Я новичок в машиностроении, хотя у меня есть научное образование (аспирантура по математике), и я (в основном) код для жизни.

У меня есть идея о создании механического устройства; Я предполагаю, что это повлечет за собой механизмы, связи и приводы.

У меня есть приблизительное представление о том, где все будет в порядке, но я бы хотел иметь возможность протестировать и настроить дизайн программного обеспечения перед созданием реального устройства. В качестве пояснения, когда я говорю «проверить», я имею в виду просмотр с помощью анимации, например, столкнутся ли два элемента во время движения или если между ними будет достаточно свободного пространства, когда они движутся мимо друг друга.

Это позволяет мне выполнить проектирование и моделирование испытаний деталей, прежде чем завершить проектирование, а затем создать физическую систему из проекта.

Этапы:

1. Создайте 3D дизайн в программном обеспечении
2. Запустите симуляцию, чтобы увидеть, «работает» ли она, если не исправить проект, и повторить
3. Построить физическую систему из дизайна, который "работает"

Я понял, что система состоит из трех подсистем, работающих вместе.

Итак, я хотел бы спроектировать и протестировать каждый подкомпонент, прежде чем интегрировать их в полную систему.

Мой вопрос тогда такой:

• Это то, как дизайн делается в реальном мире?
• Какие плюсы и минусы схемы я запланировал?

Я собираюсь использовать FreeCAD для проектирования и тестирования.

Ответ: Да , именно так это и делается в реальном мире. То, что вы описали, это то, что я делаю в своей работе для проверки систем в САПР.

Поскольку вы указали, что хотите, чтобы я прошел через весь процесс проектирования, я подробно изложил это ниже. Обратите внимание, что большая часть этого не связана с САПР. САПР неоценим, но только если вы готовы сначала достать карандаш и бумагу. Также обратите внимание, что это всего лишь мой процесс проектирования, это ни в коем случае не единственный способ добиться успеха.

подготовка

Когда я начинаю какой-либо проект, я начинаю с определения общих параметров, таких как пространство, в которое он должен вписаться, с чем он должен взаимодействовать, каковы будут вход и выход. Скажем (ради конкретного примера), что я делаю машину, которая берет длинный кусок трубы и разрезает его на заранее определенные участки. Мои первые шаги должны были бы определить размер и материал трубы, которую я хочу ввести, на какую длину машина должна разрезать трубу, какой метод я собираюсь использовать, чтобы разрезать трубу, и сколько места у меня на цех для указанной машины.

Затем я хотел бы сделать действительно грубый набросок того, что я думаю. В примере с труборезом это может быть просто поле с надписью «резак» и линия с указанием веса и диаметра трубы.

Следующим шагом является математика, чтобы выяснить, какие силы, скорости и т. Д. Потребуются. Поскольку вы сказали, что пришли из математики, я не буду на этом слишком останавливаться.

Здесь я обычно делаю еще один набросок, но теперь у меня есть представление о том, насколько большими должны быть мои компоненты, потому что я знаю, какие силы задействованы.

После того, как я выполню математику, я ищу коммерческие детали, которые отвечают моим потребностям, и (если возможно) загружаю файлы САПР или механические чертежи для этих деталей.

Как только у меня появятся некоторые коммерческие детали, я сделаю еще один набросок, на этот раз показывающий относительное положение моих коммерческих деталей с помеченными их интерфейсами, чтобы я знал, какую структуру поддержки мне нужно построить.

3D моделирование

На этом этапе я, наконец, вырвал пакет САПР. Я начинаю делать 3D модели любых коммерческих частей у меня есть, которые не имеют 3D-модели доступны в Интернете, а затем перейти к моей поддержки структуры частей и finlly собрать все детали в сборку.

Вот та часть, которая вам, вероятно, очень интересна, если вы никогда раньше не использовали САПР.

В 3D CAD вы должны рисовать каждую деталь (обычно либо что-то, что поставляется в качестве коммерческой детали, либо сделано из одного куска материала в своем собственном файле детали. После того, как у вас есть файлы деталей, вы можете сделать то, что называется сборкой. Сборка позволяет выбрать несколько файлов деталей и определить связи между ними.Программы САПР не имеют смысла «столкновений», поэтому вы должны указать программе, какие грани выровнены с другими гранями, на каком расстоянии они находятся друг от друга и т. д. Каждая деталь начинается с шестью степенями свободы, и каждое ограничение в некоторой степени уменьшает степени свободы. Задание двух граней параллельно удаляет одну степень свободы, сопряжение (две поверхности совпадают) удаляет две или три и т. д.

FreeCAD

Я не использовал FreeCad, поэтому я не могу комментировать конкретно, какие плюсы и минусы будут, но я предполагаю, что так: плюсы будут в том, что он бесплатный, и вы увидите, какие измерения работают, а какие - нет минусы будут заключаться в том, что коммерческое программное обеспечение было бы проще в использовании.

CAD имеет важное значение для определения геометрических помех и специального дизайна. Если в пакете САПР используются конечные элементы, данные можно использовать для расчетов напряжений и деформаций (определение того, выдержит ли система нагрузки). Это может усложниться, поскольку, если система будет динамической, существуют статические и динамические нагрузки. Динамические нагрузки необходимо рассчитывать, когда модель подвергается различным нагрузкам.

Помимо механической прочности, существуют другие параметры, которые необходимо определить с помощью моделирования. Предположим, вы разрабатываете систему подвески. Константу пружины пружины и константу демпфирования демпфера необходимо выбирать с помощью моделирования. Математическое моделирование может быть разработано с использованием Simulink или кодирования на компьютерном языке. Используя ожидаемые профили силы и условия испытаний, параметры можно определить с помощью моделирования.

Я работаю в машиностроительной компании Fortune 500.

Процесс разработки продукта в механической системе в широком смысле:

Я предполагаю, что у вас есть полная спецификация таких вещей, как силы, температуры, давления и т. Д., И вы можете сразу приступить к проектированию. Первое, что нужно - начать генерировать концепции проекта, которые могут соответствовать или не соответствовать спецификации. Это комбинация выбора геометрии, которая будет выполнять задачу, материала, который обеспечит простоту изготовления и производительность при любых условиях эксплуатации, с правильными свойствами структурной целостности, которые будут сохраняться в течение указанного проектного срока службы.

Этот проект выполнен в пакете САПР, где моделируются твердые компоненты.

Оттуда могут быть сделаны сборки и производственные чертежи, но сначала мы должны проверить наш проект с некоторым анализом. Это может быть базовая математика и физика, чтобы показать, что размеры будут работать в пределах проектной оболочки, базовой кинематики и кинетики или баланса массы для дизайна, который обрабатывает, например, жидкость.

Более точный анализ требует использования сложных методов, реализованных в программном обеспечении, известном как CAE (автоматизированное проектирование) или ALD (анализ под руководством анализа)

Для изучения напряжений и деформаций, температур и, в некоторой степени, жидкостей, метод конечных элементов используется для расчета локальных свойств на основе сетчатой ​​модели и некоторых граничных условий.

Для изучения взаимодействия жидкости с геометрией и определения давления, температуры и других свойств жидкости и температуры используется вычислительная динамика жидкости. Чаще всего это реализация метода конечных объемов.

Вы намекали на симуляцию и повторение. Это, по сути, как процесс выполняется. Тем не менее, статистически проверенные методы используются с использованием теории проектирования экспериментов для получения оптимизированных проектных конфигураций.

Не уверен, как вы попали, но я в той же лодке и получил тупик ...

«Это повлечет за собой шестерни, связи и приводы». Я считаю, что это очень сложно для любителей. Для этого уровня моделирования требуется профессиональное программное обеспечение для проектирования стоимостью £ £££. Если вы можете получить это, то все будет хорошо после того, как вы познакомитесь с трехмерным моделированием мышления. Это не похоже на 2D черчение.

В частности, я тестировал FreeCAD 0.16 (текущая стабильная [?] Версия) и был разочарован. Это еще не совсем годная к употреблению точка. Я думаю, что он никогда не достигнет юзабилити, как многие пакеты с открытым исходным кодом, такие как 2D LibreCAD. Он также не может иметь дело с более чем одной частью, поэтому можно только попытаться смоделировать ссылку, а не ссылки.

Поскольку у вас академические связи, могу ли я предложить приобрести студенческую / академическую лицензию на что-то вроде SolidWorks или SolidEdge. Там также может быть Fusion 360. Они хорошо работают и подходят для связей и тому подобного. Они также позволяют моделировать диапазон движения. К сожалению, для меня, как пользователя Linux, в настоящее время нет бесплатных пакетов для трехмерного моделирования.

Я новичок в машиностроении, хотя у меня есть научное образование (аспирантура по математике), и я (в основном) код для жизни.

Мое наблюдение состоит в том, что существует множество аналогов между тем, как программное обеспечение разрабатывается, тестируется, кодируется (хе, в таком порядке) и распространяется - и тем, как механические модели описываются в САПР. Возможно, это связано с тем, что большая часть того, что я делаю, - это параметрическое моделирование, например, описание компьютера, рецепт того, как создать модель из параметров, которые затем можно протестировать.

Похоже, вы на правильном пути.

Как и в случае с программными инструментами, вам нужно хорошо выбирать инструменты и работать с ними, а не против них.

Мета-примечание: этот вопрос противоречит туру StackOverflow . Он советует, например, против самоуверенных ответов и тех, "... со слишком многими возможными ответами или которые потребовали бы очень длинного ответа". Это может означать, что кто-то в конце концов закроет запись.