Stap 7: Waarschuwt: Open Loops en hoe deze te versterken
Denken als een plaatwerk-uitvoerder, is met bekwame gebruik van balg en imiteren "I" of "H" profielen, essentieel voor het behoud van de stijfheid in de vergaderingen. Het feit van de zaak is, lange reeksen van plaat of blad altijd gonna be plomp tenzij een back-up maken door iets uit-van-plane mee - d.w.z. draaien moment ladingen ("buigen") in spanning en compressie zoveel mogelijk, waar de meeste materialen zijn de sterkste.
Dus, ik ben hier om te illustreren verschillende potentiële punten van de mislukking van deze stijl van ontwerp en hoe om uw ontwerp tegen hen.
Effect van rand Taper op rechte hoek vastgemaakt platen
Blijkt uit de inleidende afbeelding is de klassieke storingsconditie. Omwille van de rand onregelmatigheden die lasers en waterjets neigen te genereren, vanzelfsprekend niet u dat de zijkanten van de plaat zijn echt loodrecht. De enige manier om te elimineren dit positief is met dynamische hoofd of hoofd kantelen machines, die veel duurder zijn. Bericht hoe de specificatie zelfs zegt "virtueel" elimineert taper - taper-vrije wordt gedefinieerd als 1 graad van de conus en een gebruikelijke waterjet of slecht gerichte laser cutter zal iets meer als 2 of 3 graden produceren.
Nou, een 1 graad aangooi op een rand vertaalt via Abbe fout vergroting op een lange deel van 10 cm (4") betekent een verschuiving op de top van bijna 2 mm (. 08"). Dit misschien niet geluid dat slecht behalve voor engineering professoren, maar het is zeer zichtbaar voor het menselijk oog, en bovendien een niet-ondersteunde rand dergelijks is veel zwakker dan een ondersteunde (onthoud stap 2?). Als de conus echt slecht, zoals 3 graden is, is vervolgens het deel gonna be 6mm (1/4") of meer aan de bovenkant. Nu is dat echt verschrikkelijk.
Vandaar, de les hier is om nooit afhangen van een gesneden rand voor uitlijning als het is gemaakt met een nonrigid proces, bijvoorbeeld laser of waterjet. De enige manier is om er zeker van te zijn dat het produceren van het deel op een router of molen waarvan bekend is dat loodrecht, bekend als zijnde "in tram".
Vervolgens pakken we het probleem van stijfheid, of waarom uw niet-ondersteunde structuur zo wubby is.
Een typische twee-plaat constructiedeel
Afbeelding 2 toont een vrij typische twee plaat parallelle structuur die u op een robot of sommige andere mechanische uitvoering zou kunnen vinden. Aan het eind heeft het een pin of schacht op welke een ander element, zoals de volgende arm segment, of wielen, rijdt. In het beste geval, dit tegen de zijwanden met bevestigingsmiddelen is aangescherpt, maar niet oneindig stijf, dus het zal buigen slechts in het midden. Wij veronderstellen dat de basis is absoluut robuust en stevig gehecht aan wat dit mechanisme gaat verder, er is dus geen vervorming aan de basis.
Afbeelding 3 toont een zijwaarts 10 pond van geweld ("lbforce"). Engineering puristen zou zeggen dat dit een nep eenheid is en dat ik echt 44 Newton zeggen moet, maar ter wille van eenvoudiger publiek verbinding, die ik ga ervan uit dat de meeste mensen weten wat ongeveer 10 pond (of 5 kg voelt).
Eenheden opzij, toont de eindige elementen-simulatie de structuur opzij vervormen met de muren nog ongeveer parallel. De totale omvang van de vervorming is eigenlijk vrij laag (0,004" of zo), maar we zullen zien is de relatieve stijfheid die telt. De vorm is overdreven op doel door middel van de simulatie om te laten zien van de uiteindelijke vorm van de vergadering.
Het toevoegen van flenzen
Een methode die de structuur in de configuratie verharden kan is het toevoegen van flenzen aan de zijkanten. Denk dat een "c-kanaal" of soortgelijk. De 4e afbeelding toont de structuur van dit voorbeeld, en de 5e beeld is de resultaten van de simulatie met dezelfde kracht grootte en locatie. De simulatie toont aan dat deze regeling al ongeveer 3 keer zo stijf als het origineel.
Afhankelijk van de geometrie van de flenzen, is deze relatieve waarde zou veel meer. Merk op dat ze ook niet heel wat de locatie van kracht toepassing bereiken en dat de overgrote meerderheid werd dit gedaan vanwege een praktisch belang zijn, omdat wat het steunt kon genoeg ruimte innemen dat uitbreiding van de flenzen helemaal out is onmogelijk. Het is daarom een voorbeeld "middle ground", die u meer kunnen tegenkomen.
In het voorbeeld van levensechte belichaming is de scooter vork weergegeven in afbeelding 6. In het volgende voorbeeld heeft slechts één flens (zoals een
), maar het concept is hetzelfde: zonder het, zullen de beide 1/8" achterste vorken zeer wiebelende. Deze structuur ziet ook krachten meer op de orde van 100 + pond, in plaats van 10, vanwege het gewicht van de fietser, bochten, etc.
Toevoegen van een lid van de kruising
Een andere tactiek is het toevoegen van wat bekend staat als een web. In constructiewerken taalgebruik is het web het midden van een i-vormig symbool, het element dat over de twee zijkanten bereikt. In de 7e afbeelding, wordt het web afgebeeld als de vlakke plaat in het midden. Nogmaals, het is gemaakt niet helemaal tot het punt van kracht toepassing uit een praktisch belang zijn voorbeeld. Bijvoorbeeld, heeft een gezamenlijke bijgevoegde arm een hub die is dat groot, dus het web moet worden verder van de schacht.
Zelfs met het einde niet goed ondersteund, is de web-configuratie de stijfste van allemaal - 7 keer beter dan het origineel!
Dit is de reden waarom de gebouwen zijn gemaakt van I-balken.
Een goed voorbeeld van het gebruik van een tussenliggende web is de 4-bar manipulator arm van mijn eigen 2.007 robot, weergegeven in afbeelding 8. Deze regeling was, helaas, slechts van beperkte doeltreffendheid want er nog steeds een grote niet-ondersteunde overspanning vóór het einde van de Grabbelen was, te laten flex op een vergelijkbare manier op afbeelding 7. Bovendien, verwaarloosd ik om een tweede transactie van die platen - verlaten de bodem zeer slecht ondersteund. Dientengevolge, de arm nog steeds verplaatst aanzienlijk zijdelings onder toegepaste belasting, maar gelukkig dit beïnvloedde niet de robot operatie veel.
Kringloop Flexures
Het overkoepelende thema is te voorkomen met behulp van materialen, vooral dunne platen, in buigen. Steun hen met materiaal dat uit de buigende vliegtuig zodanig zijn dat de lasten worden overgedragen aan hen en zet ze in spanning of compressie. De resterende paar foto's, zijn andere voorbeelden van dingen die wordt ontworpen om te weerstaan wiebelen, voor beter of slechter.
Maken van structuren zoals die wordt weergegeven in de oorspronkelijke FEA simulatie in afbeelding 3 is een hele wetenschap op zijn eigen, en de creaties staan bekend als
(een ander voorbeeld, zie figuur 2). Het keurige ding over materialen in buigen is dat ze over het algemeen erg voorspelbaar zijn als de vervormingen klein zijn, zodat flexures worden gewaardeerd voor hun herhaalbaarheid en immuniteit van "stiction", die een normale scharnier kan lijden. Ze worden aangetroffen in precisie machines en instrumenten voor de ondersteuning van gevoelige aanpassingen.
