Analiza CAD i MES Zwiększa niezawodność łożysk
Transkrypt
Analiza CAD i MES Zwiększa niezawodność łożysk
Analiza CAD i MES Zwiększa niezawodność łożysk ____________________________________________ Sferyczne łożyska toczne specjalnie zaprojektowane dla platformy wiertniczej ____________________________________________ Aby poprawić jakość, niezawodność i czas dostaw używamy zaawansowanych narzędzi CAD 2D/3D, własnego oprogramowania oraz analizy MES. Artykuł omawia wstępne szkicowanie 2D, następnie modelowanie 3D oraz kalkulacje najważniejszych współczynników dla dwóch sferycznych łożysk tocznych, które będą zamontowane w zębatkowym systemie podnośnika platformy wiertniczej. Projektowanie komputerowe (Computer Aided Design – CAD) zastąpiło dawne szkicowanie, ale pozwoliło również - dzięki wzrostowi mocy obliczeniowej komputerów - na znacznie lepszą analizę szczegółów technicznych produktów, zanim zostaną one wprowadzone do seryjnej produkcji. Będąc wyspecjalizowanym producentem łożysk robionych na specjalne zamówienie dla nietypowych zastosowań, firma RKB używa systemów CAD, aby uzyskać jak najlepszą wytrzymałość, niezawodność i skrócić czas produkcji. Aby zobrazować jak RKB używa tych narzędzi, w następujących krokach przedstawimy, jak RKB zaprojektowało, wyprodukowało i dostarczyło dwa łożyska, które będą pracować w zębatkowym systemie podnośnika platformy wiertniczej. W przeszłości rozwój projektu rozpoczynał się od ręcznego szkicowania wielu rysunków, które były następnie analizowane za pomocą formuł matematycznych. Wyniki i możliwości do poprawy były nanoszone z powrotem na oryginalnych rysunkach, czyli oznaczało to powrót do stołu kreślarskiego. Era komputerowego szkicowania zaoferowała wiele zalet, między innymi: O wiele krótszy czas pracy względem ręcznego szkicowania; Możliwość robienia skomplikowanych obliczeń matematycznych, które mogą być wygodnie przechowywane i swobodnie modyfikowane na dowolnym etapie projektu; Możliwość stworzenia bazy danych wszystkich szkiców, które mogą być modyfikowane i użyte jako punkt wyjścia dla następnych projektów; Eliminacja błędów powstałych z czynnika ludzkiego. Rys. 1 Szkic przedstawiający docelowe miejsce pracy łożysk Przy zachowaniu zgodności z wymaganiami technicznymi, które przedstawił klient dla platformy wiertnicznej (Rys. 1), wybraliśmy i użyliśmy sferyczne łożyska baryłkowe RKB 23248CAW33XS1A i RKB 23048CAW33XS1A (Rys. 2a i 2b). Oczywiście ten wybór został zatwierdzony poprzez dobór odpowiednich wartości typu: nośność podstawowa, przewidywany czas działania, rozkład obciążenia, dopuszczalne naprężenia i ciśnienie na powierzchni styku dwóch łożysk, oraz przez przekazanie tych danych technicznych do klienta. Obliczenia statycznych i dynamicznych współczynników obciążenia zostały przeprowadzone za pomocą RKB MTDS (Main Technical Data Sheet), naszego oprogramowania, ściśle odpowiadającego międzynarodowym standardom ISO 76:2006 oraz ISO 281:2007. Wyniki zostały następnie ściągnięte do innego oprogramowania nazwanego RRLC (RKB Rating Life Calculations – Rys. 3), które zostały w całości zaprojektowane przez naszych inżynierów oprogramowania, aby wyliczyć przewidywaną długość życia dla zmodyfikowanego łożyska, zgodnie z najnowszymi rekomendacjami ISO. W tych obliczeniach zostały wzięte pod uwagę również skrajnie niekorzystne warunki pracy łożyska, słona woda oraz brud i na tej podstawie zdefiniowana została również charakterystyka najbardziej odpowiedniego środka smarującego. W odniesieniu do wszystkich innych Fig. 2 – Poglądowe szkice łożysk sferycznych RKB czynników, które musiały zostać 23248CAW33XS1A oraz RKB 23048CAW33XS1A. zatwierdzone zdecydowano oprzeć się na analizie MES, czyli Metody Elementów Skończonych. Po przeprowadzeniu wszelkich symulacji udało się zaprojektować łożysko, które było w pełni zgodne z wymogami, przedstawionymi przez klienta. Wszystkie rysunki techniczne w rzucie 2D są wykonane w standardowym szablonie, gdzie wprowadzone są niezbędne główne informacje o produkcie (rodzaj, numer części, specyfikacja techniczna, zakład produkcyjny - RKB) oraz szczegółowe dane, dotyczące montażu (położenie części, rozmiar, tolerancja, poziom obciążenia, luz promieniowy i optymalna temperatura pracy). Kluczowa rola projektowania 3D CAD W procesie projektowania CAD przez projektantów RKB, kolejnym krokiem jest modelowanie 3D każdego elementu łożyska i symulacja pracy złożonego modelu. Obecnie, 3D CAD pozwala uzyskać projektantom nową perspektywę i nowe możliwości, które mają duży wpływ na cały łańcuch produkcji. Główne zalety 3D CAD to: • Możliwość rozwoju skomplikowanych podzespołów i przestudiowania interakcji pomiędzy ich elementami; • Szansa na obejście wysokiej złożoności obliczeń używanych na rysunkach 2D do analizy tolerancji poszczególnych komponentów; • Znaczące redukcja zapotrzebowania na prototypy, skutkująca długofalowym Rys. 3 Zrzut ekranu programu RRLC obniżeniem kosztów i czasu potrzebnego na każdy projekt; • Możliwość przechowywania modeli 3D dla wielokrotnego użytku; • Możliwość łatwego dostępu do wartościowych informacji takich, jak: kubatura, centrum inercji, masa i inne, jednocześnie redukując błędy ludzkie do minimum; • Okazja do posiadania niesamowicie dokładnych rzutów 2D na dowolnym etapie projektowania; • Możliwość analizy modelu 3D w warunkach pracy metodą MES (Metodą Elementów Skończonych. Całkiem niedawno, rozwój rysowania w CADzie utorował drogę do Computer Aided Manufacturing (CAM), które pozwoliło bezpośrednio przejść z modelu 3D do prototypu, a nawet do masowej produkcji za pomocą obrabiarek maszynowych CNC. Tak, jak współzależność pomiędzy poszczególnymi elementami procesu rozwoju produktu jest niezwykle silna, tak samo niezbędne jest, by projektant nabył wiedzę nie tylko o projektowaniu, ale również jak wygląda proces produkcji i jakie są dostępne technologie. Biorąc pod uwagę szeroki zakres produkowanych łożysk, każde z nich z wieloma różnymi wersjami konstrukcyjnymi i wymiarowymi, RKB zdecydowało utrzymać podejście modelowania za pomocą parametrów, ponieważ pozwala to na większą elastyczność projektowania. RKB używa CATIA V5, ciągle rozwijającego się oprogramowania, które oferuje szeroki zakres narzędzi projektowych oraz różne sposoby wyświetlania modeli, obejmujące między innymi: • Model szkieletowy w 3D (Rys. 4) wyświetlający jedynie punkty, linie i łuki, bez powierzchni; • Model z siatką wielokąta: zawierający krawędzie i powierzchnie (Rys. 5); • Pełny model (Rys. 6); • Pełny model z użytym materiałem: przydatny do wyliczenia fizycznych właściwości łożyska, ponieważ model adekwatnie przeprowadza symulacje względem użytych materiałów w prawdziwym produkcie. Rys. 1 Model szkieletowy Rys. 2 Model z siatką wielokąta Rys 3. Pełny model Rys. 4 Pełny model z materiałem Podsumowanie W przypadku podnośnika zębatkowego, zainstalowanego na platformie wiertniczej, łożyska zaprojektowanie przez RKB udowodniły, że są idealnie dopasowane względem wymagań, jakie przedstawił klient. Dzięki nieprzerwanemu oddaniu naszych inżynierów i najnowszej generacji technologii znajdujących zastosowanie na każdym etapie szkicowania, kalkulacji, oszacowania i symulacji pracy łożyska oraz zaawansowanego procesu produkcji, firma RKB jest w stanie zapewnić zaprojektowanie i dostarczenie bardzo szerokiego zakresu wysokiej jakości łożysk, które nadają się do najbardziej wymagających aplikacji. W rzeczywistości wiedza i ekspertyzy zdobyte przez Dział Badań i Rozwoju RKB pozwalają tworzyć niezawodne produkty z uwzględnieniem wszystkich czynników, które mogą mieć wpływ na pracę łożyska. Każdy z etapów tworzenia łożysk krótko omówionych w tym artykule, od rysunku 2D do analizy MES, aby zlokalizować ewentualne obszary koncentracji naprężeń, jest podstawą procesu walidacji montażowej, według specyfikacji klienta. W ten sposób Grupa RKB jest w stanie zaoferować niezawodność swoich produktów, unikając nadmiernego rozrostu objętościowego projektów i jednocześnie zmniejszając ogólny łączny koszt każdego przedsięwzięcia, co przekłada się bezpośrednio na korzyść dla klienta. Rys. 8Szkic 2D i komputerowy model 3D elementu tocznego Rys. 9 Aplikacja na miejscu pracy