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Modellierung einer Druckfeder

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Feder mit variabler Steigung modellieren

Dieses Tutorial beschreibt die Modellierung einer Druckfeder mit angelegten und geschliffenen Federenden. Verwendet wird dazu das Spiralförmige Zug-KE, das über Beziehungen gesteuert wird. Zusätzlich wird dem Modell eine vordefinierte Flexibilität zugewiesen. Das Tutorial wurde für Pro ENGINEER Wildfire 4 erstellt, sollte aber auch für Creo gültig sein.

Feder Bild
1. Schritt

Erzeugen Sie eine Ebene mit Versatz zur Ebene TOP von 100 mm. Der Versatz der Ebene definiert die Gesamtlänge der Feder. Nennen Sie die Ebene daher z.B. LAENGE.

2. Schritt

Fügen Sie ein Spiralförmiges Zug-KE ein (Einfügen > Spiralförmiges Zug-KE > Körper). Wählen Sie die Attribute: Variabel, Durch Achse, Rechts- bzw. Linksseitig und bestätigen sie mit Fertig. Im nächsten Schritt wird das Zugprofil definiert. Wählen Sie für die Skizzierebene Neu einstellen und Ebene und wählen Sie die Ebene FRONT aus. Bestätigen Sie die Richtung mit OK und Skiz Ansicht mit Standard. Im Skizziermodus fügen Sie im Mittelpunkt eine vertikale Mittellinie ein und skizzieren parallel dazu eine Linie. Verknüpfen Sie den Anfangspunkt der Linie mit der Ebene TOP und den Endpunkt mit der Ebene LAENGE. Fügen Sie für die Linie ein Durchmessermaß hinzu (siehe untere Abbildung). Dazu wählen Sie Bemaßung erzeugen, klicken auf die Linie, dann auf die Mittellinie, anschließend erneut auf die Linie und platzieren das Maß mit der mittleren Maustaste. Skizzieren Sie auf der Linie vier zusätzliche Punkte und bemaßen Sie diese wie auf der Abbildung gezeigt. Verlassen Sie den Skizziermodus. Anschließend werden Sie aufgefordert die Steigungswerte am Leitkurvenstart sowie am -ende einzugeben. Geben Sie dort jeweils einen Wert von 5 an. Danach können Sie nun die zusätzlichen Skizzenpunkte zum Steigungsgraphen hinzufügen. Klicken Sie dazu auf die einzelnen Punkte und geben jeweils einen Steigungswert an. Für die beiden äußeren Punkte geben Sie ebenfalls einen Wert von 5 ein, für die inneren einen Wert von 20. Haben Sie mit Fertig bestätigt, wechselt ProE wieder in den Skizziermodus. Skizzieren Sie einen Kreis mit Durchmesser 5 um den Startpunkt des Zugprofils und verlassen Sie den Skizzenmodus. Beenden sie mit Ok.

ProEngineer Feder - Schritt 2
3. Schritt

Markieren Sie die Ebene TOP und wählen Sie Editieren > Verbundvolumen. Wechseln Sie die Pfeilrichtung so, dass der Pfeil von der Feder weg zeigt, um dort Material zu entfernen. Wiederholen Sie den Schritt mit der Ebene LAENGE.
Sie haben nun das Grundmodell der Feder erstellt. Die genauen Maße werden über Beziehungen gesteuert. Um mit den Werten des Steigungsgraphen die geforderte Anzahl von Windungen zu erreichen muss die Windungszahl in den fünf Bereichen des Graphen errechnet werden. In den Abschnitten mit konstanter Steigung ist die Berechnung einfach. In den Übergangsbereichen hilft ein Hinweis aus der ProE Hilfe:
In der entstehenden Geometrie ist der durchschnittliche Abstand zwischen Windungen entlang jedes Teilstücks der Achse (das Segment zwischen zwei Kontrollpunkten im Steigungsgraphen) gleich dem Mittel der Steigungen an zwei aufeinanderfolgenden Kontrollpunkten.
Mit der Annahme, dass die beiden Übergangsbereiche jeweils eine Windung lang sind, können damit alle benötigten Federparameter durch Eingabe der Werte Drahtdurchmesser, Gesamtlänge, Windungsdurchmesser und Windungsanzahl berechnet werden.

ProEngineer Feder - Schritt 3
4. Schritt

Klicken Sie mit der Rechten Maustaste im Modellbaum auf das Feder-KE und wählen Sie Editieren. Klicken Sie erneut mit der Rechten Maustaste und wählen Sie Skizzenbemaßungen zeigen. Wechseln Sie die Anzeige zu Bezeichnungen (Info > Bemaßungen wechseln, siehe Abbildung). Achtung, die Namen der Maße können in Ihrem Modell abweichen, was in den Beziehungen berücksichtigt werden muss! Öffnen Sie den Beziehungseditor (Tools > Beziehungen) und fügen Sie zunächst die Eingabewerte ein:

W = 17 /*Gesamtanzahl der Windungen*/
d41 = 3 /*Drahtdurchmesser*/
d24 = 50.5 /*Mittlerer Windungsdurchmesser*/

Möchten Sie die Feder flexibel machen, dürfen Sie die Länge nicht als Beziehung einfügen. Anschließend fügen Sie die Gleichungen für die Berechnung ein. Vergleichen Sie dabei mit der Abbildung und fügen Sie die Bezeichnungen aus Ihrem Modell ein.

d27=d41
d33=d41
d35=d41
d34=d41
d38=d41
d28=d41
d29=(3*d41*(W-4))/(2*(W-3))+d23/(2*(W-3))
d30=d29
d36=(d23-2*d29)/(W-4)
d37=d36
(d23 ist der Versatz der Ebene LAENGE)

Bestätigen Sie mit Ok und regenerieren Sie das Modell. Die Feder sollte nun die exakte Anzahl von Windungen aufweisen. Bei einer geraden Windungsanzahl liegen die Stirnflächen der beiden Federenden in einer Ebene.

5. Schritt

Definieren Sie für die Feder eine Flexibilität, indem Sie im Menü Editieren > Eigenschaften > Flexibilität auswählen. Klicken Sie im Modellbaum auf die Ebene LAENGE und wählen Sie das Längenmaß. In einer Baugruppe können Sie nun die Einbaulänge der Feder z.B. durch den Abstand zweier Flächen anpassen lassen.