Sinteza de Ansamblu a Celulei Robotizare

CUPRINS

CAPITOLUL 1 Sinteza de ansamblu a Celulei robotizare

Generalitati

Desen de ansamblu

Structura celulei flexibile

Sistemul de alimentare, transport, transfer de tip lift

Modulul de rotație la baza

Modulul de translație pe verticala

Robocarul pe sine

Magazie pe trei etaje, in forma de « U »

Posturi de stocare intermediare

CAPITOLUL 2 Proiectarea Modulului de Transfer

Ansamblu electromagnet

Subsistem transfer

Subsistemul de ghidare

CAPITOLUL 3 Analiza, cu ajutorul metodei elementului finit, a Modulului de Transfer

Pre-procesare – ANSA

Introducerea datelor CAD & Clean up

Discretizarea

Punți de pre-procesare

Modele de reutilizare

Caracteristicile Crash & Safety

Controlul soluțiilor

Instrumente

Optimizarea

Procesarea

Analiza statica – ABAQUS

Analiza vibrații – NASTRAN

Analiza dinamica (Crash) – PamCRASH

Postprocesarea – METAPOST

Rezultate analiza statica

Rezultate analiza de vibrații

Rezultate analiza dinamica (crash)

Concluzii

CAPITOLUL 1

Sinteaza de ansamblu a Celulei robotizare

GENERALITATI

Pentru realizarea unei piese mecanice sau al unui ansamblu mecanic, trebuie urmarite anumite etape. Mai jos este prezentata organigrama etapelor de realizare a unei piese mecanice.

Fig1.1. Organigrama etapelor de realizare a unei piese mecanice

Aplicatia robotizata proiectata este o celula flexibila de fabricatie pentru alimentare, transport si transfer, in component careia intra mai multe blocuri componente.

Celula robotizata este destinata tranferului si depozitarii a unor repere diferite. Deoarece pretul de achizitie al unei celule robotizate care sa permita alimentarea, transportul si transferul unor repere ar fi fost mult prea mare, s-a preferat realizarea acestuia prin achizitia diverselor componente de la furnizori diferiti si integrarea acestora prin intermediul unor sisteme sau elemente de legătura.

Blocurile componente ale celulei:

Subsistem ATT de tip lift

Robocar pe sine cu doua posturi

Magazie pe trei etaje in forma de „U” – AS/RS

Posturi de stocare intermediare

Alimentarea și refacerea de piese din centrul de stocare este realizată cu ajutorul liftului, plasat în mijlocul ansamblului in forma de “U”, care realizează deplasarea pe trei direcții orizontal (sistemul de transfer), vertical, cu ajutorul unui surub cu profil trapez, și rotația în planul orizontal prin transmisia prin curea dintata (la atingerea fiecăruia dintre cele trei magazii).

Centrul de stocare este compus din trei depozite (rasteluri), ficare dintre ele având trei rafturi, aranjate în forma de “U” astfel că partea deschisă este perpendiculară pe direcția de translație a sistemului de Alientare, Transport si Transfer.

DESEN DE ANSAMBLU

In figurile de mai jos sunt prezentate cateva vederi de ansamblu ale celulei.

Fig.1.2.1. Vedere izometrica a celulei

Celula robotizata este proiectata de catre masterandul Ionut Geambasu si este o celula flexibila de fabricatie pentru transport transfer.

Fig. 1.2.2. Vederea din dreapta a celulei

STRUCTURA CELULEI FLEXIBILE

Fig.1.3. Schema bloc a celulei

In figura 1.3 este prezentata schema bloc a celulei flexibile pentru piese prismatice mici.

Blocurile componente ale celulei:

Subsistem ATT de tip lift

Robocar pe sine cu doua posturi

Magazie pe trei etaje in forma de „U” – AS/RS

Posturi de stocare intermediare

SISTEMUL DE ALIMENTARE, TRANSPORT, TRANSFER DE TIP LIFT

In figura 2.3.1 este prezentata structura sistemului de alimentare, transport, transfer de tip lift. In schema cinematica a sistemului de transfer se observa lanturile cinematice aferente celor trei grade de libertate:

rotatia la baza

translatia pe verticala

transfer

Astfel, lantul cinematic pentru rotatia la baza este alcatuit dintr-un motor electric si 2 roti dintate (fulii), astfel: prima fulie este fixata pe arborele motorului, iar cea de-a doua fulie este fixata pe arborele ce realizeaza rotatia la baza. Transmisia miscarii de rotatie se realizeaza printr-o curea dintata.

Fig.1.3.1. Sistemul de transfer de tip lift

Lantul cinematic de translatie pe verticala este alcatuit dintr-un motor electric de curent continuu si doua fulii: una fixata pe arborele motorului, iar cealalta dintata este fixata pe surubul cu filet trapezoidal.

Lantul cinematic de translatie pe orizontala – transfer este alcatuit dintr-un motor electric si 3 fulii: o fulie ce transmite miscarea de rotatie la cea de-a doua fulie, care este fixata, impreuna cu o a treia fulie, pe un ax. Miscarea de rotatie este transmisa cu ajutorul unei curele dintate, de aceasta fiind prinsa o placa intermediara, pe care este fixat ansamblul cu electromagnet.

Sistemult de transfer de tip lift (fig.1.3.1) este alcatuit din 3 module cinematice, module aferente celor trei grade de libertate:

1 – modulul rotatia la baza

2 – modul translatia pe verticala

– modul transfer

Modulul de rotatie la baza

Modelul 3D CAD al modulului de rotatie la baza este prezentat in figura 1.3.1.1.1.

Fig.1.3.1.1.1. Modul rotatie la baza

Actionarea se face cu un motor electric pas cu pas (1) (fig. 1.3.1.1.2). Fulia conducatoare (2) este montata direct pe arborele motorului si fixata printr-un stift.

Fig.1.3.1.1.2. Motor electric pas cu pas

Modulul de rotatie la baza are un lant cinematic care functioneaza in urmatorul fel: miscarea de rotatie a motorului (1) este transmisa fuliei conducatoare (2), care este fixata de axul motorului printr-un surub cu cap imbus (fig. Fig.1.3.1.1.6.); prin intermediul curelei (3), miscare este transmisa fuliei conduse (4). Aceasta fulie este fixata pe arborele de rotatie (5) printr-un ajustaj cu strangere. Lagaruirea arborelui se realizeaza cu ajutorul unui rulment radial – axial cu role conice (6), sprijinul facandu-se pe inelul interior, iar lagaruirea superioara se realizeaza cu ajutorul unui rulment radial cu bile pe un rand (7) .

Fig.1.3.1.1.3. Lantul de alimentare circular (vedere 1)

Fig.1.3.1.1.4. Lantul de alimentare circular (vedere 2)

Sistemul de alimentare pe verticala este prins de o placa ce este fixata de arborele prin 2 suruburi cu cap inecat.

Lantul cinematic al modulului de rotatie este ilustrat in figurile de mai jos.

Fig.1.3.1.1.5.Lantul cinematic rotatie baza (vederea 3)

Fig.1.3.1.1.6. Modul de fixare a fuliei pe axul motorului

Motorul pas cu pas (1) se prinde de placa suport superioara (8), cu ajutorul a 4 suruburi, ca in figura de mai jos.

Fig.1.3.1.1.7. Fixarea motorului

Motorul pas cu pas

In figurile de mai jos este prezentat motorul pas cu pas achizitionat de la firma Hi-end, atat modelul virtual 3D CAD (fig.1.3.1.1.8.a.) cat si modelul real (fig. 1.3.1.1.8.b.).

Fig.1.3.1.1.8.b. Model 3D CAD Fig.1.3.1.1.8.b.Model real

In figura 1.3.1.1.8.c sunt prezentate dimensiunile functionale si de montaj ale motorului.

Fig. 1.3.1.1.8.c. Cotelele de gabarit ale motorului

Fulia conducatoare

Fulia condusa este cumparata de la firma Hi-end. Aceasta este prezentata in figura 1.3.1.1.9.a, modelul CAD, iar in figura 1.3.1.1.9.b este prezentat modelul real. In figura 1.3.1.1.9.c este prezentat desenul de executie al fuliei conducatoare.

Fig. 1.3.1.1.9.a. Model 3D CAD Fig. 1.3.1.1.9.b.Model real

Caracteristicile acestei fulii conducatoare sunt urmatoarele:

Fulie pentru curele dintate T

pas de 5 mm

latimea L de 21 mm

Numar de dinti: 26

Material: Aluminiu

Gaurita din fabrica: 0 mm

Greutate: 62 grame

Dp= 41.39 mm

De= 40.60 mm

Df= 44 mm

F= 15 mm

D= 6 mm

Cod fulie: 21 T5 26

Fig. 1.3.1.1.9.c. Desenul de executie al fuliei conducatoare

Fulia condusa

Fig. 1.3.1.1.10.a. Model 3D CAD

Fulia condusa este cumparata de la firma Hi-end. Aceasta este prezentata in figura 1.3.1.1.10.a, modelul CAD, iar caracteristicile acesteia sunt urmatoarele:

Fulie pentru curele dintate T

pas de 5 mm

latimea L de 21 mm

Numar de dinti: 48

Material: Aluminiu

Gaurita din fabrica: 8 mm

Greutate: 200 grame

Dm=50 mm

Dp=76.42 mm

De=75.55 mm

F=15 mm

D=8 mm

cod fulie: 21 T5 48

In figura de mai jos este prezentat desenul de executie al fuliei conduse (1.3.1.1.10.b).

Fig.1.3.1.1.10.b. Desen de executie fulie condusa

Modulul de translatie pe verticala

Modelul 3D al modulului de translatie pe verticala este prezetntat in figura de mai jos (fig. 1.3.1.2.1.).

Fig.1.3.1.2.1. Modelul Virtual al modulului de translatie pe orizontala

Asamblarea modulului de rotatie la baza si a modululului de translatie este prezentata in figura 1.3.1.2.2 si se se realizeaza astfel:

De arborele de rotatie este prinsa o flansa intermediara(fig.1.3.1.2.4) cu ajutorul a 2 suruburi cu cap inecat.

De aceasta structura este prins modulul de translatie pe verticala prin intermediul a 4 suruburi cu cap hexagonal, rezultand asamblarea dintre cele doua module.

Fig.1.3.1.2.2 Asamblarea modulului de translatie verticala si rotatie baza.

Din figura de mai jos (figura 1.3.1.2.3) reiese constructia subansamblului care genereaza miscarea de translatie. Motorul pune in miscare fulia cuplata pe axul motorului. Cureaua actioneaza simultan si fulia care este fixata pe axul surubului. Surubul cu profil trapez este lagaruit cu un rulment radial axial si un rulment radial introdusi in flansele de prindere. Surubul cu piulita realizeaza deplasarea pe axa prinsa cu suruburi de tancheta care are rol de ghidare. Motorul se opreste atunci cand tancheta atinge limitatori.

Fig. 1.3.1.2.3. constructia subansamblului care genereaza miscare de translatie

Fig.1.3.1.2.4. Flansa intermediara model virtual 3D CAD

Miscarea de translatie pe verticala se realizeaza astfel: motorul de curent continu (12), amplasat pe o latura superioara a carcasei prin flansa (13) si fixata cu 4 suruburi cu cap inecat, transmite miscarea de rotatie unei fuliei (14) care este fixata de axul motorului.

Motorul de curesnt continuu este fixat pe flansa prin intermediul a 6 suruburi cu cap trapezoidal.

Prin intermediul unei curele dintate (15), miscarea este transmisa unei alte fulii (16), fixata pe surubul trapezoidal (17), miscare de rotatie fiind transformata in miscare de translatie prin intermediul unui mecanism surub-piulita, piulita (18) fiind fixa intr-o carcasa (19) (asa cum este ilustrat in fig.1.3.1.2.7.), iar carcasa fixa de placa ce apartine sistemului de transfer.

Lantul cinematic al modulului de translatie pe verticala este ilustrat in figura 1.3.1.2.7.

Fig. 1.3.1.2.6.a. Latul cinematic al modulului de translatie pe verticala

Fig. 1.3.1.2.6.a. Latul cinematic al modulului de translatie pe verticala

Fig. 1.3.1.2.7. Mecanism surub – piulita

Motor curent continuu Robofun

Motorul de curent continuu este cumparat de la firmat RoboFun si este prezentat in figurile de mai jos, in model virtual 3D (fig. 1.3.1.2.8.a) si in model real (fig. 1.3.1.2.8.b).

Fig. 1.3.1.2.8.a. Motor curent continuu Fig. 1.3.1.2.8.b. Motor curent continuu model virtual model real

In figura 1.3.1.2.8.c este prezentat desenul de executie al motorului.

Fig.1.3.1.2.8.c. Cotele de gabarit ale motorului

ROBOCARUL PE SINE

Robocarul (fig.1.3.2.1) face legatura intre sistemul de transfer, deci implicit magazie, cu posturile de stocare si cu posturile de prelucrare a piesei de pe paleta.

Robocarul este caracterizat de:

mecanism propriu cu ajutorul caruia se deplaseaza la sol – lant de alimentare (fig.1.3.2.2)

doua posturi de transfer identice (cu acelasi mecanism de transfer).

Deplasarea robocarului se realizeaza pe doua sine, ce se prind pe placa de baza, cu suruburi, pe interior, astfel incat acestea sa nu intervina intre sine si role si sa impiedice deplasarea.

Fig.1.3.2.1 Robocar

Posturile de transfer sunt alcatuite din module identice, ce au in componenta lor:

ghidaje, cu realizarea identica cu cele de pe sistemul de transfer, pe care este asezata paleta.

paleta este indexata cu mecanisme de indexare identice cu cele de pe mecanismul de transfer.

Fig.1.3.2.2. Vedereat desenul de executie al motorului.

Fig.1.3.1.2.8.c. Cotele de gabarit ale motorului

ROBOCARUL PE SINE

Robocarul (fig.1.3.2.1) face legatura intre sistemul de transfer, deci implicit magazie, cu posturile de stocare si cu posturile de prelucrare a piesei de pe paleta.

Robocarul este caracterizat de:

mecanism propriu cu ajutorul caruia se deplaseaza la sol – lant de alimentare (fig.1.3.2.2)

doua posturi de transfer identice (cu acelasi mecanism de transfer).

Deplasarea robocarului se realizeaza pe doua sine, ce se prind pe placa de baza, cu suruburi, pe interior, astfel incat acestea sa nu intervina intre sine si role si sa impiedice deplasarea.

Fig.1.3.2.1 Robocar

Posturile de transfer sunt alcatuite din module identice, ce au in componenta lor:

ghidaje, cu realizarea identica cu cele de pe sistemul de transfer, pe care este asezata paleta.

paleta este indexata cu mecanisme de indexare identice cu cele de pe mecanismul de transfer.

Fig.1.3.2.2. Vederea izomatrica a sistemului de alimentare

Lantul cinematic de alimentare al robocarului actioneaza rotile (22) ale robocarului si este alcatuit dintr-un motorul electric de curent continuu (23), care antreneaza un angrenaj cilindric format din doua roti dintate cilindrice, cu dinti drepti, o roata fiind solidara cu axul motorului de actionare iar alta roata este solidara cu axul rotilor (24) robocarului.

Robocarul se deplaseaza pe sinele de ghidare cu ajutorul mecanismului pinion cremaliera.

Fig.1.3.2.3. Vederea izomatrica a sistemului de alimentare

Fig.1.3.2.4. Vederea izometrica a subsistemului de alimentarea

In figura de mai sus este prezentata o vedere a lantului cinematic de alimentare doar a sistemului de actionare a robocarului cere realizeaza deplaseaza la sol a acetuia. In figura se afla si cremaliera (25) precum si sinele de ghidare (26).

Morotul pas cu pas transmite miscarea de rotatie rotii dintate (27) care este fixata de axul motorului (23) printr-un stift. Printr-un angrenaj cilindric miscarea se transmite unei a doua roti dintate (28).

Roata dintata (28) este fixata de axul (24) printr-o pana paralela (29). Pentru a reda mai bine acest indiciu am realizat o transparenta in zona A. Aceasta vedere este prezentata in figura 1.3.2.5.

Fig.1.3.2.5. Zona A

In urma actionarii rotii dintate (28) miscarea este trasmisa mai departe, rezultand si deplasarea robocarului, prin angrenajul cilindric dintre roata dintata (28) si cremaliera (25).

Placa (31) de care sunt fixate modulele de transfer se asambleaza cu carcasa esterioara (30) prin 4 coltare (fig.1.3.2.7). Carcasa exetrioara este alcatuita din 4 placi de tabla, de 5 mm grosime, sudate intre ele.

Fig.1.3.2.6. Carcasa exterioara robocar Fig.1.3.2.7. Coltar

Modul de prindere al placii (31) de carcasa (30) cu ajutorul coltarelor (fig.1.3.2.5) este prezentat in figurile de mai jos.

Fig.1.3.2.6. Modul de prindere al placi de carcasa

Carcasa (30) a robocarului prezinta 4 alezaje care formeaza un ajustaj cu strangere cu 4 rulmenti radiali. Acesti rulmenti radiali sunt fixati pe axul (24) cu ajutorul unor inele de siguranta si a unui distantier.

Robocarul se deplaseaza de-a lungul sinelor datorita rolelor (22) care sunt fixate pe ax (24) (fig.1.3.2.6). Rolele stau fixe pe ax si datorita ajutajului cu stranger pe care il fomeaza.

Fig.1.3.2.6. Role de ghidare

MAGAZIE PE TREI ETAJE IN FORMA DE « U »

Magazia (subsistemul AS/RS) este alcatuita din 3 module asezate fiecare pe una din laturile literei “U” (fig.1.3.3.1), avand cate trei etaje, primul etaj este la nivelul robocarului. Magazia este caracterizata de:

ghidarea paletei in sertar;

sistemul de blocare al paletei (fig.1.3.3.2).

Ghidarea paletei in sertar se realizeaza in aceleasi conditii ca si pe sistemul de transfer, si anume, ghidarea se realizeaza pe role. Reglajul de rectilinitate se realizeaza datorita profilului rolelor si al sinelor paletei.

Sistemul de blocare al paletei consta intr-un sistem ce utilizeaza un magnet permanent montat pe profilul rastelului, asa cum este ilustrat in figura 1.3.3.2.

Fig.1.3.3.1. Vederea izometrica a magaziei Fig.1.3.3.2. Sistemul de blocare al paletei

POSTURI DE STOCARE INTEMEDIARE

Posturile de stocare intermediare sunt prezentate in figura 1.3.4.1 si sunt alcatuite din 3 locasuri de depozitare a paletei.

Posturile de stocare intermediare sunt alcatuite din urmatoarele componente:

Carcasa (32)

Placa suport (33)

Sisteme de ghidare (34)

Sisteme de blocare a platei (35)

Posturile de stocare intermediare sunt caracterizate de urmatoarele elemente:

Ghidarea paletei in locasul de stocare

Sistem de blocare al paletei

Ghidarea paletei in postul de stocare se realizeaza in aceleasi conditii ca si pe robocar, pe role, reglajul de rectilinitate realizandu-se datorita profilului rolelor si al sinelor paletei.

Sistemul de blocare este prezentat in figura 1.3.4.2., unde este prezentat si modul de fixare al acestuia pe placa suport (33), si anume, imbinare mecanica, cu 2 suruburi cu cap inecat. Mai este prezenta si sistemul de blocare format din al paletei format dintr-un suport (37) in care se afla un magnet permanent (36)

Fig.1.3.4.1. Posturi de stocare intermediare

Fig.1.3.4.2. Sistemul de blocare al paletei

CAPITOLUL 2

Proiectarea Modulului de Transfer

MODULUL TRANSFER

Modulul de transfer este prezentat in figura 2.1. si are rolul de a transfera paleta cu piesa finita, de la robocar la magazie pe trei etaje.

Fig.2.1. Modul Transfer

Modulul de transfer este alcatuit din mai multe componente:

Ansamblu cu electromagnet

Subsistem de transfer

Sistemul de ghidare

Ansamblu electromagnet

Transferul paletei se realizeaza cu ajutorul unui ansamblu cu electromagnet.

Aceste ansamblu este prezentat in figura 2.1.1, având in componenta sa urmatoarele elemente:

Electromagnet (fig.2.1.3.a si fig.2.1.3.b)

Parghie(fig.2.1.4)

Tija(fig.2.1.5)

Arc(fig.2.1.6)

Carcasa inferioara(fig.2.1.7)

Carcasa superioara(fig.2.1.7)

Flansele (8) si (9)

4 distantiere

Plexiglas

Fig.2.1.1. Ansamblu cu electromagnet

Ansamblul cu electromagnet functioneaza in urmatorul fel: la actionarea electromagnetului (1), tija electromagnetului (2) impinge parghia (3) care prin articulata (4) actioneaza tija (5), care si aceasta este articulata (6). In momentul cand electromagnetul este activat, arcul (7) se comprima cu intre capatul tijei si carcasa superioara a ansamblului, urmand ca tija sa intre in locasul de pe paleta astfel realizandu-se cuplarea.

Fig.2.1.2. Elementele ansamblului electromagnet

Electromagnetul este fixat de flansa (8) prin 4 suruburi cu cap imbus. Aceasta flansa (8) este fixata de o alta flansa (9) , iar cea din urma flansa este fixate pe carcasa superioara (7).

In figura 2.1.3.a si in figura 2.1.3.b este prezentat modelul 3D CAD al electromagnetului si respectiv modelul real al acestuia. Electromagnetul este cumparat de la firma Transfer Multisort Elektronik S.R.L. din Bucuresti si are urmatoarele caracteristici:

EM-FS2924BD-24

Tip Electromagnet: de propulsie;

Ualim: 24VDC;

Putere: 4,5W;

Masă: 122g

Producator: INTERTEC COMPONENTS

Simbol original: ITS-LS-2924B-D-24VDC

Dimensiuni 40 x 29,5 x 24,2 mm

Putere 0,2…10,2 N

sarcina lucru 1,1 kg

pas lucru 15 mm

Temperatură limită 130°C

Fig.2.1.3.a. Electromagnet model virtual 3D Fig.2.1.3.b. Electromagnet model real

Urmatorul element al ansamblului cu electromagnet este parghia (3). Aceasta este prezentata in figura 2.1.4, modelul virtual 3D.

Fig.2.1.4. Parghia

In figurile 2.1.5 si 2.1.6 sunt prezentate modelele 3D ale tijei si ale arcului.

Fig.2.1.5. Tija model virtual 3D Fig.2.1.6. Arc model virtual 3D

Urmatorul element prezentat este carcasa inferioara si carcasa superioara a ansamblului cu electromagnet. Aceastea sunt prezentate in figura 2.1.7. modelul 3D virtual. Aceastea sunt realizate din tabla de 5 mm grosime.

Fig.2.1.7. Carcasa model virtual 3D

Subsistem transfer

Din figura de mai jos (figura 2.2.1) reiese constructia subansamblului care genereaza miscarea de transfer. Motorul (10) pune in miscare o fulie (11) cuplata pe axul motorului. Cureaua dintata (12) actioneaza simultan si o alta fulia (13) care, impreuna cu alta fulie (14), identica cu cea precedenta, sunt fixate pe un ax (15) prin doua stifturi (16), asa cum este prezentat in figura 2.1.2.2.

Fig.2.2.1. Constructia subansamblului care genereaza miscare de transfer

Fig. 2.2.2. Fixarea celor 2 fulii

Miscarea este transmisa mai departe tot printr-o curea dintata (17), de curea fiind prinsa o placa intermediara (18), pe care este fixat ansamblul cu electromagnet cu ajutorul careuia se realizeaza transferul, ca in figura 2.2.3.

Fig. 2.2.3. fixarea asnamblului cu electromagnet

Placa intermediara (18) este ghidata cu ajutorul unui sistem de ghidare, compus din 2 rulmenti liniari (20), axe de ghidare (19), si suporti capete (21). Acest sistem de ghidare este reprezentat in figura 2.1.2.4.

Fig. 2.2.4. Sistemul de ghidare al ansamblului cu electromagnet

Arbori de ghidare (fig. 2.2.5) sunt cumparati de la firma Hi-end.

Fig. 2.2.5.Arbori de ghidare

Caracteristicile arborilor de ghidare sunt:

Axa de precizie cu diametrul de 12 mm 

Toleranta h6

Otel de inalta calitate Ck55 calit la suprafata prin inductie 60-64 HRC si rectificat.

Model: W12

Suportii de capete (fig. 2.2.6.a si fig. 2.2.6.b) sunt achizitionati de la firma Hi-end. In figura 2.2.6.c este prezentat desenul de executie al carcasei.

2.2.6.a.Suporti capete model virtual 3D 2.2.6.b.Suporti capete model real

Caracteristicile suporti capete:

Suport de capat pentru axele de precizie cu diametrul de 12 mm

Model: SK12

Fig. 2.2.6.c. Dimensiuni suport capete

Limitatorul (fig. 2.2.7) este achizitionat de la firma Hi-end. Are urmatoarele caracteristici:

Contacte : SPDT; momentary action

Contacte: 5A/250 V AC

Resistenta de contact maxima : 30 mΩ

Durata de viata : 30 000 cicluri

Temperature de operare : -25° to +65°C

Dimensiuni : 19,8 x 6,4 x 10,6 mm (L x W x H)

Model: minil

Fig. 2.2.7. Limitator cu parghie

Doi rulmenti liniari (fig. 2.2.8.a si fig 2.2.8.b) sunt achizitionati de la firma Hi-end, pentru a putea realiza ghidarea ansamblului cu electromagnet pe axele de ghidare (19) din figura 2.2.4.

Fig. 2.2.8a. Rulment liniar Fig. 2.2.8.b. Rulment liniar model real

model virtual3D

Caracteristici:

Rulment linear cu carcasa pentru arborii de precizie rotunzi cu diametrul de 12 mm

Model: SC12UU

Toleranta h7

Fig. 2.2.8.c. Dimensiuni rulment linear SMA 12

Motorul pas cu pas este cumparat de la firmat Hi-end si este prezentat in figurile de mai jos, in model virtual 3D (fig. 2.2.9.a) si in model real (fig. 2.2.9.b).

Fig. 2.2.9.a. Motor pas cu pas Fig. 2.2.9.b.Motor pas cu pas

model virtual model real

Caracteristicile motorului sunt urmatoarele:

Cuplu Nm: 1

Cuplu OzIn: 142

Numar fire: 8

Greutate motor(kg): 0,65

Grosime ax(mm): 6,35

Ax dublu

Lungime motor(mm): 51

Codul motorului este: MPP57STH76-3008B

In figura 2.2.9.c sunt prezentate dimensiunile functionale si de montaj ale motorului.

Fig. 2.2.9.c. Cotele de gabarit ale motorului

Subsistemul de ghidare

La transferul paletei de pe posturile de stocare, aceasta este ghidata prin intermediul unui sistem cu role prezentat in figura de mai jos (fig.2.3.1).

Fig.2.3.1 Sistem de ghidare cu role

CAPITOLUL 3

Analiza, cu ajutorul metodei elemetului finit,

a Modulului de Transfer

Pentru a putea efectua o analiza cu elemente finite a unei structuri, demersul hotarâtor care trebuie întreprins este elaborarea modelului de calcul al structurii respective. Toate aspectele privind acest proces se prezinta în detaliu într-un paragraf separat, datorita importantei subiectului. Modelele MEF sunt modele matematice aproximative ale structurii care urmeaza sa fie analizata. Pentru trecerea de la structura reala la modelul ei de calcul nu exista algoritmi si metode generale care sa asigure elaborarea unui model unic, care sa aproximeze, cu o eroare prestabilita, cunoscuta, structura care urmeaza sa se aproximeze. În general este posibil ca pentru o structura sa se elaboreze mai multe modele, toate corecte dar cu performante diferite. Modelul pentru calculul de rezistenta al unei structuri se elaboreaza pe baza intuitiei, imaginatiei si experientei anterioare a celui care face modelarea. Modelul trebuie sa sintetizeze eficient toate informatiile disponibile referitoare la structura respectiva. Elaborarea unui model de calcul corect si eficient depinde de anumiti factori si trebuie sa îndeplineasca anumite conditii.

Modelul de calcul al structurii care urmeaza sa fie supusa analizei cu elemente finite, în cazul general, este format din linii,care sunt axele barelor structurii, din suprafete plane si curbe, care sunt suprafetele mediane ale placilor componenete ale structurii si volume, care sunt corpurile masive ale structurii. În aceasta etapa a elaborarii, modelul este un continuu, cu o infinitate de puncte, ca si structura data. Discretizarea este demersul fundamental cerut de MEF si consta în trecerea de la structura continua (cu o infinitate de puncte) la un model discret, cu un numar finit de puncte (noduri). Aceasta operatie se face “acoperind” modelul cu o retea de dicretizare si se justifica prin aceea ca din punct de vedere practic, ingineresc, sunt suficiente informatiile privind structura (ca de exemplu, cunoasterea valorilor deplasarilor si ale tensiunilor) într-un numar oarecare de puncte ale modelului, numarul acestora putând fi oricât de mare.

Metoda elementelor finite, în mod obisnuit, definete necunoscutele (deplasari sau eforturi) în punctele modelului si calculeaza valorile lor în aceste puncte. În aceste conditii, rezulta ca dicretizarea trebuie facuta astfel încât sa se defineasca un numar suficient de mare de puncte în zonele de interes,pentru ca aproximarea geometriei structurii, a conditiilor de rezemare si a conditiilor de încarcare sa fie satisfacatoare pentru scopul urmarit de FEA. Din cele mentionate rezulta importanta deosebita a modului cum se face dicretizarea modelului.

Procesul de discretizare are drept urmare împartirea modelului structurii intr-un numar oarecare de fragmente sau elemente, asa cum, de exemplu, zidul unei cladiri poate fi privit ca fiind format din caramizile utilizate la constructia sa. Elementele finite se leaga între ele prin nodurile comune, care sunt vârfurile patrulaterelor sau triunghiurilor (sunt si tipuri de elemente care au noduri si pe laturi). Un element finit poate fi privit ca o “piesa ” de sine statatoare, interactionând cu celelalte elemente numai în noduri. Studiul structurii reale se înlocuieste cu studiul ansamblului de elemente finite obtinut prin discretizare, care devine astfel o idealizare a structurii originare si este un model de calcul al structurii date. Pentru ca rezultatele analizei sa fie cât mai precise trebuie ca procesul de idealizare al structurii date sa fie cât mai “performant”, ceea ce implica respectarea unor regului si exigente privind discretizarea, elaborarea modelului de calcul si – printre altele – utilizarea unor elemente finite adecvate. În principiu, dimensiunile elementelor finite pot fi oricât de mici, dar trebuie totdeauna sa fie finite, adica nu poate fi facuta o trecere la limita prin care dimensiunile acestora sa tinda spre zero.

Din nefericire, nu se poate concepe un element finit general, care sa aiba o utilitate universala. Pentru a putea fi implementat într-un program MEF si utilizat pentru un model de calcul, elementul finit trebuie în prealabil “proiectat” în toate detaliile, adica trebuie definit din punct de vedere geometric, fizic, matematic.

Pentru orice analiza cu ajutorul metoda elementului finit, este nevoie de urmarirea anumitor pasi. Acesti pasi sunt prezentati in figura de mai jos:

Figura 3.1. Organigrama etapelor de realizarea a unei analize cu element finit

Pre-procesare – ANSA

ANSA este un instrument multidisciplinar CAE avansat de pre-procesare, care oferă toate funcționalitățile necesare pentru construirea modelului complet, de la date CAD pana la rularea fișierului de intrare Solver, într-un mediu unic integrat. Unele dintre sarcinile cheie pentru pre-procesare CAE care pot fi obținute, sunt:

Geometrie Clean Up & CAD reconstrucție;

Shell & generarea elementelor de volum;

Discretizarea lotului;

Asamblarea pieselor modelarea sudurii;

Pre-procesarea setarii analizei FEA & CFD;

Cuplarea cu optimizatori si sectiunea transversala;

ANSA își datorează succesul unui număr de concepte inovatoare și modalități
de implementare, cum ar fi personalizatul GUI, procesul automatizat integrat, asociativitatea directă a geometriei pentru discretizare, conceptul versatil de discretizare a zonelor, algoritmul „in-house” dezvoltat rapid de discretizare, utilizarea flexibilă a conexiunilor virtuale pentru definirea modelelor de legături alternative ", conceptul de Commun Digital Model, caracteristici automate pentru actualizarea și modificarea modelelor-FE, interoperabilitatea între punțile de pre-procesare, și algoritmi rapizi pentru modelul de calitate & verificarea integrității și îmbunătățiri.

Introducerea datelor CAD & Clean up

Geometria CAD poate fi citita in formate de fișiere neutre, manipulate și vindecate de motorul puternic de proprietate geometrica built-in. În plus, definițiile CAD și modelul structural de date din CATIA V4, CATIA V5, NX, Pro / ENGINEERand format JT pot fi convertite în fișiere ANSA folosind traducători disponibili.

O gamă largă de funcții de vindecare a geometriei, inclusiv cele pentru generarea de fibre neutre, livrează descrieri de geometrie gata să fie discretizate.

Discretizarea

Urmarind idealizarea versatile a ariei discretizate, geometria poate fi discretizata în conformitate cu cerințele de modelare de marginile taietoare, algoritmi de suprafață complet integrata și volum discretizat. Numerosii algoritmi de discretizare de proprietate, algoritmii de înaltă performanță și de discretizare a calitatii volumului, desfășurarea elementelor straturi-limita versatile, algoritmul de discretizare Hexa-Intern , discretizarea Cavitații Acustice și instrumentul de ambalare înainte – inapoi, compune un mediu unic al generației de discretizare. Mai mult, lotul integrat de instrumente de discretizare conduce la rezultate optime controlabile și efort, atât pentru suprafata exterioara cat și pentru discretizarea volumului.

Pentru analiza cu ajutorul elemetului finit, s-a pornit de la modelul virtual al sistemului, model virtual realizat in softul CATIA v5. In vederea pregatirii modelului pentru analiza, s-au efectuat etapele care au fost prezentate in figura 3.1.

Primul pas a fost curatarea geometriei. Si anume, s-au eliminat din geometrie, toate piesele care pot si reprezentate in program cu anumite comenzi. (s-au eliminat saibele, piulitele si suruburile). Dupa ce au fost eliminate anumite piese, s-a trecut la discretizarea pieselor importante din structura. Discretizarea pieselor se face dupa anumite criterii. Fiecare soft de analiza (ABAQUS, NASTRAN sau Pam CRASH) are criteriile sale.

Pentru analiza modulului de transfer, piesele care alcatuiesc modulul de transfer au fost discretizate in solid. Un exemplu de discretizare al unei piese este prezentat mai jos, unde s-a discretiza piesa: rulment liniar SMAUU20.

Punți de pre-procesare

Finalizarea pre-procesării este realizata prin punțile de pre-procesare unic interoperabile pentru NASTRAN, LS-DYNA, PAM-CRASH, RADIOSS, Abaqus și ANSYS structurale, care permit modificarea directă intre metodele de rezolvare, inclusiv sincronizarea materialelor. Numeroase utilitati unice facilitează sarcinile laborioase, cum ar fi gestionarea fișierelor incluse, modelul sub-structurare, numerotare entități de control etc. ANSA este multidisciplinara de proiectare, în scopul de a gestiona simultan modele pentru Crash, Durabilitate, Analiza NVH, etc., sprijinind toate entitățile cerute de cele mai recente versiuni ale rezolvării. O compilație de caracteristici orientate spre CFD este regăsită în punți speciale de pre-procesare CFD-uri care suportă cele mai populare coduri, cum ar fi STAR-CD & CCM +, Fluent, OpenFoam etc.

Modele de reutilizare

Comunitatea Modelelor FE poate fi, de asemenea, citita în diverse formate și, opțional, rafinata sau grosiera, de funcționalitatea automata a discretizării de reconstrucție, cu o multitudine de capabilități. Modelele FE pot fi modificate chiar mai mult, cu o gamă largă de pre-procesare funcții și instrumente de punți.

Caracteristicile Crash & Safety

Modelarea accidentelor și a siguranței este asistata de caracteristici ușor de utilizat pentru impactări pe poziționare, fixarea centurii de siguranță, poziționarea și articularea de manechine si modele "la impactul cu capul" pentru pasageri și scenarii standard de simulare de siguranță pietonală. Instrumentele cinematice rapide și ușoare rezolvă problemele sofisticate de poziționare, pentru scaune și alte mecanisme.

Controlul soluțiilor

În afară de formatele de rezolvarea pentru care există pachete complete de pre-procesare, de exemplu Nastran, LS-DYNA, PAM-CRASH, RADIOSS, Abaqus și ANSYS, numeroase alte formate de fișiere sunt acceptate, pentru structural, CFD și alte rezolvari.

Instrumente

Baza funcționalitatii de pre-procesare ANSA este îmbunătățită cu un număr substanțial de alte instrumente avansate care permit utilizatorului sa finalizeze sarcinile de specialitate, fără a părăsi mediul software-ul. Astfel de instrumente sunt „Cross Section Analysis Tool”, „BiW Bath Traps Tool” și „Fuel Tank Analysis Tool”.

Optimizarea

Numeroase caracteristici de software, inclusiv Instrumentul Morphing, pregătirea și automatizarea procesului, pot fi combinate pentru a oferi cuplarea versatila cu coduri de optimizare.

Procesarea

Analiza Statica – ABAQUS

Pentru analiza statica, s-a folosit softul ABAQUS.

Abaqus FEA este un software folosit pentru analiza cu element finit si CAE. Numele si logo-ul sunt bazate pe elemente de calcul de tip abacus. Produsul Abaqus contine patru software de baza:

ABAQUS / CAE, sau „Complete Abaqus Environment". Acesta este un software folosit atât pentru modelare și pentru analiză a componentelor mecanice și ansambluri (pre-procesare) cat și pentru vizualizarea rezultatelor in urma analizei cu element finit. Un subgrup de Abaqus / CAE ce include numai modulul de post-procesare pot fi lansate independent în produse Abaqus / Viewer.

ABAQUS / CFD-uri, o aplicatie Computational Fluid Dynamics care prevede dinamica fluidelor avansate de calcul cu capabilități extinse pentru preprocesare și postprocesare prestate în Abaqus / CAE.

ABAQUS / Standard, are un scop general de analiza cu elemente finite

ABAQUS / explicit, este un soft de analiza cu elemente finite cu destinație specială

Produsele ABAQUS utilizeaza limbajul de scripting Python open-source pentru scripting și personalizare. ABAQUS / CAE utilizează fox-Toolkit pentru dezvoltarea GUI.

ABAQUS este folosit în industria auto, industria aerospațială. Produsul este popular cu instituții academice și de cercetare datorita capacitii mari de modelare a materialelor și abilitatea software-ului de a fi personalizat. De asemenea, Abaqus oferă o bună colecție de capacități de domeniul fizic, cum ar fi cuplul acustic-structural, piezoelectric, ceea ce il face atractiv pentru nivelurile de productie de unde mai multe campuri de cunostinte trebuie cuplate.

Acest soft a fost conceput inițial pentru a aborda comportamentul fizic neliniar, ca urmare, pachetul are o gama extinsa de modele de material, cum ar fi: elastomeric (asemanatoare cauciucului).

Secventa de solutionare

Fiecare analiză cu elemente finite completă este formata din 3 etape distincte:

pre-procesare sau modelare: Această etapă implică crearea unui fișier de intrare care conține un design pentru o analiza cu element finit (de asemenea, numit "solver").

procesarea sau analiza cu element finit: Această etapă produce un fișier de ieșire.

post-procesare sau generare de raport, imagine, animație, etc de la fișierul de ieșire: Această etapă este o etapă de redare vizuala a rezultatelor.

ABAQUS / CAE este capabil de, post-procesare pre-procesare, si monitorizarea stadiul de procesare a Solverului, cu toate acestea, prima etapă poate fi, de asemenea, facuta prin alte software compatibile CAD, sau chiar un editor de text. ABAQUS / Standard, Abaqus / explicită sau Abaqus / CFD sunt capabile de a realiza stadiul de procesare. Dassault Systemes produce, de asemenea, fisiere Abaqus pentru CATIA pentru adăugarea etapelor de procesare avansata și de post-procesare la un pre-procesor precum CATIA.

Pentru analiza statica, s-a pornit de la modelul virtual al sistemului,model discretizat in ANSA. Plecand de la modelul discreziat in ANSA, cu criteriile de discretizare ABAQUS, s-au definit conditiile la limita.

Primul pas in vederea pregatirii modelului il reprezinta, reprezentarea legaturilor dintre piesele ansamblului. Cum in tot modelul sunt doar asamblari cu surub si piulita, in ABAQUS, am simulat aceste legaturi, cu ajutorul comenzii MPC (multi-point constrain). Aceast tip de lagatura, leaga toate nodurile intre ele, aceste devenind noduri slave, care vor raspunde unui nod master, creat in centrul de greutate al tuturor punctelor care realizeaza acea legatura. Toate nodurile slave, vor indeplinii aceleasi conditii ca si nodul master. Simulandu-se o imbinare insurubata, pe acest nod master (la fel ca si pe toate celelalte MPC) se vor bloca toate cele 6 grade de libertate.

Dupa ce toate imbinarile insurubate au fost reprezentate, urmator pas, in ceea ce priveste pregatirea modelului pentru analiza statica, il reprezinta definirea contactelor dintre piese, pentru ca in timpul analizei, piesele sa nu intre in penetratii unele fata de altele. Totusi, in analizele statice, nu este nevoie sa fie definite toate contactele dintre piese. Un exemplu pentru modelul pe din acest studiu, il reprezinta contactul dintre placa suport si piciorul cu role, prezentat in figura de mai jos. Deoarece piesele sunt din materiale precum aluminiul sau otelul, si pentru ca, deja am definit imbinarea insurubata cu ajutorul MPC, piesele nu vor intra in penetratii.

Definirea contactelor, in zone unde se stie ca nu vor fi penetratii, nu va face decat sa incarce modelul inutil si sa ingreuneze calculul si deci, marirea timpului de rulare. Pentru a avea rezultate cat mai bune, geometria nu trebuie incarcata.

In aceasta analiza, s-au definit contacte doar pentru kiturile rulmentii liniari si axele de ghidaj. Pentru a se defini un contact in softul ABAQUS este nevoie de mai multe setari. Un contact se defineste in ABAQUS, intre doua SET-uri de elemente sau noduri (slave[1] si master[2]). Fiecare SET, MPC, sau orice alt tip de element creat in ABAQUS, i se atribuie un ID. De aceea, in cartela de CONTACT, se vor folosi ID seturilor sau ale altor caracteristici, cum ar fi coeficientul de frecare dintre cele doua piese. Coeficientul de frecare are ID [3] si are valoarea de 0.2 [4]

In figura de mai jos, este prezentata o cartela de CONTACT si un contact realizat intre doua piese.

Dupa definirea contactelor, urmatorul pas il presupune reprezentare fixarilor sistemului. Aceste fixari sau incastrari, se realizeaza cu comanda BOUNDARY. Aceasta comanda permite setarea gradelor de libertate pentru un nod. De aceea, stiind ca sistemul de transfer este prins de carcasa exterioare, si pentru ca in analiza propusa, nu am luat in seama, pana acum, carcasa exterioara, se vor defini aceste conditii de incastrare BOUNDARY, blocand toate gradele de libertate, ca in figura de mai jos.

Presupunand ca toate conditiile la limita au fost definite, singurul lucru de care mai este nevoie, este atribuirea de materiale penru piesele ansamblului. In ABAQUS, unitatile de masura sunt urmatoarele :

masa: tona (t)

deplasare: milimetru (mm)

tensiune: Mega Pascal (MPa)

forta: Newton (N)

timp: secunda (s)

Fiecare piesa are atribuit un PID (property ID). Iar fiecare PID are atribuit un MID (material ID). In figura de mai jos, sunt prezentate o cartela PID si una MID.

De exemplu pentru piesa suporți capete sk20 i s-a atribuit PID:13, al cărui MID este 7.

In figura de mai jos este prezentata si o cartela de material unde sunt definitie:

numele materialului

Modulul de elasticitate si coeficientul lui POISSON

Densitatea materialului

Presupunand ca pregatirea modelului a fost completa, se poate trece la rularea analizei.

Analiza statica a sitemului de transfer, presupune doua tipuri de incarcari:

in momentul cand paleta cu piesa manipulata se afla pe sistemul de transfer, iar sistemul de transfer se afla in pozitia cea mai de sus, datorita greutatii paletei si a piesei manipulate, dar si greutatea proprie a sistemului de transfer, produc tensiuni in structura studiata. Cazul de incarcare statica este prezentat in figura de mai jos.

in momentul in care, sistemul de transfer incearca sa preia paleta cu piesa, de pe robocar, atunci in tija electromagnetului apar tensiuni. . Cazul de incarcare statica este prezentat in figura de mai jos.

Analiza vibratii – NASTRAN

Pentru analiza de vibratii, s-a folosit softul NASTRAN.

Nastran este un soft FEA care a fost dezvolat de NASA pentru industria aerodinamica. Codul sursa NASTRAN este integrat in diferite pachete de softuri, care sunt distribuite de companii ce lucreaza in domeniul auto si aerodinamic.

In 1964 la intalnirea anuală a structurii programului de cercetare dinamica NASA a arătat că centrele de cercetare în curs de dezvoltare s-au separat de softurile de analiză structurală, care a fost specific pentru propriile nevoi. Li s-a recomandat ca un singur program software generic ar trebui să fie utilizat. Ca răspuns, a fost format un comitet ad-hoc. Comitetul a stabilit că niciun soft existent nu ar putea satisface cerințele lor. Ei au sugerat stabilirea unui proiect de cooperare pentru a dezvolta acest software.

Un contract a fost atribuit catre Computer Corporation Sciences (CSC) pentru a dezvolta soft-ul. Primul nume folosit pentru programul în timpul dezvoltării sale în anii 1960 a fost GPSA (General Purpose Structural Analysis) un acronim pentru uz general Analiza structurală. Eventualul nume oficial aprobat de către NASA pentru soft, NASTRAN, este un acronim format din NASA STRucture ANalysis.

Aplicația software NASTRAN a fost scrisa pentru a ajuta la proiectarea eficienta a vehiculelor spațiale, cum ar fi Space Shuttle. NASTRAN a fost lansat pentru public în 1971 de către Biroul de Tehnologie NASA. Utilizarea comercială a NASTRAN a ajutat pentru a analiza comportamentul de structuri elastice de orice dimensiune, formă, sau scop. De exemplu, industria de automobile utilizează programul de proiectare a sistemelor de suspensie față și legături de direcție. De asemenea, este utilizat în proiectarea de piese de cale ferata si masini, poduri, centrale electrice, zgârie-nori, și aeronave. Softul a fost estimat ca a fi returnat 701 milioane dolari in economii de costuriin perioada 1971-1984. NASTRAN a fost inaugurat în Hall of Fame-ul Fundatiei Fundatia Space Technology in 1988, unul dintre primele tehnologii care a primit această onoare.

Programul NASTRAN a evoluat în mai multe versiuni. Fiecare nouă versiune conține îmbunătățiri în capacitatea de analiză și de performanță numerică. Astăzi, NASTRAN este utilizat pe scară largă în întreaga lume în industria aerospațială, industria de automobile și maritime. Se susține ca NASTRAN este standardul industriei pentru tipuri de bază de analiză pentru structuri aerospațiale,analize liniare elastice statice și analize dinamice.

NASTRAN este scris în primul rând în FORTRAN și conține peste un milion de linii de cod. NASTRAN este compatibil cu o mare varietate de calculatoare si sisteme de operare, de la stațiile de lucru mici la cele mai mari supercomputere.

NASTRAN a fost proiectat de la inceput pentru a consta din mai multe module. Un modul este o colecție de subrutine FORTRAN proiectate pentru a efectua o sarcina spcefica prelucrarea geometriei modelului, asamblari matrice, aplicând constrângeri, rezolvarea problemelor de matrice, calcularea cantităților de ieșire, tipărirea soluției, și așa mai departe. Modulele sunt controlate de un limbaj intern numit Direct Matrix Abstraction Program (DMAP).

Fiecare tip de analiza este denumita o secventa SOL. Cateva din cele mai comune coduri, secvente SOL, sunt:

SOL101 – analiza static liniara

SOL103 – analiza modala

SOL105 – flambaj

SOL106 – analiza static non-liniara

SOL108 – Frecventa de raspuns direct

SOL109 – Raspuns Tranzitoriu Direct

SOL111 – Raspuns in Frecventa

SOL112 – Răspuns tranzitorie Modal

SOL129 – tranzitoriu neliniar

SOL144 – Analiza Static aeroelastică

SOL145 – Analiza Aeroservoelastic

SOL146 – Analiza dinamică aeroelastică

NASTRAN este în primul rând un solver pentru analiza cu element finit. Nu are funcționalitate care permite construirea unui model grafic sau discretizare. Toate datele de intrare și ieșire ale programului sunt în formă de fișiere text. Aceste instrumente software includ funcționalitatea de a importa și de a simplifica geometriile CAD, mesh cu elemente finite, și aplicarea de sarcini și constrangeri. Instrumentele permit utilizatorului să prezinte o analiză NASTRAN, și sa importe rezultatele aratandu-le grafic. În plus față de capacitățile de pre-și post-procesare, mai mulți vânzători NASTRAN au integrat capabilități neliniare mai avansate în produsele lor Nastran.

Pentru studiul de vibratii, s-a pornit de la modelul virtual al sistemului,model discretizat in ANSA. Plecand de la modelul discreziat in ANSA, cu criteriile de discretizare NASTRAN, s-au definit conditiile la limita.

Primul pas in vederea pregatirii modelului il reprezinta, reprezentarea legaturilor dintre piesele ansamblului. Cum in tot modelul sunt doar asamblari cu surub si piulita, in NASTRAN, am simulat aceste legaturi, cu ajutorul comenzii RBE2 (rigid body element). Aceast tip de lagatura, leaga toate nodurile intre ele, aceste devenind noduri slave, care vor raspunde unui nod master, creat in centrul de greutate al tuturor punctelor care realizeaza acea legatura. Toate nodurile slave, vor indeplinii aceleasi conditii ca si nodul master. Simulandu-se o imbinare insurubata, pe acest nod master (la fel ca si pe toate celelalte RBE2) se vor bloca toate cele 6 grade de libertate.

Dupa definirea legaturilor intre piese, urmatorul pas il presupune reprezentare fixarilor sistemului. Aceste fixari sau incastrari, se realizeaza cu comanda SPC. Aceasta comanda permite setarea gradelor de libertate pentru un nod. De aceea, stiind ca sistemul de transfer este prins de carcasa exterioare, si pentru ca in analiza propusa, nu am luat in seama, carcasa exterioara, se vor defini aceste conditii de incastrare SPC, blocand toate gradele de libertate, ca in figura de mai jos. Se va crea un nou RBE2 cu COG-urile celorlalte RBE2, care ar simula ansamblarile insurubate dintre modulul de transfer si carcasa exterioara, iar in masterul acestui nou RBE2 se va defini un singur SPC.

Presupunand ca toate conditiile la limita au fost definite, singurul lucru de care mai este nevoie, este atribuirea de materiale penru piesele ansamblului. In NASTRAN, unitatile de masura sunt urmatoarele :

masa: tona (t)

deplasare: milimetru (mm)

tensiune: Megapascal (MPa)

forta: Newton (N)

timp: secunda (s)

Fiecare piesa are atribuit un PID (property ID). Iar fiecare PID are atribuit un MID (material ID). In figura de mai jos, sunt prezentate o cartela PID si una MID.

De exemplu pentru piesa fulie transfer i s-a atribuit PID: 19, al carui MID este 12.

In figura de mai jos este prezentata si o cartela de material unde sunt definitie:

numele materialului

Modulul de elasticitate

Densitatea materialului

Coeficientul POISSON

Presupunand ca pregatirea modelului a fost completa, se poate trece la rularea analizei.

Pentru analiza de vibratii a sitemului de transfer, a fost rulata doar SOL103.

SOL 103, presupune un calcul de vibratii prin care sunt calculate modurile (frecventele) proprii ale ansamblului.

Frecventa proprie reprezinta frecventa sistemului oscilant, sistem care este izolat si care a primit un impuls initial.

Zgomotul și vibrația din mediul ambiant sau din zonele industriale sunt produse de procese particulare în care forțe dinamice excită structurile. Acestea crează oamenilor disconfort, stări de oboseală și chiar îmbolnăviri. Asupra mașinilor, vehiculelor și clădirilor efectul lor constă în uzură, scăderea performanțelor, funcționare deficitară sau apariția oricărui grad de defectare ireversibilă.

Multe dintre problemele de zgomot și vibrație sunt legate de fenomenul de rezonanță. Pentru orice situație exstă mereu trei factori:

Sursa – unde este generată forța dinamică,

Calea – explică cum este transmisă energia,

Receptorul – cât de mult zgomot sau vibrație pot fi tolerate.

Oricare dintre acestea poate fi de vină și trebuiesc studiate pentru a găsi soluțiile optime corespunzătoare.

Majoritatea problemelor întâlnite în practică au ca punct de plecare excitarea, prin fenomenul de rezonanță, a unuia sau a mai multor moduri proprii de vibrație de către forțele apărute în regimul de funcționare. Modurile proprii a căror frecvență se găsește în domeniul frecvențelor de lucru vor reprezenta mereu un potențial pericol.

O proprietate, deosebit de importantă, a modurilor de vibrație este aceea că orice răspuns dinamic al unei structuri, la vibrații libere sau forțate, poate fi descompus într-o sumă discretă de moduri proprii de vibrație corespunzătoare acelei structuri.

Parametri modali sunt: Frecvența modală, Amortizarea modală, Forma modului. Parametri modali, corespunzători tuturor modurilor proprii de vibrație existente în plaja frecvențelor de interes, constituie o descriere completă a dinamicii structurii. De aici și necesitatea studierii modurilor proprii de vibrație a structurii în regim liber, moduri care reprezintă proprietăți inerente ale acesteia.

Analiza modală este metoda prin care sunt determinați toți parametri modali și care sunt suficienți pentru formularea unui model matematic, care poate apoi să descrie dinamica structurii. Analiza modală poate fi abordată prin metode analitice sau experimentale. Analiza modală acceptă o abordare liniară a sistemelor și folosește modele liniare. Ca urmare, dacă întâlnim o structură care prezintă unele neliniarități, vom căuta să facem o cât mai bună aproximare liniară. Folosind o formă de undă aleatoare care excită structura cu o mare varietate a nivelelor amplitudinii, prin medierile efectuate ulterior în semnalele intrare-ieșire, comportarea neliniară poate fi eliminată. În general, în studiul neliniarităților se folosește excitația cu o forță sinusoidală de amplitudine maximă.

Scopul analizei modale în mecanica structurala este de a determina formele modurilor naturale și frecvențele unui obiect sau ale unei structuri în timpul vibrații. Este buna utilizarea metodei elementului finit (MEF) pentru a efectua această analiză, deoarece, la fel ca alte calcule utilizând MEF, obiectul analizat, poate avea formă arbitrară și rezultatele calculelor sunt acceptabile. Tipurile de ecuații care rezultă din analiza modală sunt cele observate la eigensystems. Interpretarea fizică a valorilor proprii si vectorilor proprii, care provin de la rezolvarea sistemului, reprezintă frecvențele și formele modului corespunzător. Uneori, rezultatele dorite sunt doar modurile cele mai mici frecvențe, deoarece acestea pot fi modurile cele mai importante la care obiectul va vibra, modurile mici domină toate modurile de frecvență mai mari.

De asemenea, este posibil să se testeze un obiect fizic pentru a determina frecvențele sale naturale și modurile proprii. Aceasta se numește Analiza modală experimentală. Rezultatele testului fizic pot fi folosite pentru a calibra un model de elemente finite pentru a determina dacă ipotezele care stau la baza analizei au fost corecte (de exemplu, s-au folosit proprietățile corecte ale materialului si condițiile de limită).

Analiza modală reprezinta studiul proprietatilor dinamice ale structurilor sub excitație vibratorie. Analiza modală este domeniul de măsurare și analiză a răspunsului dinamic al structurilor și/sau fluidelor când excitate de o cpnditie initiala. Exemplele ar include măsurarea vibrației corpului unui automobil atunci când este atașat la un dispozitiv electromagnetic, sau modelul de zgomot într-o cameră, atunci când excitat de un difuzor. Sistemele de analiza modala al zilelor moderne sunt compuse din traductoare (de obicei, accelerometre și celule de sarcină), sau fără contact, prin intermediul unui Vibrometru laser, o interfață de convertor de tip analog-to-digital (a digitiza semnale analogice de instrumentație) și un PC (computer personal), pentru a vizualiza datele și a le analiza.

Semnale de excitație tipice pot fi clasificate ca impuls, broadband, swept sine, ciripit, și, eventual, altele. Fiecare are propriile avantaje și dezavantaje.

Analiza semnalelor se bazează de obicei pe analiza Fourier. Funcția de transfer rezultată va arăta una sau mai multe rezonante, a căror caracteristică în masă, de frecvență și de amortizare poate fi estimate din măsurători.

Display-ul animat de forma mod este foarte util pentru inginerii NVH (zgomot, vibrații, și duritatea).

Rezultatele pot fi de asemenea folosite pentru a corela cu analiza cu elemente finite soluții normale de mod

Analiza dinamica (Crash) – PamCrash

Pentru analiza de vibratii, s-a folosit softul PamCRASH. Pentru analiza dinamica, s-a pornit de la modelul virtual al sistemului, model discretizat in ANSA. Plecand de la modelul discreziat in ANSA, cu criteriile de discretizare PAMCRASH, s-au definit conditiile la limita.

Primul pas in vederea pregatirii modelului il reprezinta, reprezentarea legaturilor dintre piesele ansamblului. Cum in tot modelul sunt doar asamblari cu surub si piulita, in PAMCRASH, am simulat aceste legaturi, cu ajutorul comenzii RBODY0 (rigid body). Aceast tip de lagatura, leaga toate nodurile intre ele, aceste devenind noduri slave, care vor raspunde unui nod master, creat in centrul de greutate al tuturor punctelor care realizeaza acea legatura. Toate nodurile slave, vor indeplinii aceleasi conditii ca si nodul master. Simulandu-se o imbinare insurubata, pe acest nod master (la fel ca si pe toate celelalte RBODY0) se vor bloca toate cele 6 grade de libertate.

După ce toate îmbinările insurubate au fost reprezentate, urmator pas, in ceea ce priveste pregatirea modelului pentru analiza dinamica, il reprezinta definirea contactelor dintre piese, pentru ca in timpul analizei, piesele sa nu intre in penetratii unele fata de altele. Pentru aceste contacte, in model s-au definit 2 tipuri de contacte:

Contact AUTO, 36, care recunoaște toate piesele si nu da voie ca piesele sa intre in penetratii. Acest tip de contact este specific PamCrash.

Contact intre modulul de transfer si suprafata de contact, cu care urmeaza sa se ciocneasca. Acest tip de contact este un CONTACT 33, care este un contact de tip element-element.

Dupa definirea contactelor, urmatorul pas il presupune reprezentare fixarilor sistemului. Aceste fixari sau incastrari, se realizeaza cu comanda BOUNC. Aceasta comanda permite setarea gradelor de libertate pentru un nod. De aceea, stiind ca sistemul de transfer este prins de carcasa exterioare, si pentru ca in analiza propusa, nu am luat in seama, pana acum, carcasa exterioara, se vor defini aceste conditii de incastrare BOUNC, blocand toate gradele de libertate.

Considerand ca toate conditiile la limita au fost definite, singurul lucru de care mai este nevoie, este atribuirea de materiale penru piesele ansamblului. In Pam CRASH, unitatile de masura sunt urmatoarele :

masa: grame (g)

deplasare: milimetru (mm)

tensiune: Megapascali (MPa)

forta: Newton (N)

timp: milisecunde (ms)

Fiecare piesa are atribuit un PID (property ID). Iar fiecare PID are atribuit un MID (material ID). In figura de mai jos, sunt prezentate o cartela PID si una MID.

De exemplu pentru peisa arbore ghidaj transfer i s-a atribuit PID: 11, al carui MID este 6.

In figura de mai jos este prezentata si o cartela de material unde sunt definitie:

Numele materialului

Modulul de forfecare

Modulul de elasticitate

Densitatea materialului

tensiunea admisibila

Tensiunea plastica maxima

Considerand ca pregatirea modelului a fost completa, se poate trece la rularea analizei.

Analiza dinamica a sitemului de transfer, presupune doua tipuri de incercari:

In situatia in care subansamblul de transfer se afla in pozitia cea mai de jos, cu ansamblul cu electromagnetul extins la maxim, exista riscul ca ansamblul cu electromagnetul sa nu se retraga pentru ca robocarul sa se pozitioneze corect (robocarul se deplaseaza de la posturile de stocare intermediare catre sistemul de tip lift.).

in situatia in care sistemul de tip lift se roteste si loveste ori robocarul ori rastelul.

Postprocesarea – METAPOST

Procesorul MetaPost este un foarte bun Multi-Purpose post-procesor, fiind în curs de dezvoltare rapidă și continuă încă de la prima sa apariție pe piață, în decembrie 2001. După ce a fost proiectat de la bun început ca un mediu integrat pentru satisfacerea tuturor nevoilor de post-procesare din diferite discipline CAE, softul MetaPost își datorează succesul performanțelor sale impresionante, caracteristicilor sale inovatoare și a capacităților sale de interacțiune între animații, terenuri, clipuri video încărcate, rapoarte și alte elemente. Aceste caracteristici permit creșterea rapidă a numarului clienților la nivel mondial.

META Post este un software avansat de post-procesare, care oferă o gamă largă de funcționalități pentru analizarea rezultatelor provenite din NASTRAN, ABAQUS, LS-DYNA, PAMCRASH, RADIOSS și rezolvarea MADYMO. Acesta susține, de asemenea, rezultate în formatul de fișier ascii, PATRAN. Natura sa multi-disciplinară se poate acomoda nevoilor de post-procesare divergente pentru Crash, NVH, durabilitate și alte discipline

Atât post-procesarea 3D cat și 2D plot pot fi efectuate la un nivel ridicat în același mediu de lucru. Studiile de corelare între rezultatele de simulare și datele de testare fizice pot fi efectuate folosind diferite instrumente integrate, cum ar fi sincronizarea video. Lanțul de prelucrare încheie cu generarea efort de rapoarte șablon, în același mediu de lucru.

Dezvoltarea în continuare a softului de post-procesare Meta Post Procesor are în vedere acoperirea mai multor aspecte legate de post-procesare, care vizează furnizarea de un instrument unic pentru toate sectoarele CAE.

Din cele mai importante caracteristici mentionate, următoarele caracteristici sunt prezente mereu în program: performanta remarcabila, interfata simpla si customizabila, nivel ridicat de automatizare a proceselor și implementarea de caracteristici avansate, inovatoare, pentru a îmbunătăți în continuare post-procesarea.

μETA este un instrument avansat de post-procesare CAE. Principala prioritate a dezvoltării sale este considerata a fi ușurința în utilizare și manipulare rapidă / prelucrare a rezultatelor din analiza cu element finit. Conceptele de bază și caracteristicile software-ului sunt următoarele:

– Manipularea și prelucrarea apidă a rezultatelor.

– Grafica de înaltă performanță.

– Acoperirea larga a tipurilor de rezultate.

– Flexibilitate care decurge dintr-o interfață ușor de utilizat și complet customizabilă.

– O gamă largă de instrumente, cum ar fi 2Dplots care pot fi asociate cu ecran 3D, mai multe ferestre pentru desen, mai multe planuri de secțiune

– Asistenta cu modelul de calibrare prin diverse instrumente, cum ar fi sincronizare video

Afișarea rezultatelor in μETA este reglementată de două module de program: „States” si și „Fringe Options”, care reglementează stilul de desen al încărcărilor cerute de utilizator. „States” controlează în principal, care parte a încărcării modelului este în prezent vizualizat. „States” se referă fie la un bloc cu rezultate de deplasare, fie la un bloc cu rezultate ale unei funcții, fie ambele, legate exclusiv de anumite condiții ale modelului (pas de timp, frecvență, condițiile la limită sau încărcări). Toate încărcările statusurile sunt listate în „States”. De la versiunea 6.0.0, μETA,în mod special pentru rezultatele Nastran, susține afișarea seturilor de încărcări corespunzătoare pentru fiecare caz de încărcare caz în parte, spre deosebire de afișarea lor, pe toate dintr-o dată pentru orice caz de încărcare. Seturile de încărcare sunt afișate toate o singură dată, în starea inițială. „Fringe Options” reglementează tipul de rezultate pentru a putea fi vizualizate (date deplasare sau Funcții de date) și modul în care aceste date sunt vizualizate.

Identificarea rezultatelor în μETA include următoarele caracteristici:

– Un buton de comutare, care poate fi folosit pentru a obține informații pentru nodurile selectate, elemente, part, materiale, grupuri, distanțe și unghiuri definite în ceea ce privește statusul în prezent vizualizat. Acest informația este scrisă în fereastra de mesaje META-post, dar opțional poate fi disponibil pe ecran. De asemenea, opțiunea de „iFilter” oferă acces la interfața filtru avansat care oferă opțiuni de filtrare extinse pe grupuri, piese sau elemente.

– Un al doilea buton în interfața principală,este butonul „Extreme”. Aceasta este folosit pentru identificarea și izolarea in spațiul de lucru a parturilor care îndeplinesc criteriile de filtrare.

– Identificarea elementelor care dețin valori care se află într-un interval definit de utilizator.
– Identificarea de noduri și elemente care dețin valorile maxime și minime în ceea ce privește orice tip de rezultate.

– instrumentele de statistici, care constituie o abordare mai cuprinzătoare în identificarea componentelor si entitățile, acoperă o gamă largă de aplicații de identificare.

Majoritatea comenzilor utilizate în μETA poate fi aplicat direct din interfața principală. Cu toate acestea, există comenzi care pot fi aplicate doar de la linia de comandă sau din lista de „Comenzi”.

In următoarele pagini sunt prezentate rezultatele celor 3 tipuri de analize efectuate pe sistemul de transfer.

Rezultate analiza statica

Rezultate analiza de vibratii

Rezultate analiza dinamica (crash)

Concluzii

Analiza statica

CAZ 1: Tensiunea maxima din model este de 18,5MPa, pe arborii de ghidaj orizontal, mai mica decât tensiunea admisibilă a otelului (380MPa). Deplasări de 0,26mm

CAZ 2: Tensiunea maxima din model este de 19,1Mpa, este mai mica decât tensiunea admisibilă a otelului (380MPa). Deplasări de 1.3mm.

Analiza vibrații

Primul mod propriu >30Hz

Moduri proprii ale sistemului de transfer, in afara plajei de 100Hz +/- 10Hz

Analiza crash

CAZ 1: Tensiunea maxima din model este de 108Mpa, este mai mica decât tensiunea admisibilă a otelului (380MPa). Deplasări de 0,4mm in zona ansamblului cu electromagnet.

CAZ 2: Tensiunea maxima pe structura este de 99MPa este mai mica decât tensiunea admisibilă a aluminiului (250MPa). Deplasări de 0,8mm in zona rolelor