Google překladač: English Deutsch

CAD a jednostopá vozidla

Čtvrtek, 22 Listopad 2007 13:57
Dnes je těžké představit si tak náročný proces, jakým je navrhování prototypů motorových vozidel, bez použití výpočetní techniky a speciálně CA.. aplikací. CA.. gramotnost v oblasti 3D modelování se pokládá za samozřejmost u absolventů strojnických fakult technických univerzit. Snahou technických univerzit je vštěpit studentům základy CA.. přístupů navrhování a výroby strojních součástí. Tento článek prezentuje úroveň výuky CA.. systémů na SjF TU v Košicích jakož i schopnosti studentů tyto vědomosti zužitkovat na realizaci svých projektů.

Jak se to všechno začalo?

Když německý technik a vynálezce Gottlieb Wilhelm Daimler roku 1885 zkoušel se svým synem Paulem dvojkolku s motorovým pohonem (o výkonu 0,37 kW), kterou sestrojil, jistě netušil, že tím zahajuje vývoj motocyklů. Daimlerův motocykl se však ještě nenazýval motocyklem. Sám Daimler nazýval svůj stroj prostě bicykl a nepomýšlel na jeho další zlepšování (bicykl mu sloužil jen jako testovací stroj pro jeho benzínový motor). Výsledek této zkoušky (Paul projel víc než 9 km) však dokázal, že benzínový motor je schopný pohánět vozidla. To, že po několika zkušebních jízdách Daimler věnoval pozornost čtyřkolovému vozidlu, nijak nezmenšuje jeho zásluhu, že byl prvním motocyklistou na světě. [1]

Obr. 1 Motocykl Gottlieba Daimlera – první na světě - replika
Obr. 1 Motocykl Gottlieba Daimlera – první na světě - replika
Obr. 1 Motocykl Gottlieba Daimlera – první na světě - replika
Obr. 1 Motocykl Gottlieba Daimlera – první na světě - replika

Koncepce navrhovaného motocyklu

Myšlenkou bylo vytvořit koncept klasického motocyklu třídy Chopper. Inspirací při tvorbě tohoto konceptu byl model HONDA 1800 VTX.
Každý motocykl má v podstatě tyto hlavní časti: rám, kola a jejich zavěšení, řízení, brzdový systém, hnací soustavu, sedadlo, nádrž a jednotlivé části kapotáže. Návrh konceptu probíhal v SW CATIA V5 R16.

Rám

Základem každého motocyklu je rám (obr. 2). Proto tvorba konceptu motocyklu začala právě tvorbou této části. Jde o uzavřený rám z nosných prvků, které spojují hlavu řízení a zadní vidlici. Rám byl vytvořený plošným modelováním v modulu Generative Shape Design tažením kruhových profilů, následným přidáním objemu a úpravou v modulu objemového modelování Part Design.

Obr. 2 Rámová konstrukce motocyklu
Obr. 2 Rámová konstrukce motocyklu

K vytvoření rámu bylo potřebné využití množství funkcí, pomocných konstrukčních ploch a rovin. Z pohledu tvorby jde o nejpracnější část tohoto konceptu. Při tvorbě rámu byli zohledněny fyziologické proporce lidské postavy za pomoci modulu Human Builder Workbench (obr.4), čímž byl dosažen sofistikovaný tvar rámu.

Kola

Kola konceptu byla vytvořena objemovým modelováním v modulu Part Design, kde nejpoužívanější funkcí byla funkce Shaft, tedy rotování profilu okolo osy, stejně jako pneumatiky. Na kolech jsou umístněny brzdové kotouče. Na předním kole dva kotouče průměru 296 mm, na zadním jeden kotouč o průměru 316 mm. Rozměry předního kola jsou 130/70 R18, zadní kolo má rozměry 180/70 R16.

Zavěšení kol

Přední kolo je umístěno na přední vidlici. Jde o teleskopickou převrácenou vidlici olej – vzduch s průměrem 45 mm. Vzadu jsou dva klasické tlumiče s nastavitelným předpětím pružiny.
Tlumiče byly s rámem svázány v modulu Assembly Design použitím vazby souososti. To zaručuje simulaci pružení a funkčnost celé soustavy ve virtuálním prostředí CAD (obr.3).

Obr. 3 Zavěšení kol
Obr. 3 Zavěšení kol

Karosářské dílce

Při tvorbě karosářských dílů, jako je nádrž na palivo, přední a zadní světlomet, ale i směrovky a sedadlo, byl použit modul Image and Shape. Tato aplikace umožňuje jednoduché modelování ploch za pomoci referenční koule, jejímž deformováním je možné dostat požadovaný tvar. Deformování se uskutečňuje pomocí „tahání“ bodu, přímky nebo plochy. Po dosažení požadovaného tvaru se vytvořené ploše přidá objem o určité tloušťce a následně je možné tvar různě měnit a doplňovat. Přední a zadní blatník byl vytvořen v modulu Part Design jednoduchou rotací profilu funkcí Shaft okolo osy a ořezáním výsledného tvaru (obr. 4).

Obr. 4 Řidítka, blatník, nádrž, sedadlo
Obr. 4 Řidítka, blatník, nádrž, sedadlo
Obr. 4 Řidítka, blatník, nádrž, sedadlo
Obr. 4 Řidítka, blatník, nádrž, sedadlo
Obr. 4 Řidítka, blatník, nádrž, sedadlo
Obr. 4 Řidítka, blatník, nádrž, sedadlo
Obr. 4 Řidítka, blatník, nádrž, sedadlo
Obr. 4 Řidítka, blatník, nádrž, sedadlo

Celý koncept byl vytvořen v poměru 1:1. V modulu Human Builder Workbench byla nadefinována postava člověka a uspořádána poloha těla do požadované pozice (obr. 5). Při editovaní postavy funkcemi Posture Editor a Forward Kinematics je možné ohýbat postavu v kloubech v přesně nadefinovaných intervalech, které respektují respektive kopírují skutečné možnosti lidského těla. Rovněž je možné zkontrolovat zatížení jednotlivých částí těla, zorný úhel jezdce, či dostupnost ovladačů.

Obr. 5 Simulování zorného pole řidiče
Obr. 5 Simulování zorného pole řidiče

Seskládání modelu a vizualizace

Konečné podoby modelu je možné dosáhnout po dokončení všech dílů, přidělení materiálu a barev a jejich vzájemném složení na základě jejich vzájemných vazeb v modulu Assembly Design (obr. 6). Správné definování těchto vazeb zaručuje správné fungování vzájemně se pohybujících dílů jako je přední vidlice vzhledem k rámu, odpružení zadní nápravy vzhledem k rámu a podobně. Všechny tyto díly jsou při tomto konceptu plně funkční a správná definice vazeb zaručuje funkčnost modelu ve virtuálním prostředí.

Obr. 6 Jednotlivé pohledy na motocykl
Obr. 6 Jednotlivé pohledy na motocykl
Obr. 6 Jednotlivé pohledy na motocykl
Obr. 6 Jednotlivé pohledy na motocykl

Vizualizace jednotlivých komponentů i celého modelu byla provedena v modulu Photo Studio (obr. 7). Celkový postup tvorby konceptu zahrnuje strom historie produktu a částí, ze kterých se produkt skládá. Tvorba tohoto modelu trvala řádově stovky hodin.

Obr. 7 Vizualizace
Obr. 7 Vizualizace
Obr. 7 Vizualizace
Obr. 7 Vizualizace

Závěr

Rovněž jako v automobilovém průmyslu, hrají CAD systémy neodmyslitelnou úlohu i při vývoji motocyklů. V uplynulých zhruba dvou desetiletích zaznamenala tato část průmyslu, podobně jako jiné, mimořádně inovační kroky. Dvoustopá vozidla přešla za 122 let své historie mnohými etapami vývoje od jednoduchých přesouvadel až po současné superstroje, které jsou malými divy techniky. Především v segmentu sportovních motocyklů se vyskytují modely, které svými parametry a možnostmi stále posouvají limity výkonů a jízdních vlastností. Na dosažení těchto výsledků mají svůj velký podíl právě CAD systémy, které od posledního desetiletí minulého století až dodnes zajišťují enormní rychlost ve vývoji těchto vozidel. I tento koncepční návrh, vytvořený studentem SjF TU v Košicích v prostředí CATIA V5, je toho důkazem.
Víc obrázků včetně krátkého promo videa je možné zhlédnout na www.sjf.tuke.sk/ci/catia/pracecatiav5.htm.

Literatura:

[1] Motocykl – Historie motocyklů, www.quido.cz/objevy/motocykl.htm
[2] Centrum informatiky SjF TU v Košiciach, CAD/CAM – modelovanie, NC obrábanie, www.sjf.tuke.sk/ci/catia/index.htm

Článek bol vypracován v rámci řešení úlohy VEGA č. 1/2202/05
Výzkum a modelování vlivu parametrů procesu lisování plastů na finální vlastnosti výlisků.