepšení produktivity navrhování a obrábění

O něco málo více než po roce je tu opět nová verze parametrického 3D modeláře Creo. Jak se povedlo vývojářům do již páté verze Creo zakomponovat požadavky trhu a jaké jsou hlavní směry inovací?

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Software zjednodušuje výrobu střižných nástrojů

Příběh společnosti Atlantic Tool & Die začíná 1. června roku 1937, kdy čtyři společníci v čele s Ernestem Mehwaldem založili malou dílnu na Fulton Road ve státě Ohio v USA. Byli to emigranti z Evropy, ale všichni čtyři byli velmi schopnými konstruktéry, a navíc vysoce kvalifikovanými pro výrobu forem. Proto tedy není divu, že se jejich malá dílna do roku 1942 rozrostla a přestěhovala se do větších prostor.

Efektivní programování tvarově podobných dílů

Firma Alcon Components využívá Edgecam a Manažer strategií ve výrobě brzdových systémů pro závodní speciály a vojenská vozidla.

Příprava CAD modelu součásti pro výrobu

NC programátoři se velmi často potýkají s problémy týkajícími se různé kvality trojrozměrných modelů potřebné pro programování obrábění. Úpravy mohou být obtížné, protože 3D modely součástí často pocházejí z různých zdrojů.

Setkávání

Setkávání uživatelů konstrukčních a technologických softwarů má již dlouholetou tradici. Informace o novinkách, představení nejrůznějších tipů a triků, někdy i možnost si zasoutěžit a v neposlední řadě rovněž výměna zkušeností v neformální atmosféře patří k hlavním bodům programu takovýchto akcí.

Letadlo poháněné sluneční energií vyrazilo na cestu kolem světa

Solar Impulse je projekt mající za cíl vyrobit letadlo poháněné sluneční energií, které dokáže obletět Zemi. Letoun je dílem švýcarského psychiatra a vzduchoplavce Bertranda Piccarda, jednoho z pilotů prvního balonu, který obletěl celý svět bez jediné přestávky, a švýcarského inženýra a podnikatele Andrého Borschberga. Vývoj zastřešuje polytechnika v Lausanne a podílí se na něm několik desítek specialistů.

CAM řešení pro multifunkční CNC obráběcí stroje

Multifunkční CNC obráběcí stroje spojují více možností a funkcionalit. Nejprve se jednalo o doplnění frézovacích operací na soustruhy (frézování osou C a osou Y), přibyla podpora protivřetena, následně byla přidána druhá nástrojová hlava a v současnosti výrobci CNC obráběcích strojů nabízejí konfigurace s plynule řízenou B osou s podporou obrábění v pěti osách, ale i s podporou technologií odvalování nebo obrážení. V nabídce jsou i stroje se třemi nástrojovými hlavami řízené tříkanálovým řídicím systémem. Posledními novinkami jsou pětiosá CNC frézovací centra doplněná o soustružnické operace.

Revoluce pokračuje: Nová strategie soustružení

CAD/CAM systém Edgecam od Vero Software v nové verzi 2015 R1 obsahuje mnoho důležitých vylepšení a nových funkcí.

Konstrukce i technologie snadno, rychle a bezpečně

CAD/CAM systém TopSolid verze 7.9 přináší v návaznosti na technologickou část další rozšíření možností v oblasti obecné konstrukce.

Softwarový simulátor stavebního stroje nahrazuje nákladné prototypy

Vývoj stavebních strojů bývá spojen se stavbou fyzických prototypů nových zařízení. Ty však vyžadují vysoké finanční náklady a množství času. Efektivní řešení dnes nabízejí softwarové simulátory. Společnost Volvo Construction Equipment zařadila do vývoje simulátor „human-in-the-loop“, který vyvinula v nástrojích Matlab a Simulink firmy MathWorks.

Od správy nástrojů po simulaci NC programů

V oblasti integrované správy nástrojů u společnosti KHS hraje software pro správu nástrojových dat TDM zásadní úlohu. Tento software zde byl zaveden před čtyřmi lety a v současné době poskytuje 3D modely nástrojů a nástrojová a technologická data pro NC programování, simulaci výroby, seřizování nástrojů, jakož i pro správu skladových zásob.nástrojů, jakož i pro správu skladových zásob.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit