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Simulation für CAD-Konstruierende
Autor Thema:  Berechnung einer Klemmung (3697 mal gelesen)
ckoring
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erstellt am: 19. Jan. 2016 15:26    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities


fem_klemmung.png


Klemmungs_Duse_Ex.SLDPRT

 
Hallo,

ich habe die Aufgabe bekommen die Klemmung einer Düse zu simulieren/berechnen. Auf dem angehängten Bild ist die Düse in cyan dargestellt, die Klemmung in grün. Bei bestimmten Betriebssituationen kann auf die Düse eine Kraft von 900 N wirken. Ich möchte nun ermitteln mit welcher Kraft muss ich die Klemmung beaufschlagen um die Düse trotzdem zu halten. Bei gelöster Klemmung lässt sich die Düse einfach axial verschieben, da einige Zehntel Spiel zw. Düse und Klemmung.

Zu Fuß habe ich die Klemmung mit dem Roloff/Matek überschlägig berechnet (12.3.4 Klemmverbindunge), angelehnt an die geschlitzte Hebelnabe mit linienförmiger Pressung. Ergebnis Fkl = 3352 N. Zur Überprüfung möchte ich das Ganze mit Simulation "nachrechnen" lassen.

Da ich das Kriterium "nicht durchrutschen" ja nicht direkt vorgeben kann, habe ich mir folgendes ausgedacht:

  • Einspannung - Führung der Düse an der zyl. Fläche, keine Durchmesseränderung, kein Verdrehen
  • Einspannung - Rollen/Gleiten der Stirnfläche rechts, keine axiale Verschiebung
  • Last - Axialkraft 900 N auf der linken Stirnfläche
  • Ergebnis - Anzeige der Spannungsverteilung der linken Stirnfläche

1. Probelauf ohne Klemmung ergibt an der rechten Stirnfläche eine Spannung, die ziemlich genau der Division von Axialkraft und Kreisfläche entspricht.

Anschließend habe ich die Klemmung wieder "eingefügt". Als globalen Kontaktsatz habe ich "keine Penetration" gewählt und den Reibwert auf 0,1 gesetzt. Zusätzlich habe ich einen Punkt an einer der Laschen fixiert, um die Klemmung axial zu fixieren. Die andere Lasche habe ich mit der eigentlich gesuchten Kraft versehen, für den zweiten Probelauf ist die Kraft mit 1 N angesetzt.

2. Probelauf ergibt ebenfalls an der rechten Stirnfläche eine Spannung, die ziemlich genau der Division von Axialkraft und Kreisfläche entspricht.

Wenn ich nun die Kraft für die Klemmung auf einen (sehr) hohen Wert einstellte (z.B 10000 N), sollte die Spannung annähernd bei 0 liegen. Würde mich dann an den Minimalwert der Klemmkraft rantasten. Kann das so funktionieren, oder ist mir da ein Gedankenfehler unterlaufen?

Vielleicht gibt es eine einfachere Lösung für mein Problem, oder es sind andere Parameter erforderlich. Bin für jede Antwort dankbar!

mfg Christian


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N.Lesch
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erstellt am: 19. Jan. 2016 20:27    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für ckoring 10 Unities + Antwort hilfreich

Hallo, als erstes würde ich die Bauruppe halbieren, dann wird sie übersichtlicher und sie läßt sich schneller rechnen.

" Einspannung - Rollen/Gleiten der Stirnfläche rechts, keine axiale Verschiebung "
Ich glaube da liegt Dein Fehler. Wenn auf die Düse von links eine Kraft drückt, dann darf rechts nur die Hülse anschlagen.
So wie Du die Düse einspannst, bekommst du natürlich nur die Kraft auf
Querschnitt verteilt.
Wenn auf die eine Lasche der Hülse eine Kraft drückt, muß auf die andere Lasche auch eine drücken oder sie muß fixiert werden.

Bei der Sache hängt alles vom Reibungsfaktor ab, und der ist nur vage zu bestimmen.

SWX 2014 kann ich nicht lesen, werde das mal am Wochenende versuchen
zu berechnen.
Oder schaue mal in die Hilfe zu Simulation, ob da ein Beispil ist mit Reibung.

------------------
Klaus

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ckoring
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erstellt am: 20. Jan. 2016 12:11    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities


fem_Klemmung_001.pdf

 
Zitat:
Original erstellt von N.Lesch:
Hallo, als erstes würde ich die Bauruppe halbieren, dann wird sie übersichtlicher und sie läßt sich schneller rechnen.

OK, das habe ich gleich geändert.


Zitat:
Original erstellt von N.Lesch:
" Einspannung - Rollen/Gleiten der Stirnfläche rechts, keine axiale Verschiebung "
Ich glaube da liegt Dein Fehler. Wenn auf die Düse von links eine Kraft drückt, dann darf rechts nur die Hülse anschlagen.
So wie Du die Düse einspannst, bekommst du natürlich nur die Kraft auf
Querschnitt verteilt.
Wenn auf die eine Lasche der Hülse eine Kraft drückt, muß auf die andere Lasche auch eine drücken oder sie muß fixiert werden.


Mit Rollen/Gleiten der rechten Stirnfläche versuche ich festzustellen ob die Klemmung die Düse hält oder nicht. Die Verschiebung an der rechten Stirnfläche ist immer Null, interessanter ist die Spannung. Wird die Düse NICHT geklemmt, sprich sie würde axial durchrutschen, sollte die Spannung annähernd F/A sein. Wird die Düse dagegen gehalten sollte die Spannung an der Stirnfläche annähernd Null sein. Alternativ könnte man sich auch die Reaktionskraft an der Stirnfläche anzeigen lassen, beim Klemmen sollte die Reaktionskraft ebenfalls Null sein. Als Anhang noch ein Versuch wo ich die eigentliche Klemmung durch eine Reibkraft ersetzt habe, diese muss beim Festhalten der Düse größergleich der Axialkraft sein.


Zitat:
Original erstellt von N.Lesch:
Bei der Sache hängt alles vom Reibungsfaktor ab, und der ist nur vage zu bestimmen.


Diesen habe ich für die Handrechnung mit 0,1 angenommen (Stahl auf Stahl, geschmiert). Habe ich dann auch erstmal so beim Kontakt eingetragen. Da Düse und Klemmung definitiv nicht geschmiert werden, sollte ich damit auf der sicheren Seite sein.


mfg Christian

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N.Lesch
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erstellt am: 20. Jan. 2016 18:34    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für ckoring 10 Unities + Antwort hilfreich

Wenn Du auf durchrutschen rechnen willst, mußt Du doch von links auf die Düse drücken und von rechts die Hülse festhalten.
Die einspannung gleiten ist schon richtig, weil sich da keine
Spannungen radial aufbauen.

Du belastest doch die Düse nur axial, sonst nichts.
Auf der rechten Stirnfläche der Düse soll gar nichts sein.

------------------
Klaus

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N.Lesch
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erstellt am: 23. Jan. 2016 13:36    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für ckoring 10 Unities + Antwort hilfreich


SWX_Reibung_1.PNG


SWX_Simu_Reibung.ZIP

 
Hallo,

im Anhang ein Beispiel. Das klappte bei mir beim 2. Versuch.

Die Axialkraft die drückt habe ich im ersten Versuch mit 100 N angenommen, da steigt Simulation aus.
Beim 2. Versuch auf 10 N geändert, da komme ich ans Ziel .

Einfach die Kraft so lange erhöhen bis Simulation aussteigt. 

Eventuell kannst Du auch hinten noch einen Klotz dran bauen, der die Düse beim Durchrutschen auffängt.
Dann kannst Du die Reibkraft auch direkt ablesen.

------------------
Klaus

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ckoring
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Hallo Klaus,

erst einmal Danke für deine Hilfe.

Es scheint das mein "Problem" nicht so trivial ist wie ich zu Anfang dachte. Leider ist es weiterhin so, dass wenn die Lasten auf ein realistisches Maß angehoben werden der Solver aussteigt. Da ich nun mal ein Ergebnis brauche, habe ich den Versuch per FEM einen Nachweis zu erstellen abgebrochen. Statt dessen habe ich jetzt einen realen Versuch durchgeführt. Sprich eine Klemmung, einen Rundstahl als Düsenersatz und einen Pneumatikzylinder als Ersatz für die Druckkraft zu einem Versuchsaufbau zusammengefügt. Die Klemmung wurde dann mittels Drehmomentschlüssel mit unterschiedlichen Momenten angezogen und der Arbeitsdruck des Zylinders dann per Druckregler bis auf 8 bar erhöht. Der max. Druck bei dem der Rundstahl durchrutscht wurde dann aufgenommen. Aus diesen Messreihen habe ich dann ein Anzugsdrehmoment abgeleitet, welches nun unseren Kunden mitgeteilt wird.

mfg Christian

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Ja sicher steigt der Solver aus, wenn die Düse axial durchrutscht.

Weil es so mathematisch nicht geht. Da hatte ich beim ersten Versuch auch .
Mußt Du einfach probieren bei welcher Kraft das ist.

------------------
Klaus

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erstellt am: 01. Feb. 2016 12:20    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für ckoring 10 Unities + Antwort hilfreich

Kurze Frage dazu, kann man ggf. Konstruktionstudien nutzen, um automatisiert die Kräfte zu erhöhen?

------------------
Grüße vom
Erzmichel

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N.Lesch
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erstellt am: 01. Feb. 2016 19:23    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für ckoring 10 Unities + Antwort hilfreich

Das glaube ich nicht, aber so lange dauerte das bei mir nicht, daß sich der Aufwand lohnt.
Mit Intervalhalbierung sollte das zügig machbar sein.

Wenn es zu lange dauert, hilft auch ein gröberes Netz einstellen.

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Klaus

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N.Lesch
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erstellt am: 13. Feb. 2016 19:18    Editieren oder löschen Sie diesen Beitrag!  <-- editieren / zitieren -->   Antwort mit Zitat in Fett Antwort mit kursivem Zitat    Unities abgeben: 1 Unity (wenig hilfreich, aber dennoch)2 Unities3 Unities4 Unities5 Unities6 Unities7 Unities8 Unities9 Unities10 Unities Nur für ckoring 10 Unities + Antwort hilfreich


SWX_Reibungskraft.PNG

 
So wie im Bild kann man die Reibugskraft direkt ablesen.

Zwar rutscht die Düse nicht durch aber die restliche Kraft wirkt dann
trotzdem hinten auf dem Anschlag.

Wer will kann es auch mit Fallprüfung versuchen.

------------------
Klaus

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