Versuch Reverse Engineering eines Pleuels

[r.tec]

Hallo,
ich habe mit Hängen und Würgen versucht ein Pleuel für einen 1000ccm Mini-Motor hinzubekommen. Seht selbst wie es geworden ist. Es gibt da noch ein paar Kanten, die ich nicht weg bekomme.
Zunächst einmal in den Bildern die Pleuel, wie ich sie bearbeitet hatte, also erleichtert und die Außenflächen poliert, wie sie in Wirklichkeit aussehen.

Bild 1 des realen Pleuels

2014-05-10 (0).JPG (84.67 KiB) Viewed 1688 times

Bild 2 der realen Pleuels

2014-05-10 (2).JPG (59.84 KiB) Viewed 1688 times

Dann mein FC-Entwurf:

FreeCAD-Entwurf

BMC 998 Conrod Fusion Version 03 kleiner.jpg (12.52 KiB) Viewed 1688 times

Ich habe das Pleuel in zunächst vier Teile aufgeteilt:
1. das untere Teil mit sehr vielen boolschen Schnitten um die Kontur in etwa hinzubekommen
2. das I-förmige Teil mit Loft
3. das Pleuelauge, auch mit Loft und einem Kegel für das Schmieröl 45 Grad Winkel
4. die Lagerbuchse, ebenso mit einen zylindrischen Loch für das Schmieröl 45 Grad Winkel

...es fiel mir irgendwie kein besserer Weg ein, den es aber bestimmt geben wird.

Diese vier Teile habe ich dann mit Kopieren und Einfügen in eine neue Datei eingestellt und entsprechend mit Placings positioniert.
Der Übergang von Teil 1 auf Teil 2 ist nicht so ganz auf den Bruchteil eines Millimeters genau, habe nun Stunden dran gesessen, bekomme es aber nicht feiner hin.

Soweit so gut.
Wenn ich das originale Pleuel so sehe, sind natürlich alle Ecken mehr oder weniger abgerundet, und da fangen weitere Probleme an, denn mit "Kanten abrunden" geht das nicht durchgängig, denn besonders die spitz zulaufenden Konturen lassen sich so nicht abrunden.

Gibts dazu irgendwelche wertvollen Tipps? Bin für alles dankbar.

Viele Grüße
Helmut

OS: Windows 7
Word size: 64-bit
Version: 0.14.3700 (Git)
Branch: releases/FreeCAD-0-14
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Python version: 2.7.6
Qt version: 4.8.5
Coin version: 4.0.0a
SoQt version: 1.6.0a
OCC version: 6.6.0

[microelly2]

wenn es nur um ein ersatzteil geht,
das an kritischen stellen passt
würde ich so vorgehen

der pleuel sind in erster näherung 2 hohlzylinder mit einer verbindung (wedge)
in der verbindung ist material ausgespart

um den pleuel montieren zu können ist er unten aufgespalten
-> zerlegung mittels bool ops in zwei teile

für schrauben braucht man durchgängige zylinderaussparungen
dann deine löcher für das öl ähnlich zu lösen

abrundungen sind für die funktion des pleues nicht wesentlich,
da fasst doch keiner hin.


wenn du eine genaue nachbildung brauchst für ein museum
würde ich die umrisse nachziehen und daraus das modell aufpolstern

was willst du genau?
für den ersten fall kann ich dir am wochenende mal ein schnelles modell machen

für den zweiten fall siehe
http://freecadbuch.de/doku.php?id=blog: ... einem_foto

[r.tec]

...was will ich genau?

Grundsätzlich möchte ich natürlich mit meinem CAD-Modell so nahe wie möglich an das reale Objekt herankommen. Das wird zu 100% nicht gelingen, aber so ganz zufrieden bin ich mit meinem Entwurf eben nicht.

Ich habe zwischenzeitlich noch ein bisschen mit dem Teil herumgespielt und etliche Kanten mit "fillet" abgerundet, aber in dem unten stehen Bild funktioniert das bei den mit den Pfeilen markierten Stellen nicht, und das stört mich. Vielleicht gibts da Möglichkeiten, die ich nicht kenne, die das ändern. D.h., ich hoffe, dass es da was gibt.

BMC 998 Conrod Fusion Version 04_2 fillet.jpg (78.73 KiB) Viewed 1628 times

Den Pleueldeckel werde ich auch noch modellieren (ich denke, der ist nicht so wild wie das obere Teil), nur bin ich mir derzeit nicht sicher, ob der für die weitere Bearbeitung unbedingt notwendig ist.

Weiter möchte ich dieses Teil in ein FEM-Modell wandeln um damit Versuche mit den Kräften anzustellen, die an dem Pleuel wirken, das sind Zug-, Druck- und auch Biegekräfte, die da wirken. Und das möchte ich schlussendlich darstellen.
Gruß
Helmut

[microelly2]

die beiden unteren pfeile können wirklich problematisch sein
abgeschnittene rundungen innen sind problematisch


ansonsten ist hier mal mein messloeffelmodell,
ich hab daran ein bisschen rumgeschnitten und viele abrundungen dazu gemacht.
mit der vorgehnsweise bekommt man relativ schnell den grundkörper hin
hier sind es nur vier skizzen
und dann viele abrundungen

am ende hab ich nochmal was drauf gesetzt und teilweise wieder abgerundet (sollte man eigentlich nicht machen, aber es geht auch)
schau dir die ersten schritte an und versuch die idee nachzubauen.

[freecad-heini-1]

Hallo Helmut,
ich bin früher als Reisekonstrukteur mit Pro/E durch die Lande gezogen. Habe Demos, Benchmarks und Kundenschulungen gemacht. So ein Pleuel ist keine einfache Aufgabe, die Art und Weise wie man ein solches Modell aufbaut entscheidet über den Erfolg. Selbst mit Pro/E hat man seine Mühe ein solches Modell zu konstuieren.

Ich hätte bei diesem Modell die beiden Augen zuerst gezeichnet, dann den mittleren Körper und die tangentiale Verrundung auch im Sketcher. Das Seitenprofil weg geschnitten. Die Reihenfolge der Radien ist extrem wichtig. Radien immer ganz zum Schluss einfügen. Leider beherrscht Freecad noch keine variablen Radien, glaub das könnte man hier gut gebrauchen.

Ich werde versuchen ein Modell zu konstruieren um die Hauptknackpunkte zu zeigen. Partdesign wäre meine Wahl.

Viele Grüße

Wilfried

[freecad-heini-1]

In diesem Modell sieht man meine Vorgehensweise, Pleuel als Viertel aufgebaut, wird später 2x gespiegelt.
Bis zu diesem Punkt laufen die Verrundungen gut, aber ab jetzt zickt OpenCascade.

[r.tec]

Hallo,
das Viertel-Pleuel sieht gut aus, aber dann muss es auch in allen Richtungen symmetrisch sein. Das ist es ja bei mir in keiner Ebene: alle vier Ecken sind unterschiedlich. Der Steg ist neben der Mitte, das Kolbenbolzenauge auch. Und das Kurbelwellenende ist ja total unsymmetrisch.

Ich habe jetzt noch mal damit herumgespielt mit folgendem Ergebnis:

BMC 998 Conrod Fusion Version 05 fillet.jpg (75.94 KiB) Viewed 1544 times

Besser bekomme ich es nicht hin, obwohl ich den Übergang Steg zum Kolbenbolzenauge schon etwas mächtiger haben möchte, aber mehr als 0,8mm Fillet geht da nicht, sonst gibt es einen Fehler. Schade. Vielleicht mit der Reihenfolge der Fillets herummachen...

Dummerweise in FCStd-Datei mittlerweile fast 10MB groß, so dass ich sie hier nicht mehr einstellen kann.

Jedenfalls habe ich das Solid als .STEP exportiert und danch in Z88 eingelesen. Sieht dann dort so aus:

Z88 Pleuel 001.jpg (246.63 KiB) Viewed 1544 times

Aber da gibt es einen Fehler, dass sich irgendwas überschneidet, aber das ist ja ein Thema für Z88 und nicht FreeCAD. Muss ich mal suchen und mich in Z88 einlesen...

Viele Grüße
Helmut

[r.tec]

Hallo,
so, ich habe das Pleuel jetzt ganz erstellt mit Pleuel-Deckel und mit den 3/8" UNF x 1,5" Schrauben (habe ich als .step von Traceparts übernommen):

Bild 1

BMC 998 Conrod 001.jpg (47.84 KiB) Viewed 1457 times

Bild 2

BMC 998 Conrod 002.jpg (46.23 KiB) Viewed 1457 times

Das Abrunden der Ecken habe ich gelassen, weil das bei dieser komplexen Form nicht so einfach funktioniert. Vielleicht bin ich aber auch nur nicht versiert genug um das mit FreeCAD hinzubekommen.

Könnte mir vielleicht jemand bitte erklären, was es mit dem "Form verfeinern" in der Part-Workbench auf sich hat? Was macht dieser Befehl mit dem Körper?

Das Oberteil wie es hier so ist (als ein Solid mit Fusion gemacht), also ohne die Schrauben und den Pleueldeckel konnte ich sogar als .step exportieren und in Z88 einlesen und vermaschen, berechnen und eine Beanspruchung drauf legen. Alles wunderbar. mit dem Oberteil und dem Deckel zusammen klappt das leider nicht, denn wie im wirklichen Pleuel ist bei den hervorstehenden Ecken des Deckels ein kleiner Spalt zwischen den Ecken und den entsprechenden Aussparungen am Oberteil. Das macht die Vernetzung, wahrscheinlich wegen der Zerklüftung dort, sehr schwierig, bzw. unmöglich. Wenn es doch möglich sein sollte und es jemand weiß wie, wäre ich natürlich für jeden Tipp sehr dankbar.

Allgemein bin ich mit dem jetzigen Stand des Ergebnisses recht zufrieden.

Viele Grüße
Helmut

[mk2]

Hallo Helmut,

du kannst deswegen die drei Teilen nicht in Z88 importieren und Vernetzen, da du ja drei eigenständige Parts hast. Z88 kann noch keine Kontaktprobleme behandeln, und wenn dann müssten die drei Teile einzeln behandelt werden. Sprich jedes vernetzen und dann als Assembly in einem FEM Programm mit den entsprechenden Randbedingungen zueinander setzen.

Du könntest allerdings auch jetzt schon die Teile als "Baugruppe" rechnen, in dem du dir die Reaktionskräfte anzeigen lässt. Diese kannst du dann auf dein zweites Teil aufbringen. Allerdings ist die Geschichte nicht ganz trivial wie Sie erscheint. Du müsstest die Vorspannkräfte der Schrauben mit berücksichtigen. Schrauben würde man in der FEM mit Balken, oder Federmodellen ersetzen. Gemischte Elemente kann jedoch Z88Aurora auch noch nicht, Z88 OS jedoch schon!

An deinem Modell fehlen leider noch die Radien, die sind ganz ausschlaggebend für die Haltbarkeit. Theoretisch hast du in jeder Ecke eine "unendlich" spitze Kante und somet unendlich hohe Kerbspannungen, die aber nur bei hoher Netzfeinheit sichtbar sind.

Ich hoffe du hast mit quadratischen Tetraedern gerechnet? Lineare Elemente sind einfach zu ungenau. Die werden nur bei sehr komplexen Geometrien mit hohen Elementzahlen genutzt um eine sehr grobe Hausnummer als Abschätzung zu erhalten.

Cooles Projekt im übrigen, ich steh ja voll auf ReverseEngineering

MfG

mk2

[r-frank]

Könnte mir vielleicht jemand bitte erklären, was es mit dem "Form verfeinern" in der Part-Workbench auf sich hat? Was macht dieser Befehl mit dem Körper?

Dieser Befehl sucht im Modell, ob es Kanten gibt, die durch eine Boolsche Operation unnötig geworden
sind und deshalb entfernt werden können.
Hintergrund:
Pad in Partdesign auf existenter Fläche bedeutet IMMER auch ein boolsches "Fusion".
Pocket bedeutet IMMER auch ein "Cut" (anders würde es auch keinen Sinn machen).
In Part Module sind zwei Solids auch zwei Solids, erst durch explizites "Fusion" und anschließendes
Refine Shape werden sie zu einem einzigen (neuen) Körper.
Wenn Du unter "Bearbeiten > Einstellungen > Partdesign" bei den boxen alle drei Haken gesetzt hast,
ist dieser Befehl hinfällig ...

Roland