Belastungsanalyse - Kraft berechnen für Systemstillstand

[h.plack]

Hallo Leute,

ich habe mich mit der Belastungsanalyse bisher nur mit einem einfacheren Assembly beschäftigt, jetzt habe ich eine Baugruppe, die deutlich umfangreicher ist und vor allem mehr Freiheitsgrade hat. Ich arbeite mit Inventor 2021 Pro.

Im Anhang findet Ihr eine kleine dwg-Skizze, in der ich das Prinzip erläutern möchte.

Es ist ein System aus zwei Hebeln und einem, ich nenne es mal, Rohrgebilde, was sich um ein Drehlager (Lager 1) drehen kann. Der obere Hebel (Hebel 1) ist oben auch an einem Drehlager (Lager 2) aufgehängt. Wenn man nun den Spindelantrieb rausfährt, bewegt sich der untere Punkt von Hebel 1 nach unten und bewegt Hebel 2 und dreht das Rohrgebilde nach rechts und umgekehrt.

Meine Frage ist nun: Ich möchte gerne die Kraft berechnen, die der Spindelantrieb aufwenden muss, um das System unbewegt zu halten. Mein Problem ist aber, dass der Spindelantrieb sich natürlich auch dreht, wenn die Hebel sich nach unten bewegen, so dass eine Kraft, die ich am Spindelantrieb ansetze, das Teil einfach in Kraftrichtung aus seiner Verankerung zieht.

Kann mir jemand sagen, wie ich das Problem angehen kann und ob es möglich ist, die Kraft als Ergebnis zu bekommen und nicht empirisch ermitteln zu müssen?

Vielen Dank für Eure Antworten im Voraus!

Gruß

Helge

[Anonymous · Accepted solution]

---

@h.plack  schrieb: ... Belastungsanalyse ... mehr Freiheitsgrade ...  Ich möchte gerne die Kraft berechnen, die der Spindelantrieb aufwenden muss, um das System unbewegt zu halten. ...

---

Für diese Aufgabenstellung ist die Belastungsanalyse, wie auch jedes andere ähnliche FEM-System das falsche Werkzeug. Die Belastungsanalyse ermittelt Vervormungen und Spannungen in Bauteilen unter Anwendung der FEM im Bereich der linearen Statik. Die Linearität setzt minimale geradlienige Verformung und Verschiebungen voraus. Auch wenn das Berechnungsziel als Kräftegleichgewicht ein statischer Zustand ist, handelt es sich hier um eine Kinematik mit gelenkig verbundenen Bauteilen. Gelenke kennt die linear statische FEM per Definition nicht.

Im Sinne der Kinematik hat das aufskizzierte System übrigens nur einen Freiheitsgrad, sonst könnte man die gesuchte Gleichgewichtskraft auch gar nicht ermitteln.

Zur Berechnung gibt es zwei Möglichkeiten. Entweder rechnet man unter Anwendung des Hebelgesetzes mittels Papier und Bleistift im Kopf, mit dem Taschenrechner, mit Excel oder ähnlichen Hilfsmitteln. Alternativ kann man auch die Dynamische Simulation von Inventor verwenden und dort die Funktion "Unbekannte Kraft" nutzen. Das setzt zwar eine Bewegung der Kinematik voraus, dafür bekommt man aber auch eine schöne Kurve mit der für ein Kräftegleichgewicht notwendigen Kraft zu jedem Zeitpunkt der Bewegung.

https://help.autodesk.com/view/INVNTOR/2021/DEU/?guid=GUID-4BC1E591-2390-49AC-B5AE-AC398440BC0C

[j.palmeL29YX · Accepted solution]

Für solche Aufgaben ist die Dynamische Simulation das geeignete Werkzeug. 

Da Du uns Deine Baugruppe nicht hochgeladen hast habe ich mal rasch ein ähnliches Modell skizziert, das hoffentlich die von Dir gewünschte Funktionalität aufweist.  (vgl: >>Video<<)

Die Anordnung der Hebel ist IMO selbsterklärend. Die Spindelkraft soll wirken von der noch freien Bohrung in der Grundplatte (Bauteil:1) bis zum Gelenk zwischen Bauteil:3 und Bauteil:4. 

Ich habe eine Schwerkraft definiert und eine nach unten wirkende Kraft am Ende von Bauteil:1. 

Eine sinnvolle Bewegung des Mechanismus ist gegeben, wenn sich das Drehgelenk Drehung:2 zwischen -90° und -60° bewegt. Die erforderliche "Spindelkraft" kann mit "Unbekannte Kraft" ermittelt werden. Sie zeigt zu jeder Position zwischen -90° und -60° die Kraft an, die notwendig ist, um den Mechanismus unter den gegeben äußeren Belastungen (Schwerkraft + zusätzlich wirkende Kraft) im statischen Gleichgewicht zu halten. Das ist im Ausgabediagramm ablesbar.  

Wenn Du das Prinzip durchschaut hast kannst Du es bestimmt analog auf Dein Modell sinngemäß anwenden. 

Wenn meine Antwort Dein Problem löst, klicke auf die Schaltfläche "als Lösung akzeptieren". Dies kann anderen helfen, schneller Lösungen zu finden.

[h.plack]

Hallo und guten Morgen,

Vielen Dank für die Antworten!

Nach ein wenig Rumsuchen hatte ich mir dann auch gedacht, dass ich mal bei der dynamischen Simulation nachschaue und bin auch bei dem Befehl "unbekannte Kraft" gelandet. Mit ein wenig Rumprobieren habe ich dann auch schnell mein Ergebnis gehabt, welches sehr nah an dem war, was ich vorher schon grob überschlagen ausgerechnet hatte.

Trotzdem danke für die Antworten!

Gruß

Helge