Software: CAD - Tutorial - Optimierung - Feder-Toleranzen

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Toleranzen der Biegefeder

An einem mechanischen Bauteil (z.B. Biegefeder) kann man unterschiedliche Typen von Toleranzen/Streuungen unterscheiden:

1. Maßtoleranzen,
2. Funktionale Toleranzen von Bauteilkomponenten (z.B. Parameter bzw. Kennlinien der Materialien).
3. 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 nur die Auswirkungen von Streuungen auf die funktionalen Kriterien "Federsteife" und "Resonanzfrequenz".

Hinweis: Die Testversion von OptiY gestattet eine Toleranz-Analyse nur mit den Streuungen von drei Toleranzen. Wir müssen uns also auf die wesentlichen Toleranzgrößen beschränken!

1. Maßtoleranzen:
   • Die Geometrie der optimalen Biegefeder besitzt einen quadratischen Querschnitt. Es genügen deshalb die Fertigungstoleranzen von:
     • Laenge der Feder und
     • Breite als Kantenlänge des quadratischen Querschnitts (vereinfacht, da in der Praxis auch "Rechteck"-Querschnitte entstehen!).
2. 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.
   • Einfluss auf die Federkonstante und die Resonanzfrequenz besitzt nur der
     • E_Modul, dessen Nennwert durch die Materialbibliothek bereitgestellt wird.

Es werden folgende Toleranzwerte angenommen:

1. Toleranz (Laenge) = ±0,15 mm (Absolutwert)
2. Toleranz (Breite) = ±0,05 mm (Absolutwert)
3. Toleranz (E_Modul) = ±5 % (Relativwert bezogen auf den Nennwert)

Ziele der Toleranz-Analyse:

1. die resultierenden Streubereiche für die Federkonstante und die Resonanzfrequenz sowie
2. die Stärke des Einflusses der einzelnen Toleranzgrößen auf diese resultierende Streuung.
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