background image

 

1

Podstawy CAx 
Ćw. 2. – Wyznaczanie parametrów masowo-bezwładnościowych obiektów w programie AutoCAD  
 

W  obszarze  modelu  programu  AutoCAD  utworzyć  obiekt  przestrzenny  przedstawiony  na  poniższym 
rysunku. 

 

 

Rys. 1. Zadanie nr 1 – wyznaczanie parametrów masowo-bezwładnościowych w programie AutoCAD. 

 
Wyznaczyć parametry masowo-bezwładnościowe powyższego obiektu: 

-  dla masy tulei równej: 0,5+( (nr na liście obecności)/10) [kg], 

-  względem  początku  GUW  (globalnego  układu  współrzędnych)  przechodzącego  przez  środek 

podstawy (średnica tulei równa 76 [mm]) – patrz (    ), 

-  względem środka masy obiektu. 

 
Przykład wyznaczania parametrów masowo-bezwładnościowych stożka w programie AutoCAD  

 
Przykład obliczeń parametrów masowo-bezwładnościowych dla bryły jaką jest stożek o następujących 
parametrach: wysokość: 1000 [mm], średnica podstawy: 380 [mm] i masa równa 100 [kg]. 
 

z=z

1

y

x

H

śm

¼ H

o

D

y

1

x

1

o

1

 

Rys. 2. Parametry stożka 

 

background image

 

2

Momenty bezwładności stożka względem osi O

x

, O

y

 i  O

z

 wynoszą odpowiednio: 

10

mh

mr

20

3

I

2

I

I

I

2

2

zz

z

y

x

2

z

mr

10

3

I 

,  

przyjmując zatem: H=1 [m], D=0,38 [m], m=100 [kg], otrzymamy: 
I

x

=I

y

=10,5415 [kg m

2

]  

I

z

=1,083 [kg m

2

 
Momenty bezwładności względem osi O

1xc

, O

1yc

 O

1zc

 wynoszą odpowiednio: 

2

2

yc

xc

mh

80

3

mr

20

3

I

I

 , 

2

zc

mr

10

3

I

przyjmując zatem powyższe parametry stożka otrzymamy: 
I

xc

=I

yc

=4,2916 [kg m

2

]  

I

zc

=1,083 [kg m

2

 
Analogicznie,  mając  utworzony  w  programie  AutoCAD  model  stożka,  można  w  przybliżony  sposób 
określić  jego  parametry  fizyczne.  Środek  ciężkości  oraz  momenty  bezwładności  stożka  można 
wyznaczyć  wykorzystując  komendę  PARAMFIZ.  Ideę  działania  tej  komendy  przedstawia  poniższy 
rysunek. 

 

Rys. 3. Wykorzystanie funkcji paramfiz 

 

background image

 

3

Wynikiem  działania  komendy  PARAMFIZ  jest  zbiór  tekstowy  zawierający  dane  masowo 
bezwładnościowe  dotyczące  wskazanych  obiektów  (w  naszym  przypadku  pojedynczego  stożka).  
Należy jednak zauważyć fakt, iż w przypadku AutoCAD-a masa i objętość są takimi samymi wartościami 
– AutoCAD przyjmuje standardowo gęstość obiektu równą jeden. 
W  związku  z  tym  otrzymane  wyniki  należy  przeskalować  mnożąc  je  przez  współczynnik 
proporcjonalności  uwzględniający  gęstość  danego  obiektu  (bryły)  i  jednostki  długości  stosowane  przy 
budowaniu modelu. 
 
Współczynnik proporcjonalności w tym przypadku będzie wynosił: 

6

10

ro

WSP 

gdzie: ro – gęstość stożka (wyrażona w [kg/mm

3

]). 

 
Współczynnik  proporcjonalności  ma  wartość  określoną  wg  powyższego  wzoru  jeśli  jednostką 
wykorzystywaną  w programie AutoCAD są  milimetry. Dla stożka z naszego przykładu: 

6

10

22

6452345112

.

2

WSP

 [kg/mm

3

]. 

 
Obliczone za pomocą programu AutoCAD parametry masowo-bezwładnościowe stożka wynoszą: 
Masa: 

37803831.5982 

Objętość: 

37803831.5982 

Środek ciężkości: 

X: 0.0000 Y: 0.0000 Z: 250.0000 

Momenty bezwładności: 

X: 3.9851E+12 
Y: 3.9851E+12 
Z: 4.0942E+11 

Momenty główne i osie X-Y-Z 
względem środka ciężkości: 
 

I: 1.6224E+12 wzdłuż [1.0000 0.0000 0.0000] 
J: 1.6224E+12 wzdłuż [0.0000 1.0000 0.0000] 
K: 4.0942E+11 wzdłuż [0.0000 0.0000 1.0000] 

 
Chcąc  zatem  uzyskać  poprawne  wyniki,  należy  powyższe  wyniki  obliczeń  momentów  bezwładności 
pomnożyć przez współczynnik proporcjonalności dla stożka. Otrzymamy zatem: 
Momenty bezwładności: 
[kg m

2

X: 10.541524050673 
Y: 10.541524050673 
Z: 1.083011913585 

Momenty główne i osie X-Y-Z 
względem środka ciężkości: 
[kg m

2

I: 4.291628471007 wzdłuż [1.0000 0.0000 0.0000] 
J: 4.291628471007 wzdłuż [0.0000 1.0000 0.0000] 
K: 1.083011913585 wzdłuż [0.0000 0.0000 1.0000] 

 

Jak widać wyniki otrzymane w sposób analityczny oraz za pomocą programu AutoCAD są identyczne. 
Stosowanie  do  obliczeń  parametrów  masowo-bezwładnościowych  programów  typu  CAD  nie  wnosi 
zatem żadnych błędów dla obliczeń parametrów brył jednorodnych.  

W  przypadku  obiektów  rzeczywistych,  zawierających  zróżnicowany  skład    masowo-bezwładnościowy, 
należy  dążyć  do  przybliżania  ich  składu  poprzez  elementy  składowe  o  charakterze  jednorodnym  
i  w  zależności  od  ich  skomplikowania  obliczać  parametry  masowo-bezwładnościowe  w  sposób 
analityczny lub wykorzystując programy typu CAD.