Muuttuvanousuisen jousen mallinnus

Muuttuvanousuisen jousen mallinnuksesta löytyy vinkkivideo Vertex Systems Oy:n Youtube-kanavalta. Klikkaa alla olevaa linkkiä.

Muuttuvanousuisen jousen mallinnus

Muuttuvanousuisen jousen mallinnus Vertex G4:ssä

Tällä ohjeella mallinnat 3D-jousen, jossa kierteen nousu muuttuu (esim. tiheämpi nousu päissä ja harvempi keskellä). Ohje etenee periaatteesta käytännön vaiheisiin ja antaa kaksi toteutustapaa: A) Spiraali-komennolla (nopea) ja B) Kaavaohjatulla spiraalilla (joustavin). Lopussa on vinkit parametriohjaukseen, viimeistelyyn ja suorituskykyyn.

Tämä teksti on generoitu videon litteroinnin perusteella.

1) Periaate lyhyesti

Jousi syntyy pyyhkäisyllä (Sweep), jossa:

• Keskikäyrä = spiraali/helix, jonka nousu (pitch) voi muuttua kierroksen sijainnin mukaan.

• Poikkileikkaus = yleensä ympyrä (langan halkaisija).

Muuttuva nousu tarkoittaa, että spiraalin pituussuuntainen etenemä per kierros ei ole vakio, vaan kasvaa tai pienenee (esim. 6 mm → 12 mm).

2) Valmistelut

1. Aseta taso jousen keskiakselille (esim. Front/Right – kumpi helpoin).

2. Päätä perusmitat:

   • Langan halkaisija (d)

   • Jousen keskihalkaisija tai säde (D / R)

   • Kierrosten määrä (N)

   • Nousun vaihtelu (esim. alku- ja loppunousu, P_start ja P_end)

3. Tee tarvittaessa apuviiva keskiakseliksi (ei pakollinen, mutta helpottaa hahmottamista).

A) Tapa: Spiraali-komento (nopea)

Tämä on suorin tapa, kun haluat muuttuvan nousun ilman monimutkaista kaavaa.

1. Luo spiraali (jousen keskikäyrä):

   • Valitse Spiraali/Helix.

   • Aseta keskisäde (R tai D/2), kierrosten määrä N ja suunta.

   • Ota käyttöön Muuttuva nousu. Määritä vähintään alkunousu (P_start) ja loppunousu (P_end).

     • Tarvittaessa lisää välipiste/ohjain (esim. liukusäädin) nousun muodon hienosäätöön, jotta saat pehmeän siirtymän päistä.

2. Pyyhkäisy (Sweep):

   • Piirrä ympyrä-profiili (halkaisija = langan halkaisija d) tasoon, joka leikkaa spiraalin tangentiaalisesti aloituspisteessä.

   • Suorita Pyyhkäisy käyttäen spiraalia ohjauskäyränä.

3. Tarkista päiden alueet:

   • Jos haluat hiontapäät/hiotut päät (litteät), tee päihin lyhyet suorat osat tai leikkaa päätyjä tasolla.

   • Vaihtoehtoisesti erottele päähän 0–0,5 kierrosta, jonka nousu pienenee kohti nollaa.

Hyödyt: nopea; helppo säätää liu’ulla/numeroarvoilla.
Huom: Yksinkertaisempi nousuprofiili (alku/loppu). Jos tarvitset tarkkaa käyrämuotoa, käytä tapaa B.

B) Tapa: Kaavaohjattu spiraali (joustavin)

Kun haluat ohjata nousua kaavalla (esim. lineaarinen, polynominen tai S-käyrä), määritä helix parametrisesti.

1. Määrittele nousuprofiili P(s):

   • s = kierrosindeksi 0…N (tai 0…1 normalisoituna).

   • Esimerkki lineaarisesta muutoksesta:
     [
     P(s) = P_\text{start} + (P_\text{end} - P_\text{start}) \cdot \frac{s}{N}
     ]

   • Esimerkki S-käyrästä (pehmeät päät):
     [
     P(s) = P_\text{mid} + (P_\text{amp})\cdot \sin!\Big(\pi\cdot(\tfrac{s}{N}-\tfrac{1}{2})\Big)
     ]
     missä (P_\text{mid}=\tfrac{P_\text{start}+P_\text{end}}{2}).

2. Rakenna ohjauskäyrä:

   • Käytä kaavaohjattua käyrää tai pisteistettyä 3D-käyrää, jossa kunkin kierroksen z-nousu akkumuloituu kaavan mukaan.

   • Halutessasi tee pieni skripti/taulukko, joka laskee pisteet (kulma θ, säde R, z-koordinaatti = ΣP(s)), ja syötä pistejoukko Vertexiin käyräksi.

3. Pyyhkäisy kuten kohdassa A:

   • Ympyrä-profiili (d) + pyyhkäisy kaavaohjatun käyrän perässä.

Hyödyt: täydellinen kontrolli nousun muodosta; saat luonnolliset päiden tiivistykset ja kevennykset.
Huom: Hieman enemmän valmistelua (pisteet/kaavat).

3) Parametriohjaus (mittataulukko)

Suosittelemme lisäämään mittataulukkoon mm.:

• d (langan Ø), D (keskihalkaisija), N (kierrokset)

• P_start, P_end (ja tarvittaessa väliarvot/vaihepisteet)

• L_free (vapaan jousen teoreettinen pituus) ja rajaehdot (min/max nousu, N_min/N_max)

Vinkkejä:

• Sido spiraalin/kaavakäyrän parametrit suoraan mittataulukon soluihin → nopea konfigurointi.

• Jos käytät tapaa B, pidä kaavat mittataulukossa (helppo säätää ilman sketsausta).

4) Viimeistely

• Päät (grounded): Leikkaa päitä tasolla tai lisää lyhyet suorat osuudet ennen ensimmäistä / viimeistä kierrosta.

• Pintalaatu: Tarvittaessa pehmennä (fillet/edge smooth) kohtia, joissa nousumuutos on jyrkin.

• Materiaalit & massa: Aseta jousiteräksen materiaali, jotta massa ja FEA-analyysit toimivat oikein.

5) Suorituskykyvinkit

• Pidä profiili kevyenä: Yksi ympyrä-profiili riittää; vältä turhia detaljeja.

• Kierrosten määrä: Mallinna vain tarvittu näkyvä osa (esim. esittelyyn), analyysiin voit käyttää erillistä yksinkertaistettua mallia.

• Muuttuvan nousun tasaisuus: Jyrkät muutokset kasvattavat pyyhkäisyn laskentaa. Suosi pehmeitä siirtymiä.

6) Tyypilliset haasteet & ratkaisut

• Pyyhkäisy epäonnistuu heti alussa:
  Varmista, että profiilitaso on tangentiaalinen spiraalin aloituspisteeseen ja profiili ei leikkaa käyrää.

• Epätasainen pinta / “rypyt”:
  Loivenna nousun muutosta päissä (S-käyrä), nosta käyrän piste-tiheyttä (tapa B).

• Päät eivät ole tasaiset:
  Leikkaa pääty kierroksen alussa/lopussa tasolla tai käytä 0-nousuun hiipuvaa siirtymää.

7) Esimerkkiparametrit (nopea aloitus)

• d = 4.0 mm

• D = 24.0 mm

• N = 8.0 kpl

• P_start = 6.0 mm / kierros

• P_end = 12.0 mm / kierros

• Päät: 0.25 kierrosta hiipuva nousu kohti 0 mm (tasainen pää)

Yhteenveto

• Nopea työ: käytä Spiraali + Muuttuva nousu ja pyyhkäise jousi ympyräprofiililla.

• Tarkka kontrolli: rakenna kaavaohjattu spiraali (lineaarinen tai S-käyrä), ja pyyhkäise tämän perässä.

• Parametriohjaus: vie P_start, P_end, N, d, D mittataulukkoon, niin jousi on helposti konfiguroitavissa ilman sketsausta.

Näillä vaiheilla saat siistin, hallitun ja päistä luonnollisesti käyttäytyvän muuttuvanousuisen jousen tuotantokelpoiseksi Vertex G4:ssä.