Hallo,
im Rahmen meiner Bachelorarbeit untersuche ich die Kolbenbefestigung eines hydraulisch betriebenen Differentialzylinders.
Im Folgenden schreibe ich etwas ausführlicher. Ich hoffe es schreckt euch nicht ab, sondern erleichtert euch das Helfen. Um die Originalkonstruktion nicht zu veröffentlichen, habe ich auf Bilddateien verzichtet. Ich werde aber wohl alsbald ein abgewandeltes Modell erstellen, dessen Dateien ihr dann einsehen könnt.
Untersuchungsobjekt:
Der Kolben (ohne Innengewinde) wird hierbei auf dem Stangengewinde mit einer Mutter gegen axiale Verschiebung gesichert. Gewindedurchmesser und Betriebskräfte sind sehr groß. Ursache der Untersuchung sind vereinzelte Fälle von ungleichmäßigem Abscheren des (Bolzen-)Gewindes.
Ziel der Untersuchung:
Ziel meiner Strukturanalyse in Mechanica ist zum einen das Verhalten der hochbeanspruchten Gewindeverbindung besser zu verstehen und das Kraftverhältnis zu ermitteln (meinem Verständnis nach lassen sich mit der VDI2230 & Co. Verbindungen, an denen die Betriebskräfte (Zug/Druck) an Schraube und Mutter selbst angreifen, nicht wirklich berechnen. Kann mich aber mangels Erfahrung auch irren) und zum anderen die Lastverteilung am Gewinde sichtbar zu machen. Anschließend möchte ich die Auswirkung geometrischer Konstruktionsänderungen berechnen und zu deren Bewertung mit der jetzigen Konstruktion vergleichen.
Mechanica-Erfahrung:
Null. Dies ist meine erste Woche mit ProE und Mechanica überhaupt. Eine Schulung hatte ich für keine der beiden Module. Als Literatur nutze ich Mechanica verstehen lernen, 2. Aufl. sowie ProE und Mechanica - Konstruieren und Berechnen mit WF4, 5. Aufl.. Zusätzlich nutze ich noch die veröffentlichten Präsentationsfolien zu Gewindeanalysen von PreTech. Im Studium hatte ich nur eine Veranstaltung um anhand von ANSYS Workbench einen Überblick über die Möglichkeiten der FEM zu erhalten.
Meine Vorgehensweise:
Als Anfänger versuche ich mich Schritt für Schritt an eine Kontaktanalyse mit vorausgehender Vorspannung heranzutasten. Derzeit berücksichtige ich noch keine Vorspannung der Verbindung. Begonnen habe ich damit ein Viertelmodell der dreiteiligen Baugruppe ohne modelliertes Gewinde als größtenteils haftend zu berechnen. Da hierbei nicht zu vernachlässigende Zugkräfte an den vordersten Gewindeflanken auftreten (Geometrie der Mutter und Ort der Krafteinleitung begünstigen eine Mutteraufweitung), weshalb ich eine Kontaktanalyse anstrebe.
Inzwischen versuche ich ein 10°-Segment der Baugruppe mit Kontakten an allen Gewindeflanken (Mutter, Stange) zu berechnen (Kontakt Fläche-Fläche und nur Flächen trennen aktiviert). Mutter und Kolben sind haftend verbunden.
Die Betriebskraft drückt auf den Kolben und ist momentan klein angenommen.
Die Stange ist in ausreichender Entfernung zum verspannten Kolben gekürzt und mit einer Randbedingung (nur) gegen axiale Verschiebung gesichert.
Weiterhin nutze ich eine zyklische Symmetrie an den beidseitigen Schnittflächen der drei Bauteile. Das Symbol zeigt 10° an.
Bei den Berechnungsergebnissen verdreht sich allerdings die haftend verbundene Mutter-Kolbenverbindung gegenüber der Stange. Entsprechend der Hinweise im Forum und im Buch habe ich eine weiche Feder zur Basis an die Stirnfläche der Mutter angebracht (Feder mit 1N/mm2 für alle K, 0 bei Torsion). Danach gab es immer noch Verschiebungen, sodass ich auch eine Feder an der darunterliegenden Stirnfläche der Stange angebracht habe. Beim Ergebnis waren die Enden mit den Federn übereinander, jedoch die Enden ohne Feder schiefwinklig zueinander sowie die Gewinde ohne Krafteinfluss. Testweise habe ich nun noch zwei Federn an diese Enden angebracht. Die Berechnung läuft noch. Der vielen Federn wegen bin ich jedoch skeptisch gegenüber meinem Berechnungsmodell.
Weiß bzgl. meiner Verdrehung jmd. Rat oder hat allgemein Anmerkungen zu meiner Vorgehensweise etc.?
Besten Dank für jegliche Hilfe
Thomas
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