Software: CAD - Tutorial - Optimierung - Feder-Toleranzen: Unterschied zwischen den Versionen
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Im Übungsbeispiel "'''Biegefeder'''" betrachten wir die Auswirkungen von Streuungen auf die funktionalen Kriterien "'''Federsteife'''" und "'''Resonanzfrequenz'''" sowie auf das Verschleiß-Kriterium "'''zulässige Kraft'''". | Im Übungsbeispiel "'''Biegefeder'''" betrachten wir die Auswirkungen von Streuungen auf die funktionalen Kriterien "'''Federsteife'''" und "'''Resonanzfrequenz'''" sowie auf das Verschleiß-Kriterium "'''zulässige Kraft'''". | ||
Die Testversion | Die '''OptiY-Testversion''' gestattet eine Toleranz-Analyse nur mit den Streuungen von '''drei Toleranzen'''. Wir müssen uns also auf die wesentlichen Toleranzgrößen beschränken! Deshalb ignorieren wir anhand der bekannten Formelzusammenhänge die Toleranzgröße mit dem geringsten Einfluss: | ||
* Die Federkonstante '''''c''''' einer einseitig eingespannten Biegefeder der Länge '''''L''''' und rechteckigem Querschnitt '''''b·t''''' berechnet man bei bekanntem '''''E'''''-Modul mit der Gleichung: | * Die Federkonstante '''''c''''' einer einseitig eingespannten Biegefeder der Länge '''''L''''' und rechteckigem Querschnitt '''''b·t''''' berechnet man bei bekanntem '''''E'''''-Modul mit der Gleichung: | ||
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Die Länge '''L''' besitzt augenscheinlich den geringsten Einfluss von allen Maßen, weil sich ihr Wert für alle Bewertungskriterien im Nenner befindet. | Die Länge '''L''' besitzt augenscheinlich den geringsten Einfluss von allen Maßen, weil sich ihr Wert meist mit höherem Exponenten für alle Bewertungskriterien im Nenner befindet. | ||
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# die resultierenden Streubereiche für die Federkonstante und die Resonanzfrequenz, | # die resultierenden Streubereiche für die Federkonstante und die Resonanzfrequenz, | ||
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# Größe des Ausschusses, wenn die Federkonstante maximal eine Abweichung von ±10% besitzen darf. | # Größe des Ausschusses unter Berücksichtigung der mechanischen Belastbarkeit, wenn die Federkonstante maximal eine Abweichung von ±10% besitzen darf. | ||
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Version vom 7. Dezember 2015, 16:18 Uhr
Toleranzen der Biegefeder
An einem mechanischen Bauteil (z.B. Biegefeder) kann man unterschiedliche Typen von Toleranzen unterscheiden:
- Maßtoleranzen,
- Funktionale Toleranzen von Bauteilkomponenten (z.B. Parameter bzw. Kennlinien der Materialien).
- Form- und Lagetoleranzen sowie Oberflächenangaben,
Aus den Streuungen von Geometrie und Material resultieren Streuungen der Eigenschaften des Bauteils in Hinblick auf folgende Kriterien:
- Fertigung (z.B. Einhaltung von Schlussmaßen in der Montage)
- Funktionalität (z.B. Einhaltung von Kennwerten wie Federsteife und Resonanzfrequenz)
- Alterung/Verschleiß (z.B. zulässige Lastzyklen)
Im Übungsbeispiel "Biegefeder" betrachten wir die Auswirkungen von Streuungen auf die funktionalen Kriterien "Federsteife" und "Resonanzfrequenz" sowie auf das Verschleiß-Kriterium "zulässige Kraft".
Die OptiY-Testversion gestattet eine Toleranz-Analyse nur mit den Streuungen von drei Toleranzen. Wir müssen uns also auf die wesentlichen Toleranzgrößen beschränken! Deshalb ignorieren wir anhand der bekannten Formelzusammenhänge die Toleranzgröße mit dem geringsten Einfluss:
- Die Federkonstante c einer einseitig eingespannten Biegefeder der Länge L und rechteckigem Querschnitt b·t berechnet man bei bekanntem E-Modul mit der Gleichung:
- Die maximal zulässige Kraft F ergibt sich dann bei bekannter Streckgrenze Re zu:
- Die Resonanzfrequenz f der Grundschwingung dieser Biegefeder senkrecht zur Dicke t beträgt
Die Länge L besitzt augenscheinlich den geringsten Einfluss von allen Maßen, weil sich ihr Wert meist mit höherem Exponenten für alle Bewertungskriterien im Nenner befindet.
- Maßtoleranzen:
- Von Geometrie der optimalen Biegefeder betrachten wir nur folgende Fertigungstoleranzen:
- Dicke der Feder
- Breite der Feder.
- Von Geometrie der optimalen Biegefeder betrachten wir nur folgende Fertigungstoleranzen:
- Materialparameter:
- Im Unterschied zu den Maßtoleranzen ist man bei den Streuungen der Material-Eigenschaften meist auf Schätzwerte angewiesen, weil dafür praktisch keine Daten zur Verfügung stehen.
- Merklichen Einfluss auf die Federkonstante und die Resonanzfrequenz besitzt nur der
- E_Modul, dessen Nennwert durch die Materialbibliothek bereitgestellt wird.
Es werden folgende Toleranzwerte angenommen:
- Toleranz (Dicke) = ±0,05 mm (Absolutwert)
- Toleranz (Breite) = ±0,05 mm (Absolutwert)
- Toleranz (E_Modul) = ±5 % (Relativwert bezogen auf den Nennwert)
Erkenntnis-Ziele der Toleranz-Analyse:
- die resultierenden Streubereiche für die Federkonstante und die Resonanzfrequenz,
- die Stärke des Einflusses der einzelnen Toleranzgrößen auf diese resultierende Streuung,
- Größe des Ausschusses unter Berücksichtigung der mechanischen Belastbarkeit, wenn die Federkonstante maximal eine Abweichung von ±10% besitzen darf.
