KISSsoft 03/2014 – Tutorial 3

KISSsoft 03/2014 – Tutorial 3
Schaltgetriebe mit Planetendifferenzial
KISSsoft AG
Rosengartenstrasse 4
8608 Bubikon
Schweiz
Tel: +41 55 254 20 50
Fax: +41 55 254 20 51
[email protected]
www.KISSsoft.AG
Vorwort
Das Tutorial ist in zwei Teile gegliedert, die in dieser Reihenfolge durchgearbeitet werden sollen.

Teil I Einführung,
erklärt, wie KISSsys zu starten ist und die wichtigsten Punkte, die beim Modellaufbau zu beachten
sind.

Teil II Modellierung,
illustriert wie in KISSsys ein komplexes Getriebe mit verschiedenen Leistungszweigen aufgebaut
wird.
Treten beim Durcharbeiten des Tutorials Fragen oder Probleme auf hilft die KISSsoft Hotline unter der oben
angegebenen Adresse gerne weiter.
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Inhaltsverzeichnis
1
Einführung ................................................................................................................................................ 5
1.1
Zusammenfassung der wichtigsten Punkte .................................................................................... 5
1.2
Systematisches Vorgehen .............................................................................................................. 5
1.3
Errata und Bemerkungen ............................................................................................................... 5
1.4
Aufgabenstellung ............................................................................................................................ 6
1.5
KISSsys aufrufen ............................................................................................................................ 6
1.6
Auswahl des Projektverzichnisses ................................................................................................. 7
1.7
Nutzen von KISSsys im Administrator – Modus ............................................................................. 7
1.8
Laden der Vorlagendatei ................................................................................................................ 8
2 Aufbau des Modells.................................................................................................................................. 8
2.1
Baumstruktur .................................................................................................................................. 8
2.1.1
Wellen und Wellengruppen ........................................................................................................ 8
2.1.2
Maschinenelemente ................................................................................................................... 9
2.1.3
Verbindung der koaxialen Wellen ............................................................................................. 11
2.1.4
Verbindungen der Zahnräder ................................................................................................... 12
2.1.4.1
Stirnradpaarverbindungen ............................................................................................... 12
2.1.4.2
3
4
5
6
Verbindung Planet/Sonne, Sonne/Hohlrad ...................................................................... 13
2.1.5
Definition der Randbedingungen .............................................................................................. 13
2.1.6
KISSsoft Berechnungselemente .............................................................................................. 15
2.2
Eingabe von Zahnrad- und Wellendaten ...................................................................................... 17
2.2.1
Zahnraddaten ........................................................................................................................... 17
2.2.2
Eingabe der Wellendaten ......................................................................................................... 19
3D Grafik ................................................................................................................................................ 20
3.1
3D Grafik in Baumstruktur hinzufügen .......................................................................................... 20
3.2
Positionierung der Wellen............................................................................................................. 20
3.2.1
Positionierung der Wellengruppe „Middle“ ............................................................................... 20
3.2.2
Positionierung der Wellengruppe “Main” .................................................................................. 21
3.2.3
Positionierung der Gruppe “Planet” .......................................................................................... 21
3.3
Arbeiten mit der 3 D Grafik ........................................................................................................... 21
3.3.1
Innendurchmesser der Zahnräder ............................................................................................ 21
3.3.2
Farbe und Transparenzeinstellungen ....................................................................................... 22
3.4
Einfügen von CAD Daten ............................................................................................................. 23
Schlten der Gänge ................................................................................................................................. 25
4.1
Grundinformation über Schaltelemente ........................................................................................ 25
4.2
Anwendung im Beispiel ................................................................................................................ 25
4.3
Aufrufen der Funktion ................................................................................................................... 26
4.4
Verwenden der Schalttabelle........................................................................................................ 28
User Interface......................................................................................................................................... 28
5.1
Eingabe der Leistung.................................................................................................................... 28
5.2
Funktionsaufrufe im UserInterface ............................................................................................... 30
Abschliessende Arbeiten........................................................................................................................ 32
6.1
Einfügen des Drehzahlverhältnisses zwischen der vorderen und hinteren Achse ....................... 32
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6.2
Eingabe des Wirkungsgrades ....................................................................................................... 33
6.3
Einstellungen zur Berechnungsmethodik ..................................................................................... 33
7 Anhang ................................................................................................................................................... 34
7.1
Code (Zeilennummer nicht Teil des Codes) ................................................................................. 34
7.1.1
Erklärungen .............................................................................................................................. 34
7.2
Code um Innendurchmesser “di” der Zahnräder zu definieren ..................................................... 35
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1 Einführung
1.1 Zusammenfassung der wichtigsten Punkte
1.
Bei überlagerten Wellen (z.B. Losrad, Hohlrad und Sonne der Planetenstufe) müssen die Wellen
(element „kSysCoaxialShaft“) in die dazugehörige Gruppe „kSysGroup hinzugefügt werden.
2.
Die Berechnung der Dreiräder
„kSoft3HelicalGears“ durchgeführt.
3.
Die Drehzahlen an den beiden Ausgängen (Vorder- und Hinterachse) werden miteinander in Bezug
gestellt. Dazu ist eine Drehzahl am Ausgang als „Constraint=Yes“ zu setzen. Weiter wird ein
Ausdruck verwendet, mittels dessen die eine Drehzahl (die der Vorderachse) aus der anderen (der
Hinterachse) berechnet wird (dazu ist eine Iteration nötig) (Siehe Abschnitt 6.1)
4.
Damit die notwendige Iteration nach den Drehzahlen ausgeführt wird muss „iteration for torque and
speed with damping“ gesetzt werden (Siehe Abschnitt 6.3).
wird
in
KISSsoft
mittels
des
Berechnungselementes
1.2 Systematisches Vorgehen
Während dem Modellaufbau ist das schrittweise Vorgehen sehr zu empfehlen:
1.
Planung: Namensgebung, Umfang und Ziele des Modells
2.
Maschinenelement in der Baumstruktur einfügen (graue Icons)
3.
Maschinenelemente verbinden (graue Icons)
4.
Leistungsquellen und –senken definieren
5.
KISSsoft Berechnungen zu den Maschinenelementen hinzufügen (blaue Icons)
6.
3D Grafik hinzufügen, Elemente im Raum positionieren
7.
Tabellen / User Interfaces hinzufügen und ausgestalten
8.
Eigene Funktionen programmieren
9.
Tests, debugging
1.3 Errata und Bemerkungen
1.
Treten beim Durcharbeiten des Tutorials Fragen oder Schwierigkeiten auf, so hilft die KISSsoft
Hotline gerne weiter.
2.
Der für das Planetendifferential verwendete Planetensatz wird in der Praxis eher als
Doppelplanetensatz ausgeführt da dort Sonne und Planetenträger gleichen Drehsinn haben. Um
aber das Beispiel nicht zu komplex zu gestalten wird hier ein einfacher Planetensatz verwendet,
was dazu führt, dass die beiden Abtriebe über die Sonne und den Planetenträger entgegengesetzt
drehen.
3.
Die ursprüngliche Idee des Tutorials hatte eine Differentialsperre zwischen dem Aussenring und
dem Planetenträger vorgesehen. Diese Kupplung wurde c3 genannt. Sie wird jedoch in Realität
nicht verwendet obwohl sie im Tutorial beschrieben ist. Es wird empfohlen genau nach dem
Tutorial vorzugehen (d.h. also die Kupplung c3 mit zu modellieren obwohl diese später nicht
verwendet wird).
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1.4 Aufgabenstellung
Es soll ein Verteilergetriebe für ein 4x4 Fahrzeug modelliert werden. Das Verteilergetriebe besitzt ein
Gelände- und einen Strassengang, sowie ein sperrbares Planetendifferential als Längsdifferential. Weiter
wird ein Teil der Leistung über einen PTO abgezogen. Die Kegelraddifferentiale in den Achsen werden nicht
modelliert. Die Losräder sitzen auf der Eingangswelle und werden über Kupplungen ein- oder ausgeschaltet.
Abbildung 1.
Schema des zu modelliereden Getriebes
1.5 KISSsys aufrufen
Stellen Sie sicher, dass der letzte Patch (download unter www.KISSsoft.ch) installiert ist. Als erstes sollte ein
Projektordner in Windows erstellt werden.
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1.6 Auswahl des Projektverzichnisses
KISSsys bietet dem Benutzer die Möglichkeit mit Projekten zu arbeiten. Das jeweilige Projektverzeichnis ist
dabei vorher zu definieren. Während dem arbeiten können dann die KISSsys Modelle und die dazugehörigen
KISSsoft Dateien alle im selben Ordner gespeichert werden.
Unter Datei  Projekt öffnen, definiert man das Projektverzeichnis.
Falls kein Projektordner gewählt wurde, werden sämtliche Resultate in das Standardverzeichnis
abgespeichert. Zum Beispiel Benutzer\KISSsoft.
Über die in der folgenden Abbildung markierte Schaltfläche wird das Projektverzeichnis ausgewählt, hier
C:\Program Files (x86)\KISSsoft 03-2014\kisssys\tutorial. Nach der Auswahl wird diese bestätigt und KISSsys
geöffnet.
Abbildung 2.
Auswahl des Projektverzeichnisses
1.7 Nutzen von KISSsys im Administrator – Modus
Um ein neues Modell erstellen zu können oder Änderungen an einem bestehenden Modell vorzunehmen ist
KISSsys als „Administrator“ zu Nutzen. Diese Einstellung ist unter Extras  Administrator oder druch klicken
auf
vorzunehmen.
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Abbildung 3.
Aktivieren des Administratormodus
Kann die Option „Administrator“ nicht gewählt werden, so ist die KISSsys Lizenz dafür nicht vorhanden. In
diesem Fall ist die KISSsoft AG zu kontaktieren.
1.8 Laden der Vorlagendatei
Um ein neues Modell erstellen zu können muss die Bibliothek an Standartelementen geladen werden. Mittels
Datei Vorlagen öffnen… ist die Datei „templates.ks“ zu öffnen. Falls unter Ansicht aktiviert, sind unter dem
Reiter Vorlagen sämtliche Elemente, die in KISSsys verwendet werden können, vorhanden.
Abbildung 4.
Elementbibliothek nach Laden der Vorlagendatei
Nach diesen Schritten kann nun mit dem Aufbau eines neuen Systems begonnen werden.
2 Aufbau des Modells
Die Methode für den Modellaufbau kann vom Nutzer selber gewählt werden. Für dieses Beispiel ist das
Benutzen der Elementbox
anzuraten.
2.1 Baumstruktur
In einem ersten Schritt sind die Wellengruppen und die dazugehörigen Wellen zu definieren. Im nächsten
Schritt werden die Maschinenelemente, die Randbedingungen und die Verbindungen definiert. Schliesslich
sind die KISSsoft Berechnungselemente und Systemelemente für die 3D-Ansicht und Tabellen hinzuzufügen.
Es ist zu empfehlen, dass für die Elemente die gleiche Benennung wie in den Abbildungen verwendet wird.
2.1.1 Wellen und Wellengruppen
Die Wellengruppen (Element „kSysGroup“) „Input“, „Middle“ und Main zu unterhalb der Gruppe GB zu
definieren. Danach können die koaxialen Wellen wie in der Abbildung ersichtlich in die dazugehörigen
Gruppen hinzugefügt werden.
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Abbildung 5.
Einfügen der Gruppen Input, Middle und Main
Die Wellengruppe „Planet“ ist unterhalb der Welle „s5“ einzufügen. Diese Gruppe repräsentiert das
Planetendifferential. Die koaxialen Wellen „pin“ und „planet“ sind in diese Wellengruppe einzufügen. Um den
Planetenbolzen „pin“ und den Planetenträger „s5“ in einem späteren Zeitpunkt miteinander verbinden zu
können ist die Kupplung „coupling“ auf den Planetenbolzen zu platzieren.
Abbildung 6.
Einfügen der Wellengruppen „Planet“
2.1.2 Maschinenelemente
Es können für verschiedene Maschinenelemente die gleichen Namen mehrmals verwendet werden, solange
sich die Maschinenelemente in einem unterschiedlichen Pfad des Baumes befinden. Weiter zu beachten ist,
dass alle Lager mit „b“ genannt werden. Das linke Lager ist „b1“, das rechte Lager „b2“.
Für den Planetensatz sind folgende Details zu beachten:
1.
2.
3.
Die Planetenstufe besteht aus den koaxialen Wellen: Sonne „s4“, Hohlrad: „s3“, Planetenträger:
„s5“.
Die Planetenwelle „planet“ ist über zwei verbindende Wälzlager mit dem Planetenbolzen
„pin“ verbunden. Der Planetenbolzen „pin“ ist mittels zwei allgemeine Lager „support1“ und
„support2“ gelagert und ist mit der Verbindung „carrier_pin“ (Element: „kSysCouplingConstraint“)
mit dem Planetenträger „carrier“ gekoppelt.
Der Planetenträger ist über eine spezielle Kupplung „kSysPlanetCarrierCoupling“ (nicht
verwechseln mit „kSysCoupling“) zu modellieren. Diese soll für dieses Beispiel „carriercoup“
genannt werden und sitzt auf der Welle s5. Sie dient dazu, die Planetenwelle bezüglich des
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Raumkoordinatensystems rotieren zu können. Für die explizite Darstellung der Verbindung
zwischen den Planetenbolzen und dem Planetenträger ist in diesem Tutorial am Planetenträger
eine zusätzliche Kupplung „coupling“ eingefügt. Diese Verbindung könnte auch direkt über die
spezielle Planetenträgerkupplung „carriercoup“ erfolgen.
Abbildung 7.
Modell mit den Maschinenelementen
Die Einstellungen für die Verbindung „carrier_pin“ zwischen dem Planetenträger und dem Planetenbolzen
sind folgendermassen auszuwählen:
Abbildung 8.
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Einstellung für die Verbindung zwischen Träger und Bolzen
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2.1.3 Verbindung der koaxialen Wellen
Die koaxialen Wellen sind jeweils über zwei verbindende Wälzlager
„kSysConnectionRollerBearing“
miteinander gelagert. In allen Gruppen ist die innere und die äussere Welle anzugeben. Im Beispiel wird in
die Gruppe „Input“ zwischen der Welle „s1“ und der Welle „s1a“ ein verbindendes Wälzlager hinzugefügt:
Abbildung 9.
Auswahl der inneren und äusseren Welle für die verbindenden Wälzlager.
Nach dem gleichen Prinzip können die anderen koaxialen Wellen miteinander gelagert werden.
Abbildung 10. Baumstruktur nach einfügen der verbindenden Wälzlager
Die Schaltkupplungen sind verbindende Lager
, Elemente vom Typ „kSysConnectionBearing“. Mit diesen
Elementen kann die Verbindung zwischen zwei koaxialen Wellen aktiviert (fix) oder deaktiviert (frei) werden.
Wie in Abbildung 1 ersichtlich verbindet die Schaltkupplung c1 die Welle s1 mit s1a, die Kupplung c2 die
Welle s1 mit s1b und das Schaltelement c3 die Welle s5 mit s3. Wie in den Hinweisen im Abschnitt 1.3
angedeutet, wird das Schaltelement c3 hinzugefügt, für dieses Tutorial aber nicht benutzt. Damit später keine
kinematischen Fehler entstehen, ist für dieses Element die Rotation um die Y-Achse frei zu setzen.
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Abbildung 11. Bedingung für das Schaltelement c3.
Zusätzlich können die einzelnen Stirnräder nach Abbildung 1 hinzugefügt werden.
Abbildung 12. Baumstruktur nach einfügen der verbinden Lager und der Stirnräder
2.1.4 Verbindungen der Zahnräder
2.1.4.1
Stirnradpaarverbindungen
Um die Stirnradpaarverbindungen zu modellieren ist das Element „kSysGearPairConstraint“
Gruppe GB hinzuzufügen. Folgende Verbindungen sind zu definieren:
in die
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Verbindung
Element1
Element2
gp1
z1
z2
gp2
z3
z4
gp3
z4
z5
gp4
z6
z7
Abbildung 13. Tabelle der zu definierenden Verbindungen.
2.1.4.2
Verbindung Planet/Sonne, Sonne/Hohlrad
Um die Verbindung zwischen Sonne Planet und Planet Hohlrad zu modellieren ist die Verbindung
„kSysPlanetaryGearPairConstraint“
einzufügen:
auszuwählen und in die Gruppe GB mit den folgenden Einstellungen
Abbildung 14. Links: Definition für die Verbindung „ps“ Planet/Sonne; rechts: Definition für die Verbindung „pr“
Planet/Hohlrad.
Nach dem Einfügen der Verbindungen sollte die Baumstruktur folgendermassen aussehen:
Abbildung 15. Baumstruktur nach einfügen der Verbindungen
2.1.5 Definition der Randbedingungen
Um die Kinematik berechnen zu können, müssen noch die Ein- und Ausgangsbedingungen des Systems
definiert werden. Diese erfolgen über das Element „kSysSpeedOrForce“
. Wichtig ist dabei, dass die
Randbedingungen ausserhalb der Gruppe GB, ins Hauptverzeichnis hinzugefügt werden. Folgende
Bedingungen sind laut dem Diagramm in Abbildung 1 zu setzen:
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Name
Input
PTO
OutR
OutF
Element
CIn
cPTO
crOut
cfOut
Speed contraint
Yes
No
No
Yes
Speed[1/min]
2000
Torque constraint
Yes
Yes
No
No
Power/Torque input
Torque with sign
Torque with sign
Torque [Nm]
100
10
Abbildung 16. Tabelle für die Randbedingungen
Die Eingangsdrehzahl und das Eingangsdrehmoment, welche über die Kupplung „cIn“ eingespiesen werden,
sind bekannt. Bei beiden Werten spielt das Vorzeichen eine Rolle. Sind beide Werte positiv, ist auch die
Leistung positiv, d.h. es handelt sich um einen Leistungseingang.
Die PTO zieht ein Moment von 10Nm (Annahme für dieses Beispiel). Da der Drehsinn im Gegenuhrzeigersinn
(sprich: Drehzahl ist negativ) ist, muss das Moment als positiv eingegeben werden damit die Leistung negativ
(Leistungsausgang) wird.
Beim Heckantrieb („OutR“) folgen Drehzahl und Drehmoment aus dem Eingang und dem Aufbau des
Getriebes. Es werden keine Werte vorgegeben.
Die Bedingung für den Frontantrieb („OutF“) soll sein, dass Vorderachse und Hinterachse gleich schnell
drehen, aber gegensinnig. Diese Bedingung wird im Abschnitt 6.1 noch präzisiert werden. Damit ist die
Drehzahl an diesem Ausgang (der Vorderachse) aus der Drehzahl des Ausganges „OutR“ gegeben, also
muss „Speed constrained=yes“ gesetzt werden.
Nach der globalen Definition der Randbedingungen sollte die Bedingung für OutF spezifiziert werden. Mit
rechtem Mausklick auf den vorderen Leistungsausgang „OutF“, Wahl von „Eigenschaftsfenster“ und Wahl
der Variablen „speed“, kann ein Ausdruck für die Drehzahl an diesem Ausgang definiert werden. Im Feld
„Ausdruck“ wird der Pfad der Drehzahl „-_O.OutR.speed“ eingegeben. Damit wird sichergestellt, dass die
Drehzahl am Ausgang gleich der Drehzahl der Welle s5 ist, aber in entgegengesetzter Drehrichtung.
Abbildung 17. Zusätzliche Definition für die Ausgangsdrehzahl „OutF“.
Nun kann die Kinematik des Systems berechnet werden. Das Diagramm sollte danach folgendermassen
aussehen, der Leistungsfluss sollte deutlich erkennbar sein.
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Abbildung 18. Diagramm nach Definition der Randbedingungen und Berechnung der Kinematik
2.1.6 KISSsoft Berechnungselemente
Nachdem sichergestellt ist, dass die Kinematik einwandfrei funktioniert, können die KISSsoft
Berechnungselemente hinzugefügt werden. Über diese Elemente ist es möglich, die geometrischen Daten
des Getriebes, welche für die Festigkeitsberechnung nötig sind, in KISSsoft einzugeben.
Die
Zahnradpaarberechnungen
werden direkt unterhalb der entsprechenden Verbindungen „gp1“ und „gp4“
mit dem gleichen Namen mit Grossbuchstaben angeordnet. Für die zwei Verbindungen „gp2“ und „gp3“ ist
die Berechnung für eine Dreiradkette „kSoft3HelicalGears“
auf gleicher Ebene wie die Verbindungen
hinzuzufügen. Diese wird „GP2_3“ genannt. Durch das Berücksichtigen der Dreiradkette wird die
Lebensdauer des Zwischenrades z4 realitätstreu auch reduziert.
Abbildung 19. Einstellungen für das Dreiräder-Kettenberechnungselement
Die Berechnung des Planetensatzes
wird auf der gleichen Ebene, in welcher die Verbindungen definiert
sind, eingefügt. Dabei ist die Option „Planetary gear pair constraint“ zu wählen, da wir für die Verbindung der
Planetenstufe dieses Element verwendet haben. Im darauffolgenden Fenster sind die im Kapitel 2.1.4.2
definierten Verbindungen auszuwählen.
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Abbildung 20. Einstellungen für das Berechnungselement des Planetensatzes.
Die Wellenberechnung wird innerhalb der entsprechenden Wellengruppe eingefügt. Da wir in diesem Beispiel
nur mit koaxialen Wellen arbeiten, ist die koaxiale Wellenberechnung
zu verwenden.
Abbildung 21. Baumstruktur nach einfügen der Berechnungselemente
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2.2 Eingabe von Zahnrad- und Wellendaten
2.2.1 Zahnraddaten
Die unten vorgestellten Verzahnungsdaten sollen in diesem Tutorial verwendet werden. Dazu muss ein
Doppelklick auf die Berechnungen in der Baumstruktur (blaue Icons) erfolgen. Das gleiche kann auch mit
einem Rechtsklick auf das Berechnungselement und mit Auswahl von „kSoftInterface“ erreicht werden. Nach
Eingabe der Verzahnungsdaten die Eingaben jeweils mit „Berechnen F5“ bestätigen, danach das KISSsoft
Fenster mit „Schliessen“ (Kreuz in der rechten oberen Ecke des KISSsoft Fensters) schliessen.
Abbildung 22. Eingabedaten für die Zahnradpaarberechnung GP1
Abbildung 23. Eingabedaten für die Zahnradpaarberechnung GP4
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Abbildung 24. Eingabedaten für die Dreirad-Kette GP2_3
Abbildung 25. Eingabedaten für die Planetenstufe
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2.2.2 Eingabe der Wellendaten
Position Kupplungen:
cIn: y = 5mm
c1: y = 50mm
c2: y = 120mm
Position Wellen s1a,s1b:
y = 40 mm
y = 110 mm
Position Lager b1,b2:
y = 15 mm
y = 170 mm
Position Zahnräder
z1,z3 (resp. s1a,s1b):
y = 10mm
y = 10mm
Position z6:
y = 190 mm
Abbildung 26. Eingabedaten für die Wellengruppe „INPUT“
Position Zahnräder:
z2 y = 50 mm
z4 y = 120 mm
Position shaft s6:
y = 180 mm
Position bearings b1,b2:
y = 15 mm
y = 170 mm
Position z7, cPTO (resp. s6):
y = 10mm
y = 22.5mm
Abbildung 27. Eingabedaten für die Wellengruppe „MIDDLE“
Position Welle Planet:
y = 2.5mm
Position zp:
y = 5 mm
Achtung! Die Verschiebung in x- and z- Richtung ist für das
Lager support1 im Welleneditor als „fix“ eingegeben.
Abbildung 28. Eingabedaten für die Wellengruppe “PLANET”
Position der Kupplung.
(resp. appropriate shaft):
cfOut: y = 10mm
crOut: y = 165mm
carriercoup,coupling: both y = 0
c3: y = 238 mm
Position Wellen:
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s4 y = 0 mm
s3 y = 170 mm
s5 y = 195 mm
Position Lager:
s4:
b1 y = 30 mm
b2 y = 150 mm
s3:
s5:
b1 y = 30 mm
b2 y = 58 mm
b1 y = 10,5 mm
b2 y = 136 mm
position gears:
zs(resp.s4)y=190mm
zr(resp.s3) y=20mm
z5(resp.s3) y=10mm
Abbildung 29. Eingabedaten für die Wellengruppe „MAIN“
3 3D Grafik
3.1 3D Grafik in Baumstruktur hinzufügen
Aus den Vorlagen oder aus der Elementebox wird das Element für die 3D Grafik „kSys3Dview“
in die
Baumstruktur ins Hauptverzeichnis (oberste Ebene) eingefügt. Mit einem Doppelklick oder einem Klick mit
der rechten Maustaste und Auswahl von „Show“, wird die 3D-Ansicht angezeigt. Noch liegen die Zahnräder
übereinander, da deren räumliche Anordnung noch nicht definiert wurde. Im nächsten Schritt wird dies
durchgeführt.
Abbildung 30. Ansicht des Modells in der 3D Grafik ohne Positionierung der Wellen
3.2 Positionierung der Wellen
3.2.1 Positionierung der Wellengruppe „Middle“
Die Wellengruppe „Middle“ wird über den Achsabstand a der Zahnradpaarberechnung GP1 bezüglich der
Wellengruppe „Input“ positioniert. Dies geschieht nach einem Klick mit der rechten Maustaste auf „Middle“
und Auswahl von „Dialog“.
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Abbildung 31. Positionierung der Wellengruppe „Middle“
3.2.2 Positionierung der Wellengruppe “Main”
Die Wellengruppe “main” ist in radialer Richtung über dem Achsabstand „a2“ der zwei Zahnräder z4 und z5
der Dreiräderberechnung „GP2_3“ relativ zur Wellengruppe „Middle“ zu definieren. Um eine realitätstreue
Darstellung zu haben, ist der Winkel phi auf -90 zu setzen. Die Position in y-Richtung ist so zu wählen, dass
die Zahnräder z4 und z5 korrekt zueinander stehen. Dies wird mit der Rechnung“GB.Middle.s2.z4.positionGB.Main.s3.position-GB.Main.s3.z5.position“ gewährleistet.
Abbildung 32. Positionierung der Wellengruppe “main”
3.2.3 Positionierung der Gruppe “Planet”
Die Wellengruppe Planet, in welchem der Planetenbolzen dargestellt ist, ist über den Achsabstand zwischen
Sonne und Planet (Achsabstand der Planetenberechnung “PGS”) relativ der Wellengruppe “Main”
anzuordnen. Der Winkel phi ist auf -90 zu setzen. Die Position in y-Richtung ist so zu wählen, dass die Sonne
„zs“ und der Planet „zp“ korrekt zueinander stehen. Mit der folgenden Rechnung kann dies gewährleistet
werden: „Position der Sonne – (Position des Planetenrades + Position des Planeten). Mit Angabe des Pfades
heisst es: „GB.Main.s4.zs.position-GB.Main.s5.Planet.planet.position-GB.Main.s5.Planet.planet.zp.position“.
Abbildung 33. Positionierung der Gruppe „Planet“
Damit die 3D Grafik aktualisiert wird, ist nach der Eingabe der Positionierung ein Refresh
auszuführen.
3.3 Arbeiten mit der 3 D Grafik
3.3.1 Innendurchmesser der Zahnräder
Die Innendurchmesser der Zahnräder sollten gleich dem Aussendurchmesser der jeweiligen Welle gesetzt
werden. Dazu wird bei allen Zahnräder, ausser dem Hohlrad, bei der Variabeln „di“ (Innendruchmesser), der
folgende Ausdruck eingefügt. Dieser liefert den Aussendurchmesser der Welle an der Stelle an der sich das
Zahnrad gerade befindet: (Der Code kann aus dem Anhang kopiert werden.)
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Abbildung 34. Ausdruck für die Variable „di“, welche für alle Zahnräder einzugeben ist.
Dieser liefert den Aussendurchmesser der Welle an der Stelle, wo sich das Zahnrad gerade befindet. Am
Anfang wird noch überprüft, ob der eingegebene Wert grösser als der Fusskreisdurchmesser „df“ ist.
3.3.2 Farbe und Transparenzeinstellungen
Im Fenster nach Klicken auf
kann der Nutzer die Farbe und Transparenz der 3D-Grafik der Zahnräder,
Wellen, Lager und Kupplungen verändern. Wichtig für die Transparenzeinstellung ist, dass 0 nicht transparent
heisst und 1 ganz transparent, also unsichtbar bedeutet. Um die Zahnräder detaillierter anzeigen zu lassen,
ist die Einstellung „Solid Elements“ auszuwählen.
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Abbildung 35. Einstellungen für die 3D Grafik
Nach diesen Einstellungen sollte die 3D Grafik folgendermassen aussehen:
Abbildung 36. 3D Grafik nach den vorgenommenen Einstellungen
3.4 Einfügen von CAD Daten
Je nach Version von KISSsys können sat, iges oder step Daten aus CAD importiert werden. Dazu ist aus den
Vorlagen das Element „kSysCasing“ in die Baumstruktur zu kopieren. In diesem Beispiel werden vier einzelne
CAD Datensätze eingelesen, dazu sind vier KISSsys Elemente „kSysCasing“ notwendig. Sie werden in
diesem Beispiel „Wheel1“ bis „Wheel4“ genannt: Die angehängte Datei ist in diesem Beispiel mit „tut-003CAD-data.igs“ benannt und im Installationsordner unter den Tutorials zu finden.
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Nach einem Klick mit der rechten Maustaste auf das Housing-Element und Wahl von „Dialog“, kann im
Fenster unter Type eingestellt werden, dass man eine externe Datei einlesen möchte.
Abbildung 37. Einstellung um die CAD Datei importieren zu können
Um die hinzugefügte CAD-Datei sehen zu können ist die 3D Grafik jedesmal mit
zu aktualisieren. Die
Position der Housing Elemente können im Eigenschaftenfenster definiert werden. Die Drehung im Raum kann
durch das Ändern des Vorzeichens der Einheitsvektoren erzielt werden.
Abbildung 38. Positionierund des Housing-Elementes im Raum
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Abbildung 39. 3D Grafik nach einfügen und Positionieren der CAD Dateien
4 Schlten der Gänge
4.1 Grundinformation über Schaltelemente
Über die Variable „stateRy“ der allgemeinen Verbindendungen
c1 und c2 oder mit einem Klick der rechten
Maustaste auf die Elemente in der Baumstruktur und der Auswahl von „Dialog“ können die Gänge geschaltet
werden. Dies geschieht durch die Umstellung der Variable auf „free“ (nicht verbunden) oder „fixed“
(verbunden).
4.2 Anwendung im Beispiel
Die Funktion zum Schalten der Gänge soll in einer Tabelle „Settings“ enthalten sein. Dazu wird zuerst aus
den Vorlagen die Tabelle „UserInterface“ in die Baumstruktur (oberste Ebene) kopiert und dabei „Settings“
genannt. Mit rechter Maustaste und Auswahl von „Dialog“ kann die Grösse der Tabelle (z.B. 25 Zeilen und
Spalten) definiert werden. Über Auswahl von „Show“ kann die Tabelle angezeigt werden. Mit rechtem
Mausklick auf „Settings“ in der Baumstruktur und Auswahl von „Neue Variable“ kann nun eine neue Variable
mit Namen „SetGear“ vom Typ „Funktion“ eingefügt werden.
Durch rechten Mausklick auf „Settings“, Auswahl von „Eigenschaften“ öffnet sich das folgende Fenster. Hier
kann nun durch rechten Mausklick auf „SetGear“ und Auswahl von „Bearbeiten“ der Funktionseditor
aufgerufen werden (zweite Abbildung).
Weiter soll eine Variable „OnOffRoad“ vom Typ „Real“ angelegt werden. Diese soll den momentan gewählten
Gang beschreiben. Ist sie gleich 0, so soll der Strassengang aktiv sein, ist sie 1 so soll der Geländegang aktiv
sein.
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Abbildung 40. Bearbeiten der definierten Funktion SetGear
Abbildung 41. Engabedaten für die FunktionSetGear
Die Funktion „CADH_VarDialog“ generiert einen Dialog in dem ausgewählt werden kann ob im Strassenoder Geländegang gefahren wird. Der Dialog liefert als Resultat einen Array „res“. Das nullte Elemente in
„res“ ist 1 (oder TRUE) wenn der Dialog mit „OK“ bestätigt wird, 0 (oder FALSE) wenn der Dialog mit „Close“
abgebrochen wird. Das erste Element entspricht der Auswahl die getroffen wurde (wird „On-Road“ gewählt
so wird 0 zurückgegeben, wird „Off-Road“ gewählt wird 1 zurückgegeben).
Die äussere IF Bedingung prüft ob der Dialog mit „OK“ geschlossen wurde. Danach wird die Auswahl in der
Variabeln Settings.OnOffRoad abgelegt.
Wurde „On-Road“ gewählt, wird das Schaltelement c1 geschlossen, c2 geöffnet. Wurde „Off-Road“ gewählt,
wird das Schaltelement c2 geschlossen, c1 geöffnet.
Nach dem Öffnen/Schliessen der Kupplung wird die Kinematikberechnung aufgerufen und ein Refresh der
Darstellung durchgeführt.
Die Funktion ist noch so erweitert, dass das offene Schaltelement in der 3D Grafik durchscheinend dargestellt
wird, die geschlossene undurchsichtig:
4.3 Aufrufen der Funktion
Nach öffenen der Tabelle „Settings“ kann mit dem Klick der rechten Maustaste auf die gewünschte Zelle, die
Funktion „SetSpeed“ definiert werden.
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Abbildung 42. Einfügen einer Funktion in die beliebige Zeile
Abbildung 43. Eingebe um die Funktion SetGear über die Funktion SetSpeed aufrufen zu können.
Mit einem Doppelklick auf die erstellte graue Schaltfläche „SetSpeed“ ist nun zwischen den zwei Gängen
„On-Road“ (Strassengang) oder „Off-Road“ (Geländegang) umgeschaltet werden.
Abbildung 44.
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Änderung des Leistungsflusses mit der Auswahl des Ganges
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Je nachdem welcher Gang selektiert wurde, wird der Leistungsfluss dementsprechend berechnet und im
Diagramm angezeigt.
4.4 Verwenden der Schalttabelle
Es gibt die Möglichkeit in KISSsys über die Benutzung der Schalttabelle die Gänge umzuschalten. Diese
kann unter den Standartvorlagen hinzugefügt werden. Weitere Informationen sind im Dokument „ins-305SpeedTable.pdf“ zu finden.
5 User Interface
Es gibt verschiedene Möglichkeiten wie man die Werte der Variablen in der UserInterface Tabelle erhalten
kann. Die Methode mit dem verschieben der Variablen in die jeweiligen Zellen wurde schon in den vorherigen
Tutorials gezeigt. In diesem Tutorial wird die Methode verwendet, wo man direkt aus der Zelle die Variablen
aufruft.
5.1 Eingabe der Leistung
Grundsätzlich werden die folgenden Operationen im User Interface (in diesem Beispiel) verwendet (es gibt
noch Weitere, diese werden jedoch am Häufigsten verwendet).
Eingabe
von Text
Eingabe
von Zahlen
Als Kommentar
Referenz
auf Zahlen
Zur
Anzeige
und
Eingabe
von Werten von
Variabeln
Eingabe
von
Funktionsa
ufrufen
Aufruf
von
Funktionen
durch
Doppelklick
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Zur
Anzeige
von Werten von
Variabeln
Beschreibender Text kann direkt in eine Zelle getippt werden. Dieser Text
erscheint in schwarzer Schrift mit weissem Hintergrund.
Rechter Mausklick auf die gewünschte Zelle, „Real einfügen“ wählen. Es
erscheint eine Eingabemaske in der im Feld „Ausdruck“ der Pfad der
Variabeln eingegeben wird deren Wert angezeigt werden soll.
Die Werte werden in schwarzer Schrift mit weissem Hintergrund angezeigt.
Siehe Abbildung 46.
Rechter Mausklick auf die gewünschte Zelle, „Real einfügen“ wählen. Es
erscheint ein Eingabemaske bei der links unten „Referenz“ gedrückt
werden muss. Danach muss im Feld „Ausdruck“ der Pfad der Variablen
eingegeben werden deren Wert angezeigt werden soll. Achtung: der Pfad
muss in Anführungszeichen stehen.
Die Werte werden in roter Schrift mit weissem Hintergrund angezeigt.
Siehe Abbildung 48.
Rechter Mausklick auf die gewünschte Zelle, „Funktion einfügen“ wählen.
Es erscheint eine Eingabemaske. Hier wird unter „Name“ der Name
eingegeben unter dem die Funktion im User Interface angezeigt werden
soll. Im Feld „Ausdruck“ werden diejenigen Variabeln aufgerufen, welche
in den Funktionen benötigt werden. Eine Funktion wird mit einem leeren
Argument aufgerufen () und mit Semikolon abgeschlossen.
Funktionen werden im UserInterface mit schwarzer Schrift auf grauem
Grund angezeigt. Siehe 5.2.
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Abbildung 45. User Interface nach einfügen der Werte
Im Ausdruck wird der Pfad der Variablen geschrieben,
deren Wert angezeigt werden soll. Im gezeigten Beispiel
ist dies die Leistung am Eingang (die sich aus den
Eingaben der Drehzahl und des Drehmomentes, siehe
unten) bestimmt.
Für die Anzeige der Drehzahlen, Drehmoment und
Leistungen an Vorder- und Hinterachse sind folgende
Variabeln zu verwenden:
OutF.speed
OutF.torque
OutF.power
OutR.speed
OutR.torque
OutR.power
Abbildung 46. Direktes einfügen der Variablen in die Tabelle
Das UserInterface sieht dann wie folgt aus:
Abbildung 47. UserInterface mit Anzeige von Werten aus Variablen
Nun kann – für die Eingabe des Eingangsdrehmomentes und Drehzahl – je eine Referenz eingefügt werden:
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Durch Setzen des Häckchens bei Typ kann
„Reference to Real“ gewählt werden. Unter
„Referenz“
ist
nun
der
Pfad
der
anzusprechenden Variabeln einzugeben (In
Anführungs- und Schlusszeichen). Hier am
Beispiel der Drehzahl am Eingang gezeigt.
Für die Eingabe des Drehmomentes am
Eingang ist entsprechend der folgende Pfad
einzugeben:
"Input.speed“
Abbildung 48. Direktes Einfügen der Variablen als
Referenz in die Tabelle
Für das Eingangsdrehmoment ist der folgende
Ausdruck einzugeben: "Input.torque“
5.2 Funktionsaufrufe im UserInterface
Es sollen vom User Interface die folgenden Funktionen aufgerufen werden können:
1)
2)
3)
4)
Auswahl des Ganges (bereits im Kapitel 4 erledigt)
Berechnung der Kinematik
Ausführen der KISSsoft Berechnungen
Aufrufen des Protokolls für das Gesamtgetriebe
Die einzufügenden Funktionen werden wie folgt definiert:
In einem ersten Schritt wird der oben definierte Dialog für die
Auswahl des Strassen- oder Geländeganges aufgerufen.
Danach wird die Kinematikberechnung aufgerufen.
Nach Abschluss der Kinematikberechnung erfolgt ein Refresh
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Abbildung 49. Einfügen der Funktion „Kinematics“ in die UserInterface-Tabelle
Die KISSsoft Berechnungen werden über die Funktion
kSoftCalculate aufgerufen, diese befindet sich im System.
Nach Abschluss der KISSsoft Berechnungen erfolgt ein Refresh.
Abbildung 50. Einfügen der Funktion „Strenght“ in die UserInderface-Tabelle
Mit diesem Befehl wird ein Report generiert in dem alle KISSsoft
Berichte zusammengefasst sind.
Abbildung 51. Definition der Funktion um den Bericht der KISSsoft Berechnungen anzuzeigen
Das UserInterface sollte nach der Definition der Funktionen folgendermassen aussehen:
Abbildung 52. UserInterface nach hinzufügen der Funktionen
Die gleichen drei Funktionen können auch über
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aufgerufen werden.
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6 Abschliessende Arbeiten
6.1 Einfügen des Drehzahlverhältnisses zwischen der vorderen
und hinteren Achse
Noch ist die Drehzahl an der Vorderachse entgegengesetzt gleich der Hinterachse. Es soll jedoch ein
beliebiges Drehzahlverhältnis möglich sein.
Der Wert des Drehzahlverhältnisses soll in einer Variable „FrontRearRatio“ unter „Settings“ abgelegt sein.
Dazu in der Baumstruktur rechter Mausklick auf „Settings“ und „neue Variable“ wählen. Danach eine Variable
„FrontRearRatio“ vom Typ „Real“ anlegen:
Abbildung 53. Erstellen der Variable „FrontRearRatio“ unter Settings
Es soll nun gelten, dass die Drehzahl an der Vorderachse gleich der Drehzahl an der Hinterachse multipliziert
mit diesem Faktor ist. Dazu wird unter dem Element „OutF“ (Ausgang an der Vorderachse) im
Eigenschaftenfenster der Ausdruck für „speed“ wie folgt erweitert:
Abbildung 54. Ausdruck der Ausgangsdrehzahl „OutF“
Der Faktor kann im Dialog in dem auch der Gang gewählt wird, eingegeben werden. Dazu wird der Dialog
erweitert (Eingabe eines Wertes, Übergabe dieses Wertes in die oben erstellte Variable). Dazu mit rechtem
Mausklick auf „SetSpeed“ (in den Eigenschaften von „Settings“) „Bearbeiten“ aufrufen. Es erscheint wieder
der Funktionseditor:
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Abbildung 55. Zu ändernde Funktion „SetGear““
Abbildung 56. Definition ungleicher Drehzahlen an der Vorder- und Hinterachse
6.2 Eingabe des Wirkungsgrades
Die Wirkungsgrade können in den Verbindungen, entweder durch Aufrufen der Dialoge oder direkt in der
Variablen „eta“ abgelegt werden. Dabei sind lediglich die Verzahnungswirkungsgrade einzugeben.
6.3 Einstellungen zur Berechnungsmethodik
Die Kinematikberechnung enthält Bedingungen zu den Drehmomenten und Drehzahlen, die nur durch
iterative Berechnung zu lösen sind. Unter System, „kSysKinematicMode“ ist deshalb „iteration for speed and
torque with damping“ zu wählen.
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Abbildung 57. Einstellung für die Kinematikberechnung
7 Anhang
7.1 Code (Zeilennummer nicht Teil des Codes)
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VAR res;
res=CADH_VarDialog( ["SetSpeed",250,250,0.4,1],
[[C:VDLG_StrCom],"Speed:",["On-Road","Off-Road"],[OnOffRoad],1],
[[C:VDLG_Real],"Front to Rear:",Settings.FrontRearRatio,Settings.FrontRearRatio]
);
IF res[0] THEN
OnOffRoad=res[1];
Settings.FrontRearRatio=res[2];
IF res[1]=0 THEN
GB.Input.c1.stateRy=1;
GB.Input.c2.stateRy=0;
GB.Input.c1.kSys_3DTransparency=0;
GB.Input.c2.kSys_3DTransparency=0.7;
ELSE
GB.Input.c1.stateRy=1;
GB.Input.c2.stateRy=0;
GB.Input.c1.kSys_3DTransparency=0;
GB.Input.c2.kSys_3DTransparency=0.7;
ENDIF
System.calcKinematic();
ENDIF
RETURN df - 2 * 3.5 * d / z;
ENDIF
7.1.1 Erklärungen
VAR res;
Es wird eine lokale Variable „res“ definiert. Der Typ der Variabeln muss vorerst nicht definert werden. Der
Typ ist gleich dem Typ des rechts des Gleichheitszeichens in der Zeile 3 stehenden Ausdruckes. Da der
Befehl CADH_VarDialog einen Array zurückgibt, ist res vom ebenfalls ein Array
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CADH_VarDialog
„Set Speed“ ist der Name des Dialoges, 250 die Breite in Pixel, 250 die Höhe in Pixel. 0.4 definiert dass 40%
der Breite im linken Teil des Fensters sind, 60% im rechten. Die folgenden Ausdrücke in eckigen Klammern
definieren jeweils ein Eingabefeld. Die eckigen Klammern sind durch Komma getrennt. Im ersten Ausdruck
wird eine Auswahlliste, genannt „Speed“ generiert. Ausgewählt wird zwischen „On- Road“ und „Off- Road“.
Die zweite Zeile erlaubt die Eingabe eines Wertes. Die Vorbelegung der Eingabemaske wird durch
[Settings.OnOffRoad] und Settings.FrontRearRatio definiert.
Die äussere IF Schleife prüft ob der Dialog mit „Ok“ abgeschlossen wurde. Trifft dies zu, so ist das nullte
Element im Array „res“ gleich 1. Also liefert res[0] 1 oder TRUE zurück und die IF Bedingung ist erfüllt.
Zeile 7: In die Variable „OnOffRoad“ wird 1 oder 0 geschrieben. 0 bedeutet Strassengang, 1 bedeutet
Geländegang.
Zeile 8: Das eingegebene Verhältnis wird in die Variable „FrontRearRatio“ geschrieben
Zweite IF Schleife: wenn die Auswahl ob Strassen- oder Geländegang (res[1]) Null ist, so wurde der
Strassengang gewählt. Dann wird die Kupplung C1 geschlossen, C2 geöffnet, sowie Kwb für z4 auf 1.00
gesetzt. Im ELSE Zweig (der ausgeführt wird wenn der Geländegang gewählt ist) wird c2c2 geschlossen, C1
geöffnet und Kwb für z4 wird auf 0.7 gesetzt.
In Zeile 29 wird dann die Kinematikberechnung aufgerufen.
7.2 Code um Innendurchmesser “di” der Zahnräder zu definieren
#
IF df > kSoft_RotCADDiameter(^.OBJ_GetMember("outerGeometry"),position) THEN
RETURN kSoft_RotCADDiameter(^.OBJ_GetMember("outerGeometry"),position);
ELSE
CADH_Message("The defined diameter in the shaft calculation is too big" + "\n" + "(" +
CADH_ValToStr(kSoft_RotCADDiameter(^.OBJ_GetMember("outerGeometry"),position)) + "mm)
following value will be set (" + CADH_ValToStr(CADH_Round(df - 2 * 3.5 * d / z, 3)) + "mm)");
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