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Precor公司的工程师Pete Pasero设计了一些市场上最受欢迎和最先进的爬楼梯

2019-04-07 16:42:25来源:

远非一些奇怪的折磨,这是成千上万的美国人的常规仪式,他们在健身俱乐部和家中使用爬楼梯来减少和坚定。医疗和健康专业人士都认为,对于那些没有幸运能够在后院登山并有时间爬山的人来说,这是一种很好的锻炼方式。位于华盛顿州Bothell的Precor公司的工程师Pete Pasero设计了一些市场上最受欢迎和最先进的爬楼梯。他自己适应运动,更关心的是减少机器的重量而不是自己减掉体重。

您或您的团队每天都使用CAD和/或PLM软件和工具。您习惯了工作流程,并学会了如何适应限制。在本次网络研讨会中,您将了解可以无缝添加现有平台的新工具,以改善工作流程并缩短工程时间。

在一项特殊的设计新闻设计挑战赛中,Parametric Technology Corp.的工程师向他展示了如何使用软件来优化Precor的730E型Stairclimber的设计。

730E及其后继产品731E位于市场的高端,是受欢迎的产品。但是,离岸竞争迫使Precor以及其他公司在保持质量的同时降低制造成本。在Precor的战略中:减轻设备的重量和材料成本。这就是本设计挑战所针对的策略。

结果:重量减少约20% - 手柄为2.50磅,台阶为3磅,底座为5.7磅。

借助PTC的有限元分析软件Mechanica Motion,PTC工程师优化了连杆的几何形状,以减少每个零件的负载。优化通过以下方式调整了链接:

缩短链接长度0.04英寸。

将连杆附件移动到离柱0.4英寸的台阶板上。

将摇杆连接点向上移动0.5英寸。

将步骤分开0.15英寸。

并使用新的负载在每个单独的部件上进行形状确定。

第一步。该项目始于Precor的Brothell总部的头脑风暴会议。Pasero,Precor工业设计师Jim Birrell和Precor营销代表Ellie Ballew向PTC的Chauncy Wenner和Dave Lorengo以及Design News解释了现有楼梯踏板的设计。

Precor工程师在没有软件的电路板上设计了原始730。通常情况下,他们会制造原型,Precor员工会注册使用它们,并根据磨损和其他压力因素对它们进行评级。设计挑战的第一步是提出计算机化的基线设计工程师然后可以进行优化。任务落到了Wenner身上,他使用了Pro / ENGINEER的实体建模功能。目标是捕捉重要的尺寸,例如手臂的长度和震动的附件。他们确定了登山者的行为,并反映了工程意图。使用图纸和他自己的730E手工测量,Wenner在软件中组装了几何模型。

Lorengo然后接管,将模型带入Mechanica并添加关节 - 零件之间的运动约束 - 使其成为机械模型。他需要关节来定义一个部件相对于另一个部件的移动方式。但他也需要考虑用户的重量。Precor通常设计其机器,最大用户重量为250磅。为了获得额外的安全余量,他为一个300磅的人设计了模型,在手柄上施加了50磅的负荷。

在系统内部,Lorengo模拟了减震器 - 登山者的身体和延长杆。他还从减震器制造商处获得了速度与阻力的数据。使用他自己的工程判断,他在摇杆和震动的模型上添加了一些摩擦力。摩擦力解释了减震器所表现出来的静摩擦。下一步:对负载进行排序。

提取数据。Mechanica有一个名为“Measures”的功能,类似于条形图记录器。“测量”是一种提取数据的方法,例如关节的速度或由摩擦或阻尼载荷产生的力的大小。Lorengo想要检测踏板何时到达底部,因为在那时他将关闭代表重量的力并将其打开以用于另一个踏板。他使用“测量”来跟踪踏板底部和底座之间的距离。然后,

“实际上,”他说,“我们正在根据踏板的位置来打开和关闭用户的重量。”

结果:730E的基线模型。现在,工程师们可以开始重新设计爬楼梯了。

共同努力。Lorengo开始在Mechanica中进行一系列灵敏度研究,包括跷跷板到柱子的连接点,跷跷板和踏板之间的连接长度,移动连杆和踏板之间的连接点,以及改变步骤之间的距离。

这种敏感性研究对于彻底的工程优化至关重要,是Mechanica最重要的特性之一。该软件重新运行模拟设计的多个值,每次更改几何图形,以便工程团队可以看到更改的效果。Lorengo绘制了每个设计变量与跷跷板附件到柱的反作用力。他发现通过对每个设计变量进行细微更改,他可以获得更好的结果。那个问题变成了:获得最佳效果的最佳组合是什么?答案来自软件中的优化运行。

在Mechanica中,有一种数据形式要求目标,设计限制和变量。Lorengo进入了他的目标,这是为了尽量减少跷跷板连接到垂直柱的反作用力。他的设计限制只是他不能改变踏板的行程或踏板的最大高度超过一英寸。对于用户而言,这是一个微不足道的变化,但是将跷跷板连接到柱子的位置减少了一半的反作用力。Mechanica中的优化器向他展示了最佳平衡。现在,他可以将注意力转向每件作品。在Mechanica Structure中,他优化了车把,踢脚板和踏板框架。

减轻压力。Mechanica Structure使用自适应多项式技术来计算应力,并允许使用Pro / ENGINEER尺寸作为灵敏度研究和优化Pro / ENGINEER几何的设计变量。使用Structure,Lorengo研究了基线设计中的应力,并尝试调整每个零件的几何形状以获得最轻的零件。他将Mechanica Motion的载荷应用到原始的Pro / ENGINEER几何体,对其进行网格化,并在结构中求解方程式,要求软件对应力进行15%的收敛。通常,

通过基线设定的压力和位移结果,他试图确定哪些变化可以减轻压力,或者在不增加压力的情况下减轻重量。他进行敏感性研究以回答这些问题。

他的设计变量是让光束变得更窄更薄。Pro / ENGINEER中的尺寸已捕获设计意图,因此他选择了一个尺寸来定义Pro / ENGINEER管的横截面,并使Mechanica改变它。Mechanica将结果发送回Pro / ENGINEER,后者重新生成零件并将其带回Mechanica以获得进一步的解决方案。然后Lorengo绘制了改变变量的效果,看看哪个是最有益的。“从设计师的角度来看,你可以看到所有变化的回报,”他说。

结果是重新设计,重量更轻,下游成本最低,并且对制造的影响最小,因为不需要新的工具。

Precor的Pasero表示:“我们肯定会为运输和材料支付更少的费用。此外,由于Pro / ENGINEER和Mechanica,我们可以将优化带到管理层,并说明软件如何帮助优化设计。”