VJEŽBA V10 · MODUL 2 · MODELIRANJE DIJELOVA I SKLOPOVA
Vježba V10 · 2 sata
Sklop: veze i stupnjevi slobode gibanja
Sklapanje 14 dijelova hvatača MPH-1 vezama tako da prsti zadrže točno jedan stupanj slobode gibanja.
- umetnuti dijelove u sklop i definirati veze između njih
- potpuno odrediti sklop bez suvišnih ograničenja
- ostaviti prstima jedan stupanj slobode gibanja duž vodilice
- provjeriti broj stupnjeva slobode gibanja u gotovom sklopu
O vježbi
Prije vježbe proći gradivo: 2.8 Sklapanje: veze i stupnjevi slobode gibanja.
Pitanja i zadaci na ovoj stranici su bez odgovora. Rješenje s postupkom otvara se gumbom Prikaži rješenje ispod svakog pitanja, a upute za nastavnika nalaze se na dnu stranice.
Zadatak
Sklopite model hvatača MPH-1 od svih 14 dijelova: tijela, dva prsta, savijenog nosača, zavarene podnožne konstrukcije, pneumatskog cilindra, dva brza spojnika, senzora, četiri vijka M5 × 16 i dva vodeća zatika Ø6 h7. Dijelove postavite u pravilan prostorni raspored i vezama (mate) definirajte njihov međusobni odnos tako da sklop bude potpuno određen, osim dva prsta koji moraju zadržati točno jedan stupanj slobode gibanja svaki: translaciju duž vodilice u tijelu, ograničenu hodom od 15 mm (najveći razmak čeljusti pritom iznosi 70 mm).
Vijci i zatici sklapaju se kao standardni dijelovi iz knjižnice, s odgovarajućim vezama koncentričnosti i naleganja glave. Nakon sklapanja provjerite u alatu za dijagnostiku gibanja (npr. Mate Diagnostics ili odgovarajuća naredba) da sklop nema neočekivanih preostalih stupnjeva slobode gibanja i da nijedna veza nije prekomjerno određena (over-defined).
Oprema i pribor
- Računalo s parametarskim CAD sustavom koji podržava sklapanje s vezama (assembly, mates)
- Gotovi part-dokumenti svih 14 dijelova hvatača MPH-1 iz prethodnih vježbi
- Knjižnica standardnih dijelova (vijci M5 × 16, zatici Ø6 h7)
- Tablica s popisom dijelova i planiranim vezama, pripremljena prije rada u programu
Pravila koja se primjenjuju
Sklop se gradi postupno: prvi umetnuti dio postaje nepomičan (fiksiran ili vezan za ishodište sklopa), a svaki sljedeći dio se vezama povezuje uz već postavljene dijelove. Osnovne vrste veza (podudarnost, koncentričnost, paralelnost, udaljenost, kut) svaka ukida određeni broj stupnjeva slobode gibanja; cilj je da nakon svih veza svaki dio ima točno onoliko preostalih stupnjeva slobode koliko konstrukcija stvarno dopušta — kod većine dijelova nula, kod pokretnih dijelova (ovdje: prsti) točno onoliko koliko funkcija zahtijeva.
Dobra praksa je definirati manje, jasnije veze umjesto jedne složene, jer se tako lakše dijagnosticira koja veza uzrokuje problem ako sklop ne reagira očekivano. Prekomjerno određen sklop (više veza nego što je potrebno za traženi broj stupnjeva slobode) treba izbjegavati — čak i kad program dopusti rješenje, takav sklop je krut na promjenu dimenzija i sklon rušenju rješavača geometrije kod naknadnih izmjena. Limitirajuće veze (limit mate) koriste se upravo za ograničavanje hoda pokretnog dijela, kao kod prstiju hvatača gdje translacija ne smije prijeći 15 mm hoda.
Pažnja
Najčešća pogreška je fiksiranje (Fix) prevelikog broja dijelova umjesto povezivanja vezama — time se sklop čini "riješenim" bez da stvarno opisuje kako se dijelovi međusobno drže, pa svaka kasnija promjena dimenzije jednog dijela ne utječe ispravno na položaj ostalih.
Crtež
Postupak
- Otvorite novi dokument sklopa i umetnite tijelo hvatača kao prvi dio; postavite ga u ishodište sklopa (Fix ili veza s ishodištem) jer ono predstavlja referentnu geometriju za sve ostalo.
- Umetnite zavarenu podnožnu konstrukciju i savijeni nosač, te ih vežite na tijelo vezama podudarnosti ravnina i koncentričnosti provrta za vijke.
- Umetnite oba prsta i definirajte vezu podudarnosti klizne plohe s vodilicom u tijelu (translacijska veza), a zatim vezu paralelnosti kako bi se spriječilo neželjeno zakretanje prsta.
- Dodajte limitirajuću vezu udaljenosti (Limit Mate ili odgovarajuća naredba) na svaki prst, s rasponom hoda od 0 do 15 mm, kako biste spriječili nerealno gibanje izvan konstrukcijskih granica.
- Umetnite pneumatski cilindar i definirajte veze koncentričnosti i podudarnosti kojima se cilindar fiksira na podnožje odnosno nosač.
- Umetnite induktivni senzor i vežite ga na predviđeno mjesto na tijelu vezom koncentričnosti navoja i podudarnosti čeone plohe.
- Umetnite četiri vijka M5 × 16 i dva vodeća zatika Ø6 h7 iz knjižnice standardnih dijelova; svaki povežite vezom koncentričnosti s pripadajućim provrtom i podudarnosti čeone plohe glave.
- Otvorite dijagnostiku gibanja sklopa (npr. Mate Diagnostics) i provjerite da nema prekomjerno određenih ili sukobljenih veza.
- Ručno povucite svaki prst mišem (drag) i provjerite giba li se isključivo duž predviđene osi, u granicama hoda od 15 mm.
- Zabilježite u tablicu sklopa broj preostalih stupnjeva slobode gibanja za svaki pokretni dio i usporedite s očekivanom vrijednosti.
Pitanja i zadaci
1. Koliko stupnjeva slobode gibanja u prostoru ima slobodno tijelo prije bilo kakve veze, i koliko bi ih idealno trebalo preostati svakom prstu hvatača nakon sklapanja?
Prikaži rješenje
Slobodno kruto tijelo u prostoru ima šest stupnjeva slobode gibanja (tri translacije i tri rotacije). Svakom prstu hvatača nakon sklapanja treba preostati točno jedan stupanj slobode gibanja — translacija duž vodilice, ograničena na hod od 15 mm.
2. Zašto se limitirajuća veza (Limit Mate) koristi za hod prsta umjesto obične veze udaljenosti s fiksnom vrijednosti?
Prikaži rješenje
Obična veza udaljenosti fiksirala bi prst na jednoj točno određenoj poziciji i time mu oduzela stupanj slobode gibanja, dok limitirajuća veza dopušta gibanje unutar zadanog raspona (0 do 15 mm), čime prst zadržava svoju funkcionalnu pokretljivost, ali unutar realnih konstrukcijskih granica.
3. Sklop sadrži 4 vijka M5 × 16 i 2 vodeća zatika Ø6 h7 kao standardne dijelove. Kojim vezama se ti dijelovi obično povezuju s ostatkom sklopa i zašto se za njih koriste dijelovi iz knjižnice umjesto vlastitog modeliranja?
Prikaži rješenje
Standardni dijelovi vežu se vezama koncentričnosti (os navoja ili tijela zatika s osi provrta) i podudarnosti (čeona ploha glave s naslonom). Koriste se gotovi dijelovi iz knjižnice jer su njihove dimenzije propisane normom i identične kod svakog proizvođača, pa vlastito modeliranje ne bi donijelo nikakvu konstrukcijsku vrijednost, samo nepotreban rad.
4. Što znači da je sklop "prekomjerno određen" (over-defined) i zašto je to problem i onda kad program ponudi rješenje?
Prikaži rješenje
Prekomjerno određen sklop ima više veza nego što je matematički potrebno za opisani broj stupnjeva slobode gibanja; iako rješavač geometrije ponekad ipak pronađe rješenje, takav sklop postaje krut na promjenu dimenzija (male izmjene lako dovode do sukoba veza) i teže se dijagnosticira kad nešto zakaže.
5. Objasnite razliku između veze podudarnosti (coincident) i veze koncentričnosti (concentric) na primjeru spajanja vijka u provrt.
Prikaži rješenje
Veza podudarnosti izjednačava dvije ravnine ili točke (npr. donju plohu glave vijka s gornjom plohom provrta), dok veza koncentričnosti poravnava dvije osi ili cilindrične plohe (npr. os navoja vijka s osi provrta) — za potpuno određeno sjedanje vijka potrebne su obje veze zajedno.
6. Koji dio sklopa se prvi postavlja i zašto se on obično fiksira ili veže na ishodište sklopa?
Prikaži rješenje
Prvi umetnuti dio je tijelo hvatača; ono se postavlja u ishodište sklopa jer služi kao referentna geometrija na koju se vezama oslanjaju svi ostali dijelovi, čime se izbjegava kružna ili nejasna hijerarhija veza u sklopu.
7. Kolika je ukupna masa sklopa hvatača prema zajedničkom primjeru, i kako biste tu vrijednost provjerili u modelu nakon sklapanja?
Prikaži rješenje
Ukupna masa sklopa je 1,8 kg. U modelu se provjerava naredbom za masena svojstva sklopa (Mass Properties ili odgovarajuća naredba), koja zbraja mase svih 14 dijelova prema dodijeljenim materijalima i gustoćama.
8. Zašto se preporučuje definirati više jednostavnih veza umjesto jedne složene veze između dva dijela?
Prikaži rješenje
Jednostavne, jasno imenovane veze lakše se pojedinačno provjeravaju i uklanjaju ako uzrokuju sukob ili prekomjernu određenost; kod jedne složene veze teško je utvrditi koji dio uvjeta uzrokuje problem kad sklop ne reagira kako se očekuje.
Za nastavnika
Otvori upute za nastavnika
Priprema
Pripremiti gotove part-dokumente svih 14 dijelova (mogu se preuzeti iz prethodnih vježbi ili iz zajedničkog predloška) i tablicu planiranih veza kao pomoć polaznicima koji tek uče logiku sklapanja.
Tijek sata
- Uvod u pojam stupnja slobode gibanja i osnovne vrste veza, uz kratak primjer na ploči (10 min).
- Zajedničko umetanje tijela i podnožja te prve veze uz projektor (15 min).
- Samostalno sklapanje nosača, cilindra i senzora prema uputama vježbe (20 min).
- Zajednički osvrt na limitirajuću vezu za prste, s naglaskom na hod od 15 mm (10 min).
- Samostalno sklapanje prstiju, vijaka i zatika, provjera dijagnostikom gibanja (25 min).
- Provjera rezultata (ručno povlačenje prstiju) i rasprava o pitanjima iz vježbe (10 min).
Očekivani rezultati
Polaznik predaje sklop u kojem su svi dijelovi osim prstiju potpuno određeni (0 preostalih stupnjeva slobode gibanja), a oba prsta imaju točno jedan stupanj slobode gibanja ograničen limitirajućom vezom na hod od 0 do 15 mm, bez upozorenja o prekomjernoj određenosti ili sukobu veza.
Česte pogreške
- Fiksiranje (Fix) prevelikog broja dijelova umjesto definiranja veza
- Izostavljena veza paralelnosti na prstu, pa se prst može neplanirano zakretati
- Nedostaje limitirajuća veza, prst se giba neograničeno
- Prekomjerno određen sklop zbog dvostrukih, suvišnih veza
Vrednovanje
| Kriterij | Bodovi |
|---|---|
| Svih 14 dijelova ispravno umetnuto i vezano | 25 |
| Tijelo, nosač, podnožje, cilindar i senzor potpuno određeni | 25 |
| Prsti: točno jedan stupanj slobode, limit 0–15 mm | 25 |
| Bez prekomjerno određenih ili sukobljenih veza | 15 |
| Ispravni odgovori na pitanja i zadatke | 10 |