Soy nuevo en ingeniería mecánica, aunque tengo una formación científica (postgrado en Matemáticas), y codifico (principalmente) para vivir.
Tengo una idea sobre la creación de un dispositivo mecánico; Supongo que implicará engranajes, enlaces y actuadores.
Tengo una idea aproximada de dónde encajarán las cosas, pero me gustaría poder probar y ajustar el diseño en el software antes de construir el dispositivo real. Como punto de aclaración, cuando digo "prueba", me refiero a ver a través de la animación, por ejemplo, si dos elementos colisionarán cuando están en movimiento, o si hay suficiente margen entre ellos a medida que se cruzan.
Esto me permite hacer las pruebas de diseño y simulación de las partes, antes de finalizar el diseño y luego construir el sistema físico a partir del diseño.
Las etapas son:
- Construye el diseño 3D en software
- Ejecute la simulación para ver si "funciona", si no, corrija el diseño e itere
- Construir un sistema físico a partir del diseño que "funciona"
He descubierto que el sistema consta de tres subsistemas que trabajan juntos.
Por lo tanto, me gustaría diseñar y probar cada subcomponente antes de integrarlos en el sistema completo.
Mi pregunta entonces es esta:
- ¿Es así como se hace el diseño en el mundo real?
- ¿Cuáles son los pros y los contras del esquema que he planeado?
Tengo la intención de usar FreeCAD para hacer el diseño y las pruebas.
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Respuestas:
Respuesta: Sí , así es exactamente como se hace en el mundo real. Lo que ha descrito es lo que hago en mi trabajo para verificar los sistemas en CAD.
Como indicó que le gustaría que pasara por mi proceso de diseño, lo he detallado a continuación. Tenga en cuenta que la mayor parte de esto no implica CAD. CAD es invaluable, pero solo si está preparado para sacar el lápiz y el papel primero. También tenga en cuenta que este es solo mi proceso de diseño, de ninguna manera es la única forma de hacer las cosas.
Preparación
Cuando comienzo cualquier diseño, empiezo descubriendo parámetros generales como en qué espacio necesitará encajar, con qué necesita interactuar, cuál será la entrada y la salida. Digamos (en aras de un ejemplo concreto) que estoy haciendo una máquina que toma un largo trozo de tubería y la corta en secciones predeterminadas. Mis primeros pasos serían determinar el tamaño y el material de la tubería que quiero ingresar, en qué longitudes la máquina debe cortar la tubería, qué método usaré para cortar la tubería y cuánto espacio tengo en el taller para dicha máquina.
Luego procedería a hacer un esbozo de lo que estoy pensando. En el ejemplo del cortatubos, podría ser tan simple como una caja etiquetada como "cortador" y una línea etiquetada con el diámetro y la longitud del peso del tubo.
El siguiente paso es hacer algunos cálculos matemáticos para determinar qué fuerzas, velocidades, etc. serán necesarias. Como dijiste que vienes de un entorno matemático, no me detendré demasiado en esto.
Por lo general, hago otro boceto aquí, excepto que ahora tengo una idea de cuán grandes deberán ser mis componentes porque conozco las fuerzas involucradas.
Después de hacer los cálculos, busco piezas comerciales que satisfagan mis necesidades y (si es posible) descargo archivos CAD o dibujos mecánicos para esas piezas.
Una vez que tenga algunas partes comerciales, haré otro boceto, esta vez mostrando las posiciones relativas de mis partes comerciales con sus interfaces etiquetadas para que sepa qué tipo de estructura de soporte tengo que construir.
modelado 3D
En este punto, finalmente rompo el paquete CAD. Comienzo haciendo modelos 3D de cualquier parte comercial que tenga que no tenga modelos 3D disponibles en línea y luego procedo a las partes de mi estructura de soporte y finalmente ensamblo todas las partes en un ensamblaje.
Aquí está la parte por la que probablemente tengas mucha curiosidad si nunca antes has usado CAD.
En CAD 3D, debe dibujar cada parte (generalmente algo que viene como una parte comercial o está hecho de una sola pieza de material en su propio archivo de parte. Una vez que tenga los archivos de parte, puede hacer lo que se llama un conjunto. el ensamblaje le permite seleccionar varios archivos de partes y definir los vínculos entre ellos. Los programas CAD no tienen sentido de "colisiones", por lo que debe decirle al programa qué caras están alineadas con otras caras, a qué distancia están, etc. Cada parte comienza con seis grados de libertad y cada restricción reduce los grados de libertad en cierta medida. Especificar que dos caras son paralelas elimina un grado de libertad, un mate (dos superficies son coincidentes) elimina dos o tres, etc.
FreeCad
No he usado FreeCad, así que no puedo comentar específicamente cuáles serán los pros y los contras, pero supongo que esto es así: los pros serán que es gratis y verá qué dimensiones funcionan y qué no. , la desventaja será que el software comercial hubiera sido más fácil de usar.
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El CAD es esencial para determinar la interferencia geométrica y el diseño especial. Si se utilizan elementos finitos en el paquete CAD, los datos se pueden usar para los cálculos de esfuerzo y deformación (determinar si el sistema resistirá las cargas). Esto puede complicarse ya que si un sistema va a ser dinámico, hay cargas estáticas y cargas dinámicas. Las cargas dinámicas deben calcularse cuando el modelo está sujeto a cargas variables.
Además de la resistencia mecánica, hay otros parámetros que deben determinarse mediante el uso de una simulación. Supongamos que está diseñando un sistema de suspensión. La constante de resorte del resorte y la constante de amortiguación del amortiguador deben seleccionarse mediante una simulación. Se puede desarrollar una simulación matemática usando Simulink o codificándola en un lenguaje de computadora. Usando los perfiles de fuerza esperados y las condiciones de prueba, los parámetros se pueden determinar usando la simulación.
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Trabajo para una compañía de ingeniería mecánica de la lista Fortune 500.
El proceso de desarrollo de productos en un sistema mecánico es, en términos generales:
Supongo que tiene una especificación completa de cosas como fuerzas, temperaturas, presiones, etc. y puede comenzar a diseñar de inmediato. Lo primero es comenzar a generar conceptos de diseño que puedan o no cumplir con la especificación. Esta es una combinación de seleccionar la geometría que llevará a cabo la tarea, el material que permitirá la facilidad de fabricación y rendimiento en todas las condiciones operativas, con las propiedades de integridad estructural adecuadas para durar la vida útil de diseño especificada.
Este diseño se completa en un paquete CAD, donde se modelan los componentes sólidos.
A partir de ahí, se pueden hacer ensamblajes y dibujos de producción, pero primero debemos validar nuestro diseño con algún análisis. Esto puede ser matemática y física básicas para mostrar que las dimensiones funcionarán dentro de la envoltura de diseño, cinemática básica y cinética, o balances de masa para un diseño que procesa un fluido, por ejemplo.
Un análisis más preciso requiere el uso de métodos sofisticados implementados en un software conocido como CAE (ingeniería asistida por computadora) o ALD (diseño dirigido por análisis)
Para estudiar tensiones y deformaciones, temperaturas y, en cierta medida, fluidos, el método de elementos finitos se utiliza para calcular las propiedades locales basadas en un modelo de malla y algunas condiciones de contorno.
Para estudiar la interacción de fluidos con la geometría y observar las presiones, temperaturas y otras propiedades fluidas y térmicas, se utiliza la dinámica de fluidos computacional. Esto es más comúnmente una implementación del método de volumen finito.
Aludiste a simular e iterar. Así es esencialmente cómo se realiza el proceso. Sin embargo, los métodos verificados estadísticamente se utilizan utilizando la teoría del diseño de experimentos para producir configuraciones de diseño optimizadas.
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No estoy seguro de cómo te has subido, pero yo estoy en el mismo bote y me he quedado perplejo ...
"implicará engranajes, enlaces y actuadores" Creo que es muy difícil para el aficionado. Este nivel de modelado requiere un software de diseño profesional que cuesta ££££. Si puedes conseguir eso, entonces todo está bien después de que te hayas comprometido con la forma de pensar del modelado 3D. No es como el dibujo 2D.
Específicamente, he estado probando FreeCAD 0.16 (la versión estable actual [?]) Y me ha decepcionado. Todavía no está realmente en un punto utilizable. Creo que nunca podría alcanzar la usabilidad como muchos paquetes de código abierto no lo hacen, como el LibreCAD 2D. Tampoco puede ocuparse de más de una parte, por lo que solo puede intentar modelar un enlace, no enlaces.
Como está vinculado académicamente, ¿puedo sugerirle que obtenga una licencia de estudiante / académico para algo como SolidWorks o SolidEdge? También puede haber Fusion 360. Funcionan bien y son de una estatura adecuada para enlaces y demás. También permiten modelar el rango de movimiento. Desafortunadamente para mí, como usuario de Linux, no hay paquetes de modelado 3D que se puedan usar gratis en este momento.
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Mi observación es que hay muchos análogos entre cómo se diseña, se prueba, se codifica (heh, en ese orden) y se distribuye el software, y cómo se describen los modelos mecánicos en CAD. Tal vez esto se deba a que la mayor parte de lo que hago es el modelado paramétrico, por ejemplo, describirle a la computadora una receta sobre cómo producir un modelo a partir de parámetros, que luego se puede probar.
Ciertamente suenas para estar en el camino correcto.
Al igual que con las herramientas de software, debe elegir y conocer bien sus herramientas, para trabajar con ellas y no en contra de ellas.
Meta nota: esta pregunta va en contra de la gira StackOverflow . Aconseja, por ejemplo, contra respuestas obstinadas y aquellas "... con demasiadas respuestas posibles o que requerirían una respuesta extremadamente larga". Lo que esto podría significar es que alguien cierra la entrada eventualmente.
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