Расчёт на прочность

Станки, создание станков, обсуждения, предложения.
Аватара пользователя
Ti-j
Кандидат
Сообщения: 66
Зарегистрирован: 09 апр 2012, 19:59
Репутация: 3
Контактная информация:

Расчёт на прочность

Сообщение Ti-j »

Суть проблемы: Хочется подобрать оптимальные сечения для элементов конструкции станка.
Если брать профиль потолще, то придётся не слабо потратиться сначала на саму конструкцию, а потом и на двигатели, которые смогут такую тяжесть таскать.
В сопромате я не силён, но решив на днях познакомиться с программой 3D моделирования SolidWorks, я обнаружил в ней модуль «Simulation» . Данный модуль производит различные испытания 3D модели, в том числе и испытание на прочность.
Кто ни будь делал тесты в данном приложении или в подобных ? Очень хотелось бы услышать советы о том как правильно применять их и вообще на сколько результат будет близок к реальности.

Вот что получилось у меня:
Накидал модельку – фрагмент подвижной части оси Z.
испытание-Исследование 1-Изображение-5.jpg (4341 просмотр) <a class='original' href='./download/file.php?id=7017&sid=a2406dec7f2aa67c58b8e45ac602890b&mode=view' target=_blank>Загрузить оригинал (141.89 КБ)</a>
Чтоб было понятно где что: площадка для инструмента, кубик на ней – чтоб было куда прикладывать силу в тесте, трубка – ходовой винт, квадратная труба катается между подшипниками качения (на рисунке не показаны).
Сечение квадратной трубы 100х100х3,2

Параметры теста:
Материал: Сталь AISI 1010, горячекатаная полоса
Крепления:
1) на каждой грани трубы по 4 площадки контакта 5*5мм (вместо подшипников) - Ролик/ползун
2) на ходовом валу участок длиной 40мм - Зафиксированный шарнир
Силы: приложил на кубик сверху вес шпинделя * g + вес шпинделя * a = 4 * 10 + 4 *1 = 44Н
И по оси Х и Y на кубик по 10Н
испытание-Исследование 1-Изображение-4.jpg (4341 просмотр) <a class='original' href='./download/file.php?id=7018&sid=a2406dec7f2aa67c58b8e45ac602890b&mode=view' target=_blank>Загрузить оригинал (233.62 КБ)</a>
Соответственно самый большой прогиб в красной зоне 0,05 мм

Результирующие силы в зоне контакта с «подшипниками» (не знаю как нормально таблицу вставить :thinking: )
Компоненты [X] [Y] [Z] [Результирующая]
Сила реакции(N) [-3.04141e-007] [0.000293973] [2.87159] [2.87159]
Сила реакции(N) [4.31104] [7.67692e-005] [-1.68709e-005] [4.31104]
Сила реакции(N) [-1.70258e-005] [0.000121153] [8.21409] [8.21409]
Сила реакции(N) [-5.03417] [-7.41307e-005] [-4.45038e-005] [5.03417]

Результирующие силы в зоне контакта ходового винта с гайкой
Компоненты [X] [Y] [Z] [Результирующая]
Сила реакции(N) [10.7232] [44] [-21.0857] [49.9559]
Аватара пользователя
Fisher
Почётный участник
Почётный участник
Сообщения: 3391
Зарегистрирован: 09 апр 2012, 12:39
Репутация: 424
Откуда: Киров
Контактная информация:

Re: Расчёт на прочность

Сообщение Fisher »

Это к Aftaevу
www.cncru.ru - все виды станков с ЧПУ. Комплектующие.
Аватара пользователя
aegis
Мастер
Сообщения: 3171
Зарегистрирован: 22 мар 2012, 06:59
Репутация: 1810
Настоящее имя: Михайло
Откуда: Україна, Конотоп=>Запоріжжя=>Харьків

Re: Расчёт на прочность

Сообщение aegis »

посчитать то можно, а вот воспользоваться такими расчетами под вопросом... основная проблема в том, как правильно задать условия сопряжения отдельных элементов конструкции. сварка, клепка, прикручивание болтами?
нікому нічого не нав'язую.
Аватара пользователя
Fisher
Почётный участник
Почётный участник
Сообщения: 3391
Зарегистрирован: 09 апр 2012, 12:39
Репутация: 424
Откуда: Киров
Контактная информация:

Re: Расчёт на прочность

Сообщение Fisher »

Да-да. Если бы полная сборка станка была и к ее частям прикладывать напруги, то картина была-бы немного реальнее.
Что за станок-то вообще?
www.cncru.ru - все виды станков с ЧПУ. Комплектующие.
Аватара пользователя
Ti-j
Кандидат
Сообщения: 66
Зарегистрирован: 09 апр 2012, 19:59
Репутация: 3
Контактная информация:

Re: Расчёт на прочность

Сообщение Ti-j »

aegis писал(а):основная проблема в том, как правильно задать условия сопряжения отдельных элементов конструкции
в расчёте есть возможность задавать следующие соединения: "Болты, Пружины, Гибкие основания, Подшипники, Шпильки, Сварка/клей, Сварные швы".
Но с этим я пока не разобрался, собственно поэтому я и задаю вопрос о том пользовался ли кто подобными расчётами. Есть много нюансов, в правильности которых я сомневаюсь - какие выбрать опоры, закрепления и силы, какие упрощения можно допустить и т.д. ?
Fisher писал(а):Да-да. Если бы полная сборка станка была и к ее частям прикладывать напруги, то картина была-бы немного реальнее.
Если начертить сразу сборку станка, то:
1 - без опыта и знаний работы с подобными расчётами может не получится правильно проставит все взаимосвязи. Если это вообще возможно (предусмотрено программой). Следовательно расчёт просто не получится или будет большая погрешность.
2 - неделю проектировать станок, а потом, сделав тест, узнать что нужно подправить что-то в самом начале и отсюда поплывёт всё ? - столько лишней работы.
3 - и ещё не факт что мой комп осилит расчитать всю сборку разом... :(
Fisher писал(а):Что за станок-то вообще?
Сейчас я доделываю свой первый (экспериментальный) станок, правда оказалось проблемой у меня в городе купить двигатели. Но расчёты я хочу применить к следующему станку, который я потихоньку начинаю обдумывать.
Скорее всего станок будет собран из металлопроката, но даже если будут покупаться какие либо готовые элементы, то и для них расчёты были бы полезны. Зачем платить больше за большие диаметры...
Насчёт металлопроката у меня пока много сомнений. Читаю форумы - вижу как все дружно критикуют данный вариант, однако просматривая видео на ютубе не нахожу к чему придраться в работе подобных станков и в результатах их работы - но это отдельная тема...
Аватара пользователя
Fisher
Почётный участник
Почётный участник
Сообщения: 3391
Зарегистрирован: 09 апр 2012, 12:39
Репутация: 424
Откуда: Киров
Контактная информация:

Re: Расчёт на прочность

Сообщение Fisher »

Ti-j писал(а):в расчёте есть возможность задавать следующие соединения: "Болты, Пружины, Гибкие основания, Подшипники, Шпильки, Сварка/клей, Сварные швы".
Но с этим я пока не разобрался, собственно поэтому я и задаю вопрос о том пользовался ли кто подобными расчётами. Есть много нюансов, в правильности которых я сомневаюсь - какие выбрать опоры, закрепления и силы, какие упрощения можно допустить и т.д. ?
Все позже после построения модели.
Ti-j писал(а):Если начертить сразу сборку станка, то:
1 - без опыта и знаний работы с подобными расчётами может не получится правильно проставит все взаимосвязи. Если это вообще возможно (предусмотрено программой). Следовательно расчёт просто не получится или будет большая погрешность.
2 - неделю проектировать станок, а потом, сделав тест, узнать что нужно подправить что-то в самом начале и отсюда поплывёт всё ? - столько лишней работы.
3 - и ещё не факт что мой комп осилит расчитать всю сборку разом...
Для этого и существует САПР - принять нужное и своевременное решение на стадии проектирования.
Ti-j писал(а):Сейчас я доделываю свой первый (экспериментальный) станок, правда оказалось проблемой у меня в городе купить двигатели. Но расчёты я хочу применить к следующему станку, который я потихоньку начинаю обдумывать.
Скорее всего станок будет собран из металлопроката, но даже если будут покупаться какие либо готовые элементы, то и для них расчёты были бы полезны. Зачем платить больше за большие диаметры...
Насчёт металлопроката у меня пока много сомнений. Читаю форумы - вижу как все дружно критикуют данный вариант, однако просматривая видео на ютубе не нахожу к чему придраться в работе подобных станков и в результатах их работы - но это отдельная тема...
Для начала задам самый первый вопрос, который обычно задается на этом форуме: Какие цели преследуешь при постройке станка - размеры, обрабатываемый материал, требования к точности и повторяемости.

Сделай для себя ТЗ. С ним легче, поверь. Затем приступай к предварительным расчетам.

Вот на ось Z ты вешаешь трубу сотку и проверяешь изгиб пластины под ней. А нагрузка на вал? А если на эту трубу навесить еще каретку, шпиндель? Кароч не заморачивайся пока с расчетами нагрузок, а ответь на поставленные вопросы. Как только совместно определим, что за станок - перейдем к конструктиву и выбору материалов. Ок?

з.ы.: металлопрокат разный бывает. кому-то достаточно трубы 80х40х2, а кому-то швеллера 10П мало :hehehe:
www.cncru.ru - все виды станков с ЧПУ. Комплектующие.
Аватара пользователя
Ti-j
Кандидат
Сообщения: 66
Зарегистрирован: 09 апр 2012, 19:59
Репутация: 3
Контактная информация:

Re: Расчёт на прочность

Сообщение Ti-j »

лично мне нравится вот такой :) http://www.youtube.com/watch?NR=1&featu ... 13SGoGt0tU
относительно не сложная конструкция и приемлемая по цене.

Задача - фрезерование дерева.
Точность ориентировочно - 0,1мм...1мм.
Размеры - по больше :) хотелось бы иметь рабочее поле 2,5м х 2м
Fisher писал(а):Вот на ось Z ты вешаешь трубу сотку и проверяешь изгиб пластины под ней. А нагрузка на вал? А если на эту трубу навесить еще каретку, шпиндель?
давление на кубик, который на пластине = 4кг - это и есть шпиндель. И эта труба сама катается на каретке. Усилия по килограмму с боков кубика - это силы резания. тут отсутствует только вес двигателя и не заданы связи типа сварки и болтов.
Определимся с названиями (наиболее часто встречающаяся компановка хобийных станков) - портал = ось Х, Каретка = ось Y, Шпиндельная бабка = ось Z - верно ?
Аватара пользователя
Fisher
Почётный участник
Почётный участник
Сообщения: 3391
Зарегистрирован: 09 апр 2012, 12:39
Репутация: 424
Откуда: Киров
Контактная информация:

Re: Расчёт на прочность

Сообщение Fisher »

лично мне нравится вот такой :) http://www.youtube.com/watch?NR=1&featu ... 13SGoGt0tU
относительно не сложная конструкция и приемлемая по цене.
Посмотреть пока не могу - на работе дохлый инет. Опиши, вкратце, чтобы понять.

Задача - фрезерование дерева.
Точность ориентировочно - 0,1мм...1мм. Про 0,1 забудь. Для дерева достаточно 0,5-1мм
Размеры - по больше :) хотелось бы иметь рабочее поле 2,5м х 2м - Тем болдее забудь про 0,1мм и про 0,5 забудь. Ориентируйся на 1-2 мм на этом размере
Fisher писал(а):Вот на ось Z ты вешаешь трубу сотку и проверяешь изгиб пластины под ней. А нагрузка на вал? А если на эту трубу навесить еще каретку, шпиндель?
давление на кубик, который на пластине = 4кг - это и есть шпиндель. - Шпиндель висит на одной точке?
И эта труба сама катается на каретке. Усилия по килограмму с боков кубика - это силы резания. тут отсутствует только вес двигателя и не заданы связи типа сварки и болтов.
Определимся с названиями (наиболее часто встречающаяся компановка хобийных станков) - портал = ось Х, Каретка = ось Y, Шпиндельная бабка = ось Z - верно ?
Типа того. Каретка - это узел, который катается по направляющей. Определим так: Портал двигается по Х; На портале узел крепления оси Z - он двигается по оси Y; шпиндель вверх-вниз - это Z
www.cncru.ru - все виды станков с ЧПУ. Комплектующие.
Аватара пользователя
Ti-j
Кандидат
Сообщения: 66
Зарегистрирован: 09 апр 2012, 19:59
Репутация: 3
Контактная информация:

Re: Расчёт на прочность

Сообщение Ti-j »

Вот пара кадров из видео:
1.png (4309 просмотров) <a class='original' href='./download/file.php?id=7022&sid=a2406dec7f2aa67c58b8e45ac602890b&mode=view' target=_blank>Загрузить оригинал (941.75 КБ)</a>
2.png (4309 просмотров) <a class='original' href='./download/file.php?id=7023&sid=a2406dec7f2aa67c58b8e45ac602890b&mode=view' target=_blank>Загрузить оригинал (1.04 МБ)</a>
Fisher писал(а):Тем болдее забудь про 0,1мм и про 0,5 забудь. Ориентируйся на 1-2 мм на этом размере
Имеется ввиду что погрешность 2мм будет только на большой длине ? например: 2м, т.е. реально я попаду не в координату 2000, а в 2002 или 1998.
Или на малых дистанциях я так же буду промахиваться на 2мм и в результате не смогу фрезеровать мелкие детали ?
не знаю как описать.... страдает погрешность в размерах - где то шаг идёт чуть плотнее, где то чуть шире... в результате картинка сжимается/расширяется, но чёткость изображения остаётся ?
Fisher писал(а):Шпиндель висит на одной точке?
для упрощения - да. Данный расчёт был экспериментальным и меня больше волнует прочность трубы (чтоб её уменьшить), чем полки. Хотя при уменьшении профиля возникнет вопрос устойчивости в подшипниках - как это рассчитывать я вообще без понятия.
Аватара пользователя
Nick
Мастер
Сообщения: 22776
Зарегистрирован: 23 ноя 2009, 16:45
Репутация: 1735
Заслуга: Developer
Откуда: Gatchina, Saint-Petersburg distr., Russia
Контактная информация:

Re: Расчёт на прочность

Сообщение Nick »

А задача какая, фрезеровка рельефов по дереву, как на видео?

Тогда я бы посоветовал обратить больше внимания перемещениям по осям XY, они должны быть быстрыми и жесткими. По Z обычно перемещения гораздо меньше. Плюс по Z обычно не нужны такие большие скорости - можно поставить винт.

На таких размерах - 2х2 метра делают большие детали, на которые обычно не смотрят вблизи. Их скорее всего придется дополнительно шлифовать.
Поэтому на погрешность +-мм можно спокойно забить.

Какие детали хочешь делать?

ЗЫ читал тему Master_70 Бюджетный ЧПУ 1150(2000) х 660(1250) мм #1 ?
Аватара пользователя
Ti-j
Кандидат
Сообщения: 66
Зарегистрирован: 09 апр 2012, 19:59
Репутация: 3
Контактная информация:

Re: Расчёт на прочность

Сообщение Ti-j »

В первую очередь хочется обрабатывать габаритные детали, как на видео. Но и мелкие вещицы тоже могут потребоваться.
Nick писал(а):ЗЫ читал тему Master_70 Бюджетный ЧПУ 1150(2000) х 660(1250) мм #1 ?
да - читал.

P.S.
мой вопрос про расчёт на прочность в 3D потерялся :(
ну тогда хотя бы так: по какому принципу подбирают сечение и конструкцию другие станкостроители ?
Аватара пользователя
Nick
Мастер
Сообщения: 22776
Зарегистрирован: 23 ноя 2009, 16:45
Репутация: 1735
Заслуга: Developer
Откуда: Gatchina, Saint-Petersburg distr., Russia
Контактная информация:

Re: Расчёт на прочность

Сообщение Nick »

В конечном итоге на глаз.

Попробуй начни с осей XY прикинь массу портала и размер каретки, и сделай нагрузку в середине направляющей оси X, равной массе портала, посмотри прогиб оси, потом сделай рычаг и добавь туда нагрузку от ускорения портала + 10-15 кг (100-150Н) на силу фрезеровки
Аватара пользователя
Fisher
Почётный участник
Почётный участник
Сообщения: 3391
Зарегистрирован: 09 апр 2012, 12:39
Репутация: 424
Откуда: Киров
Контактная информация:

Re: Расчёт на прочность

Сообщение Fisher »

Ti-j писал(а):мой вопрос про расчёт на прочность в 3D потерялся :(
ну тогда хотя бы так: по какому принципу подбирают сечение и конструкцию другие станкостроители ?
Вопрос не потерялся - он открыт, но для прочностного анализа у тебя мало данных. Нельзя проводить анализ, приложив силы к какому-то кубику-милипуське. Повесь туда шпиндель с реальным весом, а затем приложи силы к точкам крепления. Тогда картина станет яснее.Большинство наколенных станков делают без какого-либо анализа, но с 3D-моделью, которую можно покрутить-повертеть, а где-то и нагрузки приложить. Так что об анализе говорить без самого конструктива станка рано. Обычно сечение и конструкция подбирается исходя из требований к станку. Мне, например, хочется на своем попробовать погрызть (не путать с "фрезеровать" ;) ) сталюку. Поэтому и швеллер и труба со стенкой 6 мм и прочие фигли. Т.е. если сделать заведомо жесткий станок, то для работ по мягкому материалу он уж точно подойдет.
www.cncru.ru - все виды станков с ЧПУ. Комплектующие.
Аватара пользователя
Ti-j
Кандидат
Сообщения: 66
Зарегистрирован: 09 апр 2012, 19:59
Репутация: 3
Контактная информация:

Re: Расчёт на прочность

Сообщение Ti-j »

Nick писал(а):В конечном итоге на глаз.
печально :(
Nick писал(а):нагрузку от ускорения портала
я так понимаю можно взять 1 м/с2 и это будет значение с запасом ?
Nick писал(а):10-15 кг (100-150Н) на силу фрезеровки1
а не многовато ? фреза не сломается ?


Какие лучше использовать передачи на большой длине ?
ремни ругают за то что они растягиваются, винт будет вибрировать, цепи тоже ругают.
А рейку мне кажется будет сложно установить, так чтоб на все длине не возникало перекосов с зацепляемым колесом.

лично я склоняюсь к ремням. Натягивать 2 ремня по бокам оси Х. Ставить один двигатель на портал. Через ременную передачу вращать вал, который уже будет передавать движение на шкивы по обе стороны от портала.
Последний раз редактировалось Ti-j 31 июл 2012, 16:58, всего редактировалось 1 раз.
Аватара пользователя
Ti-j
Кандидат
Сообщения: 66
Зарегистрирован: 09 апр 2012, 19:59
Репутация: 3
Контактная информация:

Re: Расчёт на прочность

Сообщение Ti-j »

Fisher писал(а):Нельзя проводить анализ, приложив силы к какому-то кубику-милипуське.
Это всё понятно, я просто надеялся что найдутся люди, имеющие опыт в 3D расчётах и подскажут как правильно пользоваться программой.
Дело в том, что сделав более сложную модель я не смог задать в ней все связи. не получился сварной шов, т.к. его оказывается можно использовать только с листовым материалом. Те ли опоры я даю на связи под подшипниками я тоже не знаю. А при попытке применить болтовые соединения в расчётах, комп вообще повис.

И для расчётов не обязательно иметь всю модель. Можно испытывать по частям. А на следующие компоненты потом переносить силы из предыдущего расчёта, например - реакции опор под подшипниками в этом тесте можно перенести в виде сил действующих на подшипники в тесте с кареткой.
Аватара пользователя
Nick
Мастер
Сообщения: 22776
Зарегистрирован: 23 ноя 2009, 16:45
Репутация: 1735
Заслуга: Developer
Откуда: Gatchina, Saint-Petersburg distr., Russia
Контактная информация:

Re: Расчёт на прочность

Сообщение Nick »

Ti-j писал(а):Какие лучше использовать передачи на большой длине ?
Лучше всего рейку. Потом ремень и цепь. Хороший ремень не тянется - в нем стальной корд.
Винт не рекомендую - скорости не хватит. Максимум - скоростную ШВП, но да, ее скорее всего будет колбасить = нужен большой диаметр, чтоб не провисала = стоит дорого и нужен сильный движок.

Еще варианты - тросики и прочая ерунда, но на них не советую смотреть.

В итоге выбирай между рейкой, ремнем и цепью. Рейка лучше всего, но скорее всего выйдет дороже. Проще всего работать наверное будет с ремнем, ему нет так критичны точности в установке, как рейке и он легче, чем цепь. Плюс у ремня не должно быть люфта на шкиве, а вот на счет люфта цепь-звездочка не уверен, основная задача цепи - передавать усилие в одном направлении.
Аватара пользователя
aegis
Мастер
Сообщения: 3171
Зарегистрирован: 22 мар 2012, 06:59
Репутация: 1810
Настоящее имя: Михайло
Откуда: Україна, Конотоп=>Запоріжжя=>Харьків

Re: Расчёт на прочность

Сообщение aegis »

Ti-j, я аэрогидродинамику считал в космос флоуворксе и ансисе. скажу сразу правильный расчет дело очень сложное и зависит от многих факторов. в тонких каналах нужно чтобы нормально считать нужно иметь минимум 3-5 ячеек. это я к чему - в расчете на прочность наверняка аналогично в толщине листового материала минимум 3 ячейки должно быть. зная номинальный размер кубика, можно прикинуть общее их количество. у меня 2 гига ОЗУ затыкалось при 1.2-1.4 миллиона ячеек и расчет длился в среднем около 9 часов и это на С2Д при 3ГГц. докупил озу до 8 гиг, перешел на х64 систему и смог считать уже до 10-12 лямов, но длительность тоже была несусветная. если брать не кубики, а тетраэдры, то количество ячеек будет еще больше, но какую именно ячейку брать я не подскажу для твоей задачи - нужно читать инструкции. я стараюсь не запугать, а предостеречь от ненужных действий и трудо- и временных затрат...
намного полезней было бы поставить ТЗ, нарисовать то что кажется нормальным, выставить на обсуждение, подкорректировать, причем думаю не 1 раз, а потом уже воплощать в железе, предварительно проведя прочностные испытания (поставил между 2х табуреток, сел, померял прогиб как-то так :hottabych: )
на такой длине можно рассматривать систему винт+вращающаяся гайка. на винте 16х4 люди работают до 4.5м/мин, что для дерева более чем я думаю. если живешь в Украине или доставка отсюда не проблема, скоро на рынок попадут эти самые гайки моего производства, но пока нужно подождать чтобы все доделать...
нікому нічого не нав'язую.
Аватара пользователя
Ti-j
Кандидат
Сообщения: 66
Зарегистрирован: 09 апр 2012, 19:59
Репутация: 3
Контактная информация:

Re: Расчёт на прочность

Сообщение Ti-j »

Нашёл литературу по испытаниям и форум на подобную тему... буду читать. А вообще мне кажется можно будет обойтись упрощёнными моделями для расчёта, главное правильно их выбрать.
Аватара пользователя
Nick
Мастер
Сообщения: 22776
Зарегистрирован: 23 ноя 2009, 16:45
Репутация: 1735
Заслуга: Developer
Откуда: Gatchina, Saint-Petersburg distr., Russia
Контактная информация:

Re: Расчёт на прочность

Сообщение Nick »

Лучше начать с расчета прогиба направляющих самых длинных осей, а не с прогиба крепежа шпинделя.
И отталкиваться от этого при выборе профилей.

А по весу и моторам, лучше чуть-чуть переплатить за моторы, но сделать конструкцию более жесткой.
Аватара пользователя
Ti-j
Кандидат
Сообщения: 66
Зарегистрирован: 09 апр 2012, 19:59
Репутация: 3
Контактная информация:

Re: Расчёт на прочность

Сообщение Ti-j »

Этим я и занимаюсь. Крепёж шпинделя в тесте присутствовал для учёта рычага прикладываемой силы.
Смещение так же определять надо в точке, где ведётся обработка (балку скрутило на пол градуса, а фреза из за этого сместилась на сантиметр)
Ответить

Вернуться в «Станки»