Modeli sklopova

Od modela dijela do modela sklopa

Model dijela opisuje geometriju jednog predmeta: skice, značajke, materijal i svojstva. Model sklopa ne sadrži novu geometriju, nego poveznice na modele dijelova i podatke o njihovu međusobnom položaju. Kad se u modelu dijela promijeni neka mjera, promjena se nakon osvježavanja vidi u svakom sklopu u kojem je taj dio upotrijebljen. Zato se datoteke dijelova i sklopa uvijek čuvaju zajedno, u istoj strukturi mapa, i nikad se ne preimenuju izvan CAD sustava ili sustava za upravljanje dokumentacijom — sklop bi tada izgubio vezu s dijelom.

U praksi se koriste dva pristupa. Kod gradnje odozdo prema gore dijelovi se modeliraju zasebno, a zatim se umeću u sklop i povezuju. Kod gradnje odozgo prema dolje dio se modelira u kontekstu sklopa, pa se njegove mjere izvode iz susjednih dijelova (npr. provrt u nosaču prati promjer ležaja). Drugi pristup je brži u ranoj fazi razvoja, ali stvara vanjske reference koje treba nadzirati: dio koji ovisi o sklopu ne može se sigurno upotrijebiti u drugom proizvodu dok se reference ne prekinu ili zamrznu.

Prvi dio umetnut u sklop redovito je fiksiran u ishodištu sklopa: njegove ravnine poklapaju se s ravninama sklopa i on nema nijedan stupanj slobode. Za prvi dio bira se onaj koji nosi ostale i koji se u stvarnosti ne giba — kod osi PS-1 to je postolje PS1-01-001. Takav izbor ima praktičnu posljedicu: koordinatni sustav sklopa podudara se s koordinatnim sustavom postolja, pa su položaji svih dijelova izraženi prema plohi na koju se os montira.

Stupnjevi slobode i relacije sklopa

Slobodno kruto tijelo u prostoru ima šest stupnjeva slobode: tri pomaka duž osi x, y i z i tri zakreta oko tih osi. Svaki dio umetnut u sklop, osim fiksiranog, počinje sa svih šest. Relacije sklopa (u nekim sustavima zovu se spojevi ili ograničenja sklopa) oduzimaju stupnjeve slobode tako što propisuju odnos između dviju geometrijskih veličina: plohe, brida, osi, točke ili ravnine.

Brojevi u tablici vrijede kad relacija djeluje na dio koji još nema drugih ograničenja. Druga relacija na istom dijelu oduzima samo one stupnjeve slobode koji još nisu oduzeti. Primjer: vreteno je koncentrično s provrtom ležaja (oduzeta 4 SS); koincidentnost čela vretena sa čelom ležaja tada oduzima samo još pomak duž osi, dakle 1 SS, jer su zakreti okomiti na os već vezani. Vreteno ostaje s jednim stupnjem slobode — zakretom oko vlastite osi, upravo onako kako se giba u stvarnosti.

Mehaničke relacije: zupčanik, vijak i vreteno

Geometrijske relacije opisuju dodir, a mehaničke relacije prijenos gibanja. One ne mijenjaju položaj dijelova u mirovanju, nego sprežu dva gibanja koja su prije toga bila neovisna. Najčešće su:

• zupčanik — zakreti dvaju vratila spregnuti su omjerom broja zubi ili diobenih promjera; zadaje se i smjer (vanjsko ozubljenje mijenja smjer vrtnje);
• zupčasta letva — zakret zupčanika pretvara se u pomak letve, pomak po okretaju jednak je opsegu diobene kružnice;
• vijak i vreteno — zakret vretena pretvara se u pomak matice, pomak po okretaju jednak je uspona navoja;
• bregasti mehanizam i zglobni spoj — u sustavima koji ih podržavaju, za posebne mehanizme.

Os PS-1 ima trapezno vreteno Tr12 × 3, jednovojno, pa je uspon jednak koraku: 3 mm po okretaju. Relacija vijka zadaje se između valjkaste plohe vretena i provrta matice u klizaču, uz vrijednost 3 mm/okr i smjer navoja (desni). Pomak klizača tada slijedi iz kuta zakreta vretena:

s = P_h · φ / 360°

gdje je P_h uspon u mm, a φ kut zakreta u stupnjevima. Deset okretaja vretena pomiče klizač 30 mm, a cijeli hod od 300 mm traži 100 okretaja. Za pomak od 1 mm vreteno se zakrene 120°. Kad se u sklopu povuče klizač mišem, vreteno se okreće; kad se zakrene vreteno, klizač putuje. To je temelj provjere gibanja u jedinici 6.6.

Slaganje sklopa osi PS-1 korak po korak

Redoslijed slaganja u CAD sustavu dobro je vezati uz redoslijed montaže u radionici. Tako sklop odmah pokazuje može li se proizvod stvarno složiti, a stablo sklopa postaje podloga za upute za montažu.

1. Umetnite postolje PS1-01-001 i fiksirajte ga u ishodištu sklopa.
2. Umetnite nosač vretena fiksnog kraja PS1-01-002: donja ploha koincidentna s gornjom plohom postolja, provrti za vijke koncentrični s navojnim provrtima postolja (prvi provrt 4 SS, drugi samo zakret koji preostaje).
3. Na isti način postavite nosač slobodnog kraja PS1-01-003 i nosač motora PS1-01-007.
4. Umetnite ležaj 6001 iz knjižnice normiranih dijelova: vanjski prsten koncentričan s provrtom Ø28 u nosaču, čelo prstena koincidentno s naslonom u provrtu.
5. Umetnite vreteno PS1-01-006: koncentrično s unutarnjim prstenom ležaja, rukavac naslonjen na čelo prstena. Vreteno ostaje sa zakretom oko osi.
6. Umetnite dvije vodilice PS1-01-005: koncentrične s provrtima u nosačima, čelo poravnato s vanjskom plohom nosača.
7. Umetnite klizač PS1-01-004 s linearnim ležajevima: provrt prvog ležaja koncentričan s vodilicom 1. Za drugu vodilicu upotrijebite relaciju koja veže samo preostali zakret (npr. os provrta koincidentna s ravninom kroz os vodilice 2), a ne drugu koncentričnost.
8. Dodajte relaciju vijka između vretena i matice klizača: 3 mm/okr. Na kraju umetnite motor i elastičnu spojku Ø25, koncentrične s osi vretena.

Podsklopovi i knjižnice normiranih dijelova

Veliki sklop postaje nepregledan ako su svi dijelovi na istoj razini stabla. Zato se dijelovi koji se montiraju zajedno i isporučuju kao cjelina grupiraju u podsklopove. Podsklop je zasebna datoteka sklopa koja se u glavni sklop umeće kao jedan element. Obično se ponaša kao kruto tijelo; ako unutar njega postoji gibanje koje se treba vidjeti u glavnom sklopu, podsklop se proglašava fleksibilnim, pa se njegove unutarnje relacije rješavaju zajedno s glavnim sklopom.

Stablo sklopa izravno određuje sastavnicu: svaki red na prvoj razini postaje pozicija na sklopnom crtežu. Zato se podsklopovi slažu prema tome kako će se proizvod naručivati, montirati i održavati, a ne prema tome kako je bilo najlakše modelirati. Podsklop pogona može se, primjerice, predati servisu kao cjelina.

Knjižnice normiranih dijelova sadrže parametarske modele vijaka, matica, podloški, ležajeva, zatika i uskočnika izrađene prema normama (npr. vijak s unutarnjim šesterokutom po ISO 4762, kuglični ležaj 6001 s mjerama 12 × 28 × 8). Dio se ne modelira, nego se odabere norma, veličina i duljina, a model se stvara s ispravnim svojstvima za sastavnicu: naziv, norma, materijal, razred čvrstoće. Mnogi sustavi nude i pametno umetanje, u kojem se vijak sam postavlja u odabrani provrt i odabire duljinu prema debljini spoja. Modeli iz kataloga proizvođača (linearni ležajevi, spojke, motori) preuzimaju se u neutralnom formatu, npr. STEP, i uvijek se provjeri odgovaraju li mjere tehničkom listu.

Provjera kolizija i prodora, rastavni prikaz

Sklop koji se lijepo vidi na zaslonu nije nužno ispravan. Provjera prodora (statička provjera kolizija) računa volumen u kojem se dva tijela preklapaju u trenutačnom položaju. Za PS-1 očekuje se:

• nijedan prodor između klizača i nosača, vijaka i susjednih ploha, spojke i nosača motora;
• dodir bez prodora na plohama koje naliježu (koincidentne ravnine);
• „prodor“ nula na dosjedima Ø28 H7 i Ø12 k6 — modeli su nacrtani nazivnim mjerama, pa sustav ne vidi preklop dosjeda. Preklop se provjerava proračunom iz tolerancijskih polja (modul 4), ne u CAD sklopu.

Uz provjeru prodora koristi se i provjera zazora: traži se najmanji razmak između odabranih dijelova i uspoređuje sa zadanim, npr. razmak glave vijka do pokretnog klizača. Provjera kolizija tijekom gibanja obrađuje se u jedinici 6.6.

Rastavni prikaz (eksplodirani pogled) razmiče dijelove duž smjerova montaže, a da relacije ostaju sačuvane. Svaki korak razmicanja pamti se kao zaseban korak, a putanje se prikazuju tankim crtama. Rastavni prikaz koristi se u uputama za montažu, na sklopnim crtežima s pozicijama i u ponudama. Kod PS-1 logičan je redoslijed: motor i spojka ulijevo, vreteno ulijevo kroz nosač, klizač prema gore, vodilice udesno, nosači prema gore iznad postolja.

Računski prikaz: stupnjevi slobode sklopa i pomak klizača

Grubi broj preostalih stupnjeva slobode dobiva se kad se od šest stupnjeva slobode svakog pomičnog dijela oduzmu stupnjevi koje oduzimaju relacije. Nepokretni dijelovi koji su čvrsto vezani za postolje mogu se promatrati kao jedno tijelo s fiksiranim postoljem. Relacije koje na dio djeluju nakon prve upisuju se samo s onim stupnjevima slobode koje zaista dodaju.

f = 6 · n − (4 · n_konc + 3 · n_ravn + 1 · n_dop + 1 · n_meh)

Za PS-1 pomični su vreteno i klizač, n = 2, dakle 12 stupnjeva slobode. Dvije koncentričnosti (vreteno u ležaju, klizač na vodilici 1) oduzimaju 8, dvije dopunske relacije (čelo vretena na ležaj, klizač uz vodilicu 2) oduzimaju 2, a relacija vijka još 1. Ostaje f = 1: sklop ima jedno pogonsko gibanje, kao stvarna os. Deset okretaja vretena pomiče klizač 30 mm. Ako račun daje negativan broj, relacije su prebrojane dvaput ili je sklop preodređen; ako daje više od 1, neki dio još slobodno „pluta“.

Ključni pojmovi

Provjeri se

Kratka provjera prije prelaska na sljedeću jedinicu. Odgovor se potvrđuje klikom, a obrazloženje se prikazuje odmah.

Vježbe uz jedinicu

Gradivo ove jedinice priprema za sljedeće vježbe:

• V13 CAD: sklop, provjera gibanja i sklopni crtež · 2 sata