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 '''OptiY-Testversion''' gestattet eine Toleranz-Analyse | Die '''OptiY-Testversion''' gestattet eine Toleranz-Analyse mit den Streuungen von '''maximal 5 Toleranzen'''. Wir müssten uns im Beispiel also auf die wesentlichen Toleranzgrößen beschränken, falls die betrachteten Kriterien von mehr als 5 Parametern abhängen! Deshalb verdeutlichen wir uns anhand der bekannten Formelzusammenhänge die Anzahl und den Einfluss der Toleranzgrößen: | ||
* 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: | ||
<!-- <div align="center"> <math>c = \frac{E \cdot b \cdot t^3}{4 \cdot L^3} </math> </div> --> | <!-- <div align="center"> <math>c = \frac{E \cdot b \cdot t^3}{4 \cdot L^3} </math> </div> --> |
Version vom 5. November 2020, 09:39 Uhr
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 mit den Streuungen von maximal 5 Toleranzen. Wir müssten uns im Beispiel also auf die wesentlichen Toleranzgrößen beschränken, falls die betrachteten Kriterien von mehr als 5 Parametern abhängen! Deshalb verdeutlichen wir uns anhand der bekannten Formelzusammenhänge die Anzahl und den Einfluss der Toleranzgrößen:
- 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 berücksichtigt:
- Toleranz (Dicke) = ±0,05 mm (Absolutwert)
- Toleranz (Breite) = ±0,05 mm (Absolutwert)
- Toleranz (E_Modul) = ±5 % (Relativwert bezogen auf den Nennwert)
Der Toleranzwert für die Federlänge bleibt bei der Toleranzanalyse unberücksichtigt:
- Toleranz (Laenge) = ±0,15 mm
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.