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