Ronald List CATIAV5- GrundkursfurMaschinenbauer Maschinenelemente und Konstruktion Pro/ENGINEER Wildfire 3.0 fUr Einsteiger - kurz und bundlg von S. Clement und K. Kitteljherausgegeben von S.Vajna Pro/ENGINEER Wildfire 3.0 fUr Fortgeschrittene - kurz und bundig von S. Clement und K. Kitteljherausgegeben von S.Vajna Leichtbau-Konstruktion von B. Klein FEM von B. Klein UNIGRAPHICS NX5 - kurz und bundlg von G. Klettejherausgegeben von S.Vajna Pro/ENGINEER-Praktikum herausgegeben von P. Kohler Konstruieren, Gestalten, Entwerfen von U. Kurz, H. Hintzen und H. Laufenberg Technisches Zeichnen von S. Labisch und C. Weber CATIAV5 - kurz und bundlg von R. Ledderbogenjherausgegeben von S.Vajna Lehrwerk Roloff/Matek Maschinenelemente H. WitteI, D. Muhs, D.Jannasch und J. VoBiek Solid Edge- kurz und bundlg von M. Schabackerjherausgegeben von S.Vajna Entwickeln, Konstruieren, Berechnen von H. Theumert und B. Fleischer www.viewegteubner.de ----' Ronald List CAliA V5 Grundkurs fur Masch inen ba uer Bauteil- und Baugruppenkonstruktion, Zeichnungsableitung 4., aktualisierte und erweiterte Auflage Mit 565 Abbildungen Unter Mitarbeit von Michael Sternberg STUDIUM I I VIEWEG+ TEUBNER Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek DieDeutsche Nationalbibliothekverzeichnet diese Publikation inder Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind imInternet Ober <http://dnb.d-nb.de>abrufbar. 1. AuflageJanuar2005 2.,verbesserteund erweiterte AuflageJuni2006 3.,verbesserteund erweiterte AuflageJuni2007 4., aktualisierte underweiterte Auflage 2009 Aile Rechtevorbehalten © Vieweg+Teubner IGWVFachverlageGmbH,Wiesbaden 2009 Lektorat: ThomasZipsner I ImkeZander Vieweg+Teubnerist Teilder Fachverlagsgruppe Springer Science+Business Media. www.viewegteubner.de DasWerk einschlieBlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschOtzt. Jede Verwertung auBerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Verlags unzulassig und strafbar. Das gilt insbesondere fOr Vervielfaltigungen,Obersetzungen,MikroverfilmungenunddieEinspeicherungund Verarbeitung inelektronischen Systemen. DieWiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung alsfrei zubetrachten waren und daher vonjedermann benutzt werden dOrften. Umschlaggestaltung: KOnkelLopka Medienentwicklung, Heidelberg Technische Redaktion: Stefan Kreickenbaum, Wiesbaden Druck und buchbinderischeVerarbeitung: MercedesDruck, Berlin Gedruckt auf saurefreiern und chlorfrei gebleichtem Papier. Printed inGermany ISBN978-3-8348-0600-0 v Vorwort Das vorliegende Buch wurde von mir aus dem Bedurfnis heraus verfasst, Studierenden des Maschinenbaus und Praktikem den Einstieg in das Konstruieren mit CATIA V5 weitgehendst im Selbststudium durch eigenes Tun zu ermoglichen, Vorkenntnisse sind nicht erforderlich. Wer aber schon tiberein Basiswissen in CATIA V5 verfugt, kann z. B. auch mit den Ubungen inKapitel 9beginnen. Die Erfahrung hat bewiesen, es modelliert sich leichter bei einem Grundverstandnis fur die Konstruktionssystematik. 1mKapitel 2habe ich deshalb eine Einfuhrung in denKonstruktions prozess vorangestellt und einfach anwendbare Konstruktionsprinzipien erlautert, Prinzipkon struktionen konnen bereits der Ausgangspunkt der Modellierung sein. Die dazu benotigten Darstellungssymbolewurden vonmirzusammengefasstund zur Anwendungempfohlen. In den Konstruktionsubungen wird aufdie Ausflihrungen dieses Kapitels Bezug genommen. Auch in allen anderen Kapiteln habe ich versucht, den praktischen Bezug zur Maschinenbaukonstrukti onherzustellen. Eine kurze EinfuhrunginCATIA V5 enthalt Kapitel3. Der Umgang mit Dateienin CATIA V5 wird imKapitel 4beschrieben. Grundlagen der Bauteilkonstruktionwerden in Kapitel 5 vermittelt, die in Kapitel 8fur Norm teile und inKapitel 9fillGuss- und SchweiJ3teilesowie Schraubenfedemausgebautwerden. Kapitel 6 beschaftigt sich mit dem Zusammenbau der in Kapitel 5 modellierten Bauteile zu einer Baugruppe. In Kapitel 10werden Methoden der Baugruppenkonstruktion an komplexen Beispielenaus demVorrichtungsbau, derAntriebstechnikund demApparatebauvermittelt. Der Zeichnungsableitung aus den Modellen und der ausfuhrlich beschriebenen normgerechten Zeichnungsaufbereitung ist Kapitel 7 gewidmet. Die Bedeutung der Zeichnungsschnitte fur Baugruppenwird auchandenBeispieleninKapitel 10veranschaulicht. Einen Einstieg in das Konstruieren von Baugruppen mit Abhangigkeiten der Bauteile enthalt Kapiteili. DenAnalysefunktionenfurBauteile und Baugruppenhabe ichgesonderteKapitel zugeordnet. Das Einarbeiten in CATIA V5 erfolgt im Wesentlichenan sorgfaltig ausgewahlten Ubungsbei spielen. Die Modellierung der Bauteile und Baugruppen wird ausfuhrlich beschrieben und ist mit vielen didaktischen Hinweisen versehen. AIle wichtigen Zwischenstufen der Modellierung sind in Bildem festgehalten. Die Bilddarstellung erfolgt in Grautonen. Die Abbildungen der Modelle sowie der CATIA-Skizzenwurden von mir so aufbereitet, dass imVergleichzur farb lichen Darstellung keine Informationsverluste entstehen. Die Unterlagen sind weitgehend er probt. Erfahrungswerte zur Zeitdauer der Ubungen wurden unter Anwenderhinweise am Schluss des Buches angefugt. 1mZuge der Weiterentwicklung von CATIA V5 bleibt es nicht aus, dass einige Funktionen umgruppiert, neue Funktionenhinzugefugtund Fenster neugestaltetwerden. Trotz groJ3erSorg falt konnen infolgedessen bei der hohen Detaillierung der Modellierungsbeschreibungen Un stimmigkeitennicht ausgeschlossenwerden. InjedemFall iststetsdieFunktionalitatder alteren VI Version in der neuen enthalten. Dadurch bleiben auch die CAD-spezifischen Aussagen in die semBuchtibereinen langerenZeitraum aktuell. Mein Dank gilt allen Fachkollegen fur ihre Hilfe und kritischen Hinweise, besonders aber Herrn Stein, dessen System- und Modellierungserfahrungen aus der Zusammenarbeit bis zur Version 5.9 in viele der Ubungen mit eingeflossen sind, Herrn Professor Vogel, der mich bei der Auswahl von maschinenbautypischen Beispielen unterstutzt hat, Herrn Zipsner vom Vie weg Verlag fllrdie freundliche und sachkundige Zusammenarbeit sowie fur die gewissenhafte Lektorierung, dem Verlag fur die Moglichkeit, die Inhalte zu veroffentlichen und fur die gute Ausstattung des Buches. Das Kapitel 7 (Zeichnungsableitungen) wurde unter Mitwirkung von Prof.Dr.Sternberggestaltet. Mein besonderer Dank gilt auch allen Studierenden, die Fehler und Unverstandliches aus den Ubungsanleitungen herausgefiltert und mit Rat und Tat zur Gestaltung der Ubungen beigetra genhaben. Stuttgart, imApril2006 Zur 4.Autlage Fur die aus Fachkreisen zahlreich zugegangenen Buchbewertungen mochte ich mich herzlich bedanken. Die Zustimmung zum Buch hat mich erfreut. Viele Anregungen habe ich beruck sichtigen konnen, ohne den Charakter des Buches als CAD-Ubungsbuchmit integriertem kon struktionsmethodischenVorgehen zu verandern. Nach demdie3.Auflage ohneAnderungen nachgedrucktwerden musste, urndenBedarfabde cken zu konnen, wurde jetzt in der 4. Auflage eine komplette Uberarbeitung aufdie CATIA Version R18 vorgenommen. Neben inhaltlichen Verbesserungen wurden dieKapitel 9.3 Guss konstruktionen und 9.5 Schraubenfedern erganzt. Das Kapitel 10 Baugruppenkonstruktionen wurde vonProf.Dr.Sternberg urndie Skelettmodellierungerweitert. Zum Beschleunigen von Ubungen stehen wieder ausgewahlte CAD-Modellezum Download unter der Internetadresse www.viewegteubner.de/onlineplus zur Verfugung (siehe dazu unter Anwenderhinweise aufSeite 341). Die Madelle sind so gewahlt, dass sie das didaktische Kon zept, sich durch eigenes Uben Grundkenntnisse in CATIA V5 anzueignen, nicht gefahrden. Bereitgestellt werden Dateien fur die Baugruppen Spann- und Abziehvorrichtung, Einspan nung, Topfgetriebe sowie Teiledateien wie Federn und Lagerbock. Insbesondere durfte das Bereitstellen von Einzelteilen fur das Topfgetriebe diese komplexe Ubung fur den Anwender nochattraktiver machen. Stuttgart, imSeptember2008 Ronald List Wenn SiemireineNachricht zumBuchubermitteln wollen, konnen Siedasunter derAdresse [email protected] tun. Inhaltsverzeichnis VII Inhaltsverzeichnis 1 Zielsetzung . 2 Konstruktionssystematische Grundlagen... 3 2.1 DerKonstruktionsprozess imOberblick............ ...... ... 3 2.2 Aufgabenphase... 5 2.3 Konzeptphase.............................................................. 8 2.4 Gestaltungsphase.............................................................. 15 2.5 Ausarbeitungsphase............... 19 2.6 AllgemeineKonstruktionsprinzipien. ..... 20 2.7 ReihenfolgebeimGestalteneinerBaugruppe............................... 25 2.8 Zusammenfassung... .. 32 3 Einfiihrungin CATIA V5... 33 3.1 Allgemeines...................................................................... 33 3.2 Leistungsumfang................................................................ 33 3.3 UmgangmitCATIAV5 35 3.3.1 Bildschirmaufbau..................................................... 35 3.3.2 StartenvonCATIA............ 36 3.3.3 Cursor....................................................................... 36 3.3.4 OperationenmitMaus-undFunktionstasten....................... 36 3.3.5 StandardfunktionendesDauermeniis...................................... 37 3.3.6 Online-Hilfe................................................................... 38 3.3.7 Voreinstellungen..................... 39 4 UmgangmitDateien in CATIA V5............................................. 41 4.1 Allgemeines... ...... ...... 41 4.2 Dateifunktionen... ... 43 5 Bauteilkonstruktion................................................................... 47 5.1 Grundlagen....................................................................... 47 5.2 Skizzenerstellung........................................... 47 5.3 Teileerstellung................................................................. 52 5.4 VerwendeteSymbolikundEinfiihrungsbeispiel............................ 56 5.4.1 Symbolik................................................ 56 5.4.2 Einfiihrungsbeispiel.......................................................... 56 5.5 Teilekonstruktionen........................................ 62 5.5.1 SystematisierungundAuswahiderBeispiele........................ 62 5.5.2 PrismatischeundscheibenformigeTeile.. 63 5.5.3 RotationssymmetrischeTeile.................................... 78 5.5.4 MittelsboolescherOperationenerzeugteTeile....................... 88 5.5.5 MittelseinerFiihrungskurveerzeugteTeile........................ 98 5.5.6 Aus ID-Geometrie erzeugteKorperundTeile 100 5.5.7 ObergangsteileundSchalen 103 5.6 MaterialzuweisungundAnalysefunktionenfur Bauteile 111 5.6.1 Materialzuordnenunddarstellen 111 5.6.2 Bauteiigeometrieausmessen 112 VIII 5.6.3 Tragheitseigenschaftenerrnitteln 113 5.6.4 Gewinde,AuszugsschragenundKriirnmungenana1ysieren 114 5.6.5 Skizzenanalysen 114 5.7 NeuordnendesStrukturbaumesfur Bauteile 115 5.8 ForrnelnundTabelleninBauteilkonstruktionen 116 5.9 PowerCopy 120 6 Zusammenbau vonBauteilenzuBaugruppen 123 6.1 Grund1agenderBaugruppenkonstruktion 123 6.2 WichtigeFunktionenimZusammenbau 125 6.3 ZusammenbauderBaugruppeSpannvorrichtung 126 5.3.1 Vorgehensweise 126 5.3.2 ErstellenderMontagebaugruppen 129 5.3.3 ErstellenderUnterbaugruppen 136 5.3.4 ErstellenderOberbaugruppe 141 5.3.5 Konstruktionskritik 142 6.4 AnderungenanEinzeltei1eninderBaugruppenumgebung 145 6.5 OptischansprechendeDarstellungderBaugruppe 146 6.6 KinematiksimulationeinesMechanismusimAssemblyDesign 147 7 Zeichnungsableitungen 149 7.1 Grundlagen........................................................................ 149 7.2 Hauptfunktionen 151 7.3 Einze1teilzeichnungenerstellen................................... ..... 152 7.3.1 Zeichnungsblattzuweisen 153 7.3.2 Ansichtenerstellen 154 7.3.3 BemaBungenhinzufugen 158 7.3.4 MaBtoleranzenhinzufugen 163 7.3.5 Forrn-undLagetoleranzenhinzufugen 164 7.3.6 Zeichnungsrahmeneinfugen 165 7.3.7 TexteundTabelleneinfugen 166 7.3.8 Oberflachenangabeneinfugen 167 7.3.9 Bezugslinienerstellen 168 7.3.10 SchweiBsymboleeinfugen 169 7.3.11 ErganzendeFunktionenderZeichnungsaufbereitung 170 7.4 Baugruppenzeichnungenerstellen 179 7.5 DIN-StandardeinstellungenfurZeichnungeninCATIA 188 8 Verwenden und Konstruieren von Normteilen 189 8.1 Grundlagen 189 8.2 BenutzensystemeigenerKataloge 190 8.3 BenutzensystemfremderKataloge 191 8.4 KonstruierenvonNorrnteilen............... .... .................... 191 9 Systematische, objektorientierteTeilekonstruktion 195 9.1 Grundlagen 195 9.2 Referenzelemente 197 9.3 Gusskonstruktionen 202 9.4 SchweiBkonstruktionen 221 9.5 Schraubenfedem 228 Inhaltsverzeichnis IX 10 Baugruppenkonstruktion 237 10.1 GrundlegendeGesichtspunkte undallgemeineEmpfehlungen 237 10.2 KonstruktioneinerAbziehvorrichtung 242 10.2.1 Aufgabenstellung 242 10.2.2 Konstruktionssystematische Vorgehensweise 246 10.2.3 ErstellenderAnschlussbaugruppen 247 10.2.4 Grobgestaltung 249 10.2.5 Feingestaltung 253 10.2.6 AbleitendesZeichnungssatzes 255 10.3 KonstruktionvonGehausen 261 10.3.1 Grundlagen 261 10.3.2 Grundfunktionen fur dieGehausegestaltung 265 10.3.3 KonstruktionvonGetriebegehausen inSchalenbauweise 267 10.4 KonstruktioneinesZahnradgetriebes miteinemTopfgehause 278 10.4.1 Grundlagen 278 10.4.2 Aufgabenstellung 279 10.4.3 ErstellendesRadsatzes 280 10.4.4 ErstellendesGehauses 282 10.4.5 Explosionsdarstellungen 287 10.4.6. InteraktiveGestaltungderLagerstellen 288 10.4.7 Zeichnungsschnitt undSchwachstellenanalyse 296 10.4.8 Feingestaltung 298 10.5 KonstruktioneinesSicherheitsventils 299 10.5.1 ZieleundAufgabenstellung 299 10.5.2 GestaltendesVentilgehauses 300 10.5.3 GestaltenderVentileinbauten 305 10.6 Analysefunktionen furBaugruppen 307 10.6.1 Strukturanalysen 307 10.6.2 Masseund Schwerpunkteiner Baugruppe 309 10.6.3 Schnittanalysen 309 10.6.4 Kollisionsanalysen 311 10.6.5 AnalysederBaugruppenbedingungen 313 10.6.6 Anmerkungen am3D-Modell 314 10.7 Skelettmodellierung inBaugruppen 315 11 Konstruieren von Baugruppen mit Abhangigkeitender Teile 321 11.1 Grundlagen..................................................................... 321 11.2 EinfugenmitVerknupfungen 322 11.3 Konstruieren tiberExterne Verweise 325 11.4 KonstruierenmitBaugruppenkomponenten 333 11.5 Auswertung derArbeitsweisen 339 Anwenderhinweise 340 Anhang 341 Literaturverzeichnis 345 Sachwortverzeichnis 346 x Verzeichnis der Ubungen Abziehvorrichtung 242 Profilansch1uss 100 Auflagebo1zen 78 Referenze1emente 197 Aufmaf 218 Rotationstei1e 102 Aufuahmebo1zen . 79 Scha1ene1ement 265 Auszugsschrage 218 Schalengehause 267 Baugruppenkomponenten 333 Scheibe 81 Behalter 103 Schenke1feder 234 Betatigungshebel 91 Schraubenfeder 230 Bo1zen 86 SchweiJ3konstruktion 222 Bundbo1zen 85 Sechskantmuttem 96 Distanzp1atte 64 Sicherheitsventi1 299 Druckbo1zen 86 Sicherungsring 76 Druckfeder 226 Ske1ettmodellierung 318 Druckscheibe 86 Spannhebe1 93 Druckschraube 82 Spannvorrichtung 126 Einfugenmit Verknupfung 322 Sprengring 98 Einfuhrungsbeispie1 56 Topfgehause 278 Exp1osionsdarstellung 287 T-Sruck 89 ExtemeVerweise 325 Venti1 299 Fedem 230 Walzlager 192 Forme1n 116 Werkstuck 77 Gewindebo1zen 85 Winke1e1emente 199 Grundp1atte 68 Zahnradgetriebe 278 Gusshebe1 204 ZeichnungAufuahmebo1zen 176 Hebel 75 -,Einspannung 180 Kinematiksimu1ation 147 -,Gewindebo1zen 178 Kompass 287 -,Grundp1atte 156 Konstruktionstabelle 118 -,Lasche 174 Kugellager 192 -,SchweiJ3tei1 185 Lagerbock 209 -,Wellen1agerung 186 Lasche 76 Zusammenbau 123 Laufrad 222 Zy1inderschrauben 87 PowerCopy 120 Zylinderstift 85 Pratze 74