Sou iniciante em engenharia mecânica, embora possua formação científica (pós-graduação em matemática) e (principalmente) codifico para viver.

Eu tenho uma idéia sobre a criação de um dispositivo mecânico; Eu imagino que isso acarreta engrenagens, conexões e atuadores.

Eu tenho uma idéia aproximada de onde as coisas vão se encaixar, mas eu gostaria de poder testar e ajustar o design no software antes de construir o dispositivo real. Como ponto de esclarecimento, quando digo "teste", quero dizer a visualização via animação, por exemplo, se dois itens colidirão quando em movimento ou se há margem de manobra suficiente entre eles à medida que passam um pelo outro.

Isso me permite fazer os testes de design e simulação das peças, antes de finalizar o design e depois construir o sistema físico a partir do design.

As etapas são:

1. Construa o design 3D em software
2. Execute a simulação para ver se "funciona", se não corrigir o design e iterar
3. Construa um sistema físico a partir de um design que "funcione"

Eu descobri que o sistema consiste em três subsistemas trabalhando juntos.

Então, eu gostaria de projetar e testar cada subcomponente antes de integrá-los ao sistema completo.

Minha pergunta então é esta:

• É assim que o design é feito no mundo real?
• Quais são os prós e os contras do esquema que planejei?

Pretendo usar o FreeCAD para projetar e testar.

Resposta: Sim , é exatamente assim que é feito no mundo real. O que você descreveu é o que faço no meu trabalho para verificar sistemas em CAD.

Como você indicou que gostaria que eu seguisse meu processo de design, eu o detalhei abaixo. Observe que a maior parte disso não envolve CAD. O CAD é inestimável, mas apenas se você estiver preparado para retirar o lápis e o papel primeiro. Observe também que este é apenas o meu processo de design, de modo algum é o único caminho a seguir.

Preparação

Quando inicio qualquer projeto, começo por descobrir parâmetros gerais, como em que espaço ele precisará se encaixar, em qual interface ele precisa, qual será a entrada e a saída. Digamos (por um exemplo concreto) que estou fabricando uma máquina que pega um longo pedaço de tubo e corta em seções predeterminadas. Meus primeiros passos seriam determinar o tamanho e o material do tubo que eu quero inserir, em que comprimento a máquina deve ser cortada, em qual método eu vou usar para cortar o tubo e quanto espaço tenho no chão de fábrica para a referida máquina.

Então, eu faria um esboço realmente aproximado do que estou pensando. No exemplo do cortador de tubos, pode ser tão simples quanto uma caixa chamada "cortador" e uma linha rotulada com o diâmetro e comprimento do peso do tubo.

O próximo passo é fazer algumas contas para descobrir quais forças, velocidades etc. serão necessárias. Desde que você disse que é proveniente de matemática, não vou me demorar muito nisso.

Eu costumo fazer outro esboço aqui, exceto agora que tenho alguma noção do tamanho dos meus componentes, porque conheço as forças envolvidas.

Depois de fazer as contas, procuro peças comerciais que atendam às minhas necessidades e (se possível) baixo arquivos CAD ou desenhos mecânicos para essas peças.

Depois de ter algumas peças comerciais, farei outro esboço, desta vez mostrando as posições relativas das minhas peças comerciais com suas interfaces rotuladas para que eu saiba que tipo de estrutura de suporte tenho que construir.

modelagem 3d

Neste ponto, eu finalmente decifro o pacote CAD. Começo criando modelos 3D de qualquer peça comercial que eu possua e que não possua modelos 3D disponíveis on-line. Depois, prossigo para as peças da minha estrutura de suporte e monto finamente todas as peças em uma montagem.

Aqui está a parte sobre a qual você provavelmente está muito curioso, se nunca usou o CAD antes.

No CAD 3D, você deve desenhar cada peça (geralmente algo que vem como uma peça comercial ou é feito de uma única peça de material em seu próprio arquivo de peça. Depois de ter arquivos de peça, você pode criar o que é chamado de montagem. A montagem permite selecionar vários arquivos de peça e definir os vínculos entre eles.Os programas CAD não têm noção de "colisões", portanto é necessário informar ao programa quais faces estão alinhadas com outras faces, a que distância estão etc. com seis graus de liberdade e cada restrição reduz em certa medida os graus de liberdade.A especificação de duas faces como paralelas remove um grau de liberdade, um posicionamento (duas superfícies são coincidentes) remove duas ou três, etc.

FreeCad

Eu não usei o FreeCad, por isso não posso comentar especificamente sobre quais serão os prós e os contras, mas meu palpite é o seguinte: os profissionais serão que ele é gratuito e você verá quais dimensões funcionam e o que não funciona , os contras serão que o software comercial teria sido mais fácil de usar.

O CAD é essencial para determinar a interferência geométrica e o design especial. Se Elementos Finitos são usados ​​no pacote CAD, os dados podem ser usados ​​para cálculos de tensão e deformação (determinando se o sistema suportará as cargas). Isso pode se complicar, pois se um sistema for dinâmico, haverá cargas estáticas e cargas dinâmicas. Cargas dinâmicas precisam ser calculadas quando o modelo é submetido a cargas variadas.

Além da resistência mecânica, existem outros parâmetros que precisam ser determinados usando uma simulação. Suponha que você esteja projetando um sistema de suspensão. A constante de mola da mola e a constante de amortecimento do amortecedor precisam ser selecionadas usando uma simulação. Uma simulação matemática pode ser desenvolvida usando o Simulink ou codificando-o em uma linguagem de computador. Usando perfis de força esperados e condições de teste, os parâmetros podem ser determinados usando a simulação.

Eu trabalho para uma empresa de engenharia mecânica da Fortune 500.

O processo de desenvolvimento de produtos em um sistema mecânico é amplamente:

Presumo que você tenha uma especificação completa de coisas como forças, temperaturas, pressões etc. e possa começar a projetar imediatamente. A primeira coisa é começar a gerar conceitos de design que podem ou não atender à especificação. Essa é uma combinação de seleção da geometria que realizará a tarefa, o material que permitirá facilidade de fabricação e desempenho em todas as condições operacionais, com as propriedades de integridade estrutural adequadas para durar a vida útil do projeto especificada.

Esse design é concluído em um pacote CAD, onde os componentes sólidos são modelados.

A partir daí, montagens e desenhos de produção podem ser feitos, mas primeiro devemos validar nosso design com algumas análises. Isso pode ser matemática e física básicas para mostrar que as dimensões funcionarão dentro do envelope do projeto, cinemática e cinética básica ou balanços de massa para um projeto que processa um fluido, por exemplo.

Uma análise mais precisa requer o uso de métodos sofisticados implementados em software conhecido como CAE (engenharia auxiliada por computador) ou ALD (design de análise conduzida)

Para estudar tensões e deformações, temperaturas e, em certa medida, fluidos, o método dos elementos finitos é usado para calcular propriedades locais com base em um modelo em malha e em algumas condições de contorno.

Para estudar a interação de fluidos com a geometria e observar pressões, temperaturas e outras propriedades térmicas e térmicas, é utilizada a dinâmica computacional dos fluidos. Isso geralmente é uma implementação do método de volume finito.

Você aludiu a simular e iterar. É essencialmente assim que o processo é realizado. No entanto, métodos estatisticamente verificados são usados ​​usando a teoria do projeto de experimentos para produzir configurações de projeto otimizadas.

Não sei como você começou, mas eu estou no mesmo barco e fiquei perplexo ...

"implicará em engrenagens, articulações e atuadores". Acredito que seja muito difícil para os entusiastas. Esse nível de modelagem requer um software de design profissional que custa ££££. Se você conseguir isso, tudo ficará bem depois que você se envolver com o modo de pensar da modelagem 3D. Não é como um desenho 2D.

Especificamente, tenho testado o FreeCAD 0.16 (a atual versão estável [?]) E fiquei desapontado. Ainda não está em um ponto utilizável. Acredito que ele nunca chegue à usabilidade, como muitos pacotes de código aberto não, como o 2D LibreCAD. Ele também não pode lidar com mais de uma parte; portanto, pode apenas tentar modelar um link, não links.

Como você está vinculado academicamente, posso sugerir a obtenção de uma licença de estudante / acadêmica para algo como SolidWorks ou SolidEdge. Também pode haver o Fusion 360. Eles funcionam bem e têm uma estatura adequada para ligações e coisas do tipo. Eles também permitem que a amplitude de movimento seja modelada. Infelizmente para mim, como usuário do Linux, não há pacotes de modelagem 3D utilizáveis ​​gratuitos no momento.

Sou iniciante em engenharia mecânica, embora possua formação científica (pós-graduação em matemática) e (principalmente) codifico para viver.

Minha observação é que existem muitos análogos entre como o software é projetado, testado, codificado (heh, nessa ordem) e distribuído - e como os modelos mecânicos são descritos no CAD. Talvez isso ocorra porque a maioria do que faço é modelagem paramétrica, por exemplo, descrevendo ao computador uma receita sobre como produzir um modelo a partir de parâmetros, que podem ser testados.

Você certamente parece estar no caminho certo.

Como nas ferramentas de software, você precisa escolher e conhecer bem suas ferramentas, para trabalhar com elas e não contra elas.

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