Verifica statica albero con linguetta

F_Ingrasciotta

Utente poco attivo
Professione: Ingegnere Meccanico
Software: PTC Creo 8.0, Solidworks, Inventor, Ansys
Regione: Toscana
E' importante nell'immagine inserire anche la legenda con i colori e la descrizione di costa si sta visualizzando, per come è caricata l'immagine lascia troppa fantasia a chi la vede.

Su Ansys per queste analisi ho sempre attivato le Weak Spring in modo da evitare che piccole variazioni di carico possano portare ad avere un modello non stabile. Che programma hai usato?

Prova a lasciare la coppia sul rotore, inserisci un vincolo alla rotazione all'interfaccia su cui hai applicato la coppia dell'utilizzatore.
 

Caggi

Utente standard
Professione: Studente
Software: Solidworks
Regione: Campania
E' importante nell'immagine inserire anche la legenda con i colori e la descrizione di costa si sta visualizzando, per come è caricata l'immagine lascia troppa fantasia a chi la vede.

Su Ansys per queste analisi ho sempre attivato le Weak Spring in modo da evitare che piccole variazioni di carico possano portare ad avere un modello non stabile. Che programma hai usato?

Prova a lasciare la coppia sul rotore, inserisci un vincolo alla rotazione all'interfaccia su cui hai applicato la coppia dell'utilizzatore.
Ha ragione, chiedo scusa. Grazie per il consiglio. Il software utilizzato è SolidWorks. Quello che mostra l'immagine del precedente messaggio è la tensione di Von Mises. Ho provato a seguire il suo consiglio ma il problema continua a rimanere. In allegato delle immagini illustrative (questa volta complete).
 

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  • Vincolo di rotazione utilizzo.PNG
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meccanicamg

Utente Senior
Professione: Mechanical engineer manager
Software: SolidWorks, FreeCAD, NanoCAD5, Me10, Excel, LibreOffice
Regione: Lombardia
Personalmente non uso mai i vincoli cuscinetto di Solidworks ma metto io il vincolo con le reazioni che voglio vengano applicate. Sei sicuro che il vincolo cuscinetto posteriore non blocchi la rotazione?
Prova a fare un vincolo avanzato cilindrico e blocchi solo nelle direzioni di reazione assicurandoti che la torsione non sia bloccata.
Anche dove hai il seeger vedo tensione da torsione....

Credo che il vincolo cuscinetto sia impostato con blocca rotazione. Se fosse sbloccato e non metti un vincolo coppia come hai fatto ti deve dire che è labile.

Ecco qui cosa non ci deve essere:
Screenshot_20220115_055206.jpg
 
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F_Ingrasciotta

Utente poco attivo
Professione: Ingegnere Meccanico
Software: PTC Creo 8.0, Solidworks, Inventor, Ansys
Regione: Toscana
Concordo con quanto detto da @meccanicamg , molto probabilmente il problema sta tutto nella definizione del vincolo "cuscinetto" di solidworks.

A riprova di quanto detto da meccanicamg ti allego una simulazione fatta con Ansys su un albero (ovviamente con dimensioni diverse dal tuo) dove:
-Momenti A: 1 kNm
- Vincolo B: cilindrical support con radiale fixed e tangenziale ed assiale free
- Vincolo C: cilindrical support con radiale ed assiale fixed e tangenziale free
-Vincolo D: cilindrical support con radiale ed assiale free e tangenziale fixed.
1642235812041.png

I risultati sono i seguenti:
1642235701848.png1642235731857.png

I risultati sono allineati alla teoria.

Il valore di tensione che esce è spaziale ma ai fini della dimostrazione non ci interessa..
 

brn

Utente Junior
Professione: disegnatore
Software: solidworks 2020
Regione: lombardia
scusate se mi intrometto ma qualcuno di voi ha le curve del kt per la gole di scarico da rettifica?
tipo quella disegnata sullo spallamento dove la ruota dentata va in battuta.
grazie mille
 

meccanicamg

Utente Senior
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Regione: Lombardia
scusate se mi intrometto ma qualcuno di voi ha le curve del kt per la gole di scarico da rettifica?
tipo quella disegnata sullo spallamento dove la ruota dentata va in battuta.
grazie mille
Sostanzialmente non ne esistono per gli scarichi di rettifica perché sono assimilabili al raggio su spallamento. Devi usare quelli.
 

Caggi

Utente standard
Professione: Studente
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Regione: Campania
Vi ringrazio per i vostri preziosi consigli @meccanicamg e @F_Ingrasciotta. In particolare il problema era dovuto all'opzione di cui parlava @meccanicamg. Una volta tolta la spunta su "stabilizza rotazione albero" ho ottenuto un modello concorde con la teoria e con cui ho potuto confrontare i miei calcoli come nel "Caso 1" in allegato.
Ora però riscontro un nuovo problema. Ho provato ad inserire le sedi delle linguette come rappresentato dal "Caso 2" in allegato. Dalla teoria mi aspetto che la sezione con la massima sollecitazione deve essere quella della linguetta collegata con l'utilizzo. Ma noto una visione troppo ottimistica da parte del software; sollecitazioni troppo basse. Credo che ci sia qualcosa di sbagliato ancora una volta. Forse è nel modo in cui ho inserito le coppie ? Forse con le sedi delle linguette conviene definire le coppie in un altro modo ?
Attendo un vostro riscontro.
 

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biz

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Software: Excel, GNU Octave, Solid Edge (ST10,MP14), Creo Elements/Direct Modeling(18.1), Inventor(2023), SimLab(2021.1), Code Aster (2021)
Regione: Lombardia
Vi ringrazio per i vostri preziosi consigli @meccanicamg e @F_Ingrasciotta. In particolare il problema era dovuto all'opzione di cui parlava @meccanicamg. Una volta tolta la spunta su "stabilizza rotazione albero" ho ottenuto un modello concorde con la teoria e con cui ho potuto confrontare i miei calcoli come nel "Caso 1" in allegato.
Ora però riscontro un nuovo problema. Ho provato ad inserire le sedi delle linguette come rappresentato dal "Caso 2" in allegato. Dalla teoria mi aspetto che la sezione con la massima sollecitazione deve essere quella della linguetta collegata con l'utilizzo. Ma noto una visione troppo ottimistica da parte del software; sollecitazioni troppo basse. Credo che ci sia qualcosa di sbagliato ancora una volta. Forse è nel modo in cui ho inserito le coppie ? Forse con le sedi delle linguette conviene definire le coppie in un altro modo ?
Attendo un vostro riscontro.
se imponi un momento su di una faccia cilindrica, questa viene considerata come vincolata lungo il suo asse, quindi non hai deformazioni degli elementi, che appartengono al cilindro in questione.
 

meccanicamg

Utente Senior
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Vi ringrazio per i vostri preziosi consigli @meccanicamg e @F_Ingrasciotta. In particolare il problema era dovuto all'opzione di cui parlava @meccanicamg. Una volta tolta la spunta su "stabilizza rotazione albero" ho ottenuto un modello concorde con la teoria e con cui ho potuto confrontare i miei calcoli come nel "Caso 1" in allegato.
Ora però riscontro un nuovo problema. Ho provato ad inserire le sedi delle linguette come rappresentato dal "Caso 2" in allegato. Dalla teoria mi aspetto che la sezione con la massima sollecitazione deve essere quella della linguetta collegata con l'utilizzo. Ma noto una visione troppo ottimistica da parte del software; sollecitazioni troppo basse. Credo che ci sia qualcosa di sbagliato ancora una volta. Forse è nel modo in cui ho inserito le coppie ? Forse con le sedi delle linguette conviene definire le coppie in un altro modo ?
Attendo un vostro riscontro.
Hai due cose da fare:
- intensificare mesh localmente con dimensioni più piccole del minimo spigolo. Se hai fatto un raggio di fondo 0,8 ci dovresti fare mesh con 3 elementi quindi 0,25 mm
- non applicare la coppia sulla superficie circolare ma la forza sulla linguetta o comunque sulla sua sede
 

Caggi

Utente standard
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Regione: Campania
Grazie per le vostre risposte @meccanicamg e @biz. Ho dovuto vincolare a rotazione l'ultima parte dell'albero relativo all'utilizzo per permettere alla torsione di arrivare su tutta la linguetta dell'utilizzo come si può notare nel "Particolare 2" in allegato. Ho applicato una mesh più fine sulle sedi delle linguette e applicato la forza sulla faccia della linguetta come suggerito da @meccanicamg come si può notare nel "Particolare 1" in allegato. è stata applicata sulla faccia una forza di 600 N siccome la coppia è pari a 12000 Nmm e il diametro dell'albero nel punto di applicazione della forza del rotore è pari a 40mm. Di conseguenza ho calcolato la forza da applicare come coppia diviso il raggio (12000/20). Per completezza inserisco anche l'immagine "Albero" con il complessivo della simulazione. Purtroppo continuo a riscontrare differenze con i risultati analitici. le tensioni in questo modo escono mostruosamente più elevate. Sicuramente c'è qualcosa di sbagliato. Cosa pensate a riguardo ?
 

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meccanicamg

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Le tensioni saranno alte sul fondo della sede della cava per linguetta perché sarà la tensione moltiplicata per Kt....quindi sarà non poca. In teoria dovremmo esserci. Bisogna giocare un attimo sulla mesh e soprattutto sperare che non sei oltre lo snervamento altrimenti, essendo che il tuo materiale è lineare fino ad infinito, con piccole deformazioni otterrai tensioni elevatissime.
Per questo spesso se ci sono sollecitazioni elevate si lavora con materiali e analisi non lineari di e il materiale è bilineare e quindi ha il campo plastico a pendenza bassa.

Metti le tensioni in MPa=N/mm² altrimenti ci tocca ragionare strano non N/m².

E poi da ci i valori nella sede linguetta e cosa ottieni dal calcolo a mano.

Stavo guardando ma hai una coppia di 12Nm su un diametro 40 mm ma è pochissimo.
Screenshot_20220115_203011.jpg
La tensione di Von Mises sarà un po'più grande della tau calcolata....ma non so quanto ti viene col FEM.
 
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biz

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esatto,può essere che vi siano delle plasticizzazioni localizzate di esigua entità, per fare un buon lavoro dovresti introddure la non linearità del materiale.Anche se personalmente, in questo caso, lo ritengo poco utile.
 

biz

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certo è, che se il tuo scopo è quello di verificare i valori in quei punti allora è utile, naturalmente.
 

meccanicamg

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certo è, che se il tuo scopo è quello di verificare i valori in quei punti allora è utile, naturalmente.
Stavo usando i numeri che ha dato lui....ma stiamo parlando di coppie piccole e di tensioni di meno di 5MPa....Non se ne fa niente del non lineare plastico.
 

biz

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Stavo usando i numeri che ha dato lui....ma stiamo parlando di coppie piccole e di tensioni di meno di 5MPa....Non se ne fa niente del non lineare plastico.
ah...chiaro.Non avevo dato peso ai valori.Stavo ragionando sul concetto puro.
 

Caggi

Utente standard
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Stavo usando i numeri che ha dato lui....ma stiamo parlando di coppie piccole e di tensioni di meno di 5MPa....Non se ne fa niente del non lineare plastico.
Le tensioni saranno alte sul fondo della sede della cava per linguetta perché sarà la tensione moltiplicata per Kt....quindi sarà non poca. In teoria dovremmo esserci. Bisogna giocare un attimo sulla mesh e soprattutto sperare che non sei oltre lo snervamento altrimenti, essendo che il tuo materiale è lineare fino ad infinito, con piccole deformazioni otterrai tensioni elevatissime.
Per questo spesso se ci sono sollecitazioni elevate si lavora con materiali e analisi non lineari di e il materiale è bilineare e quindi ha il campo plastico a pendenza bassa.

Metti le tensioni in MPa=N/mm² altrimenti ci tocca ragionare strano non N/m².

E poi da ci i valori nella sede linguetta e cosa ottieni dal calcolo a mano.

Stavo guardando ma hai una coppia di 12Nm su un diametro 40 mm ma è pochissimo.
Visualizza allegato 64351
La tensione di Von Mises sarà un po'più grande della tau calcolata....ma non so quanto ti viene col FEM.
Il valore della tau mi trovo con il tuo calcolo e la tensione di Von Mises sarà pari a 6.12 Mpa. Il problema è proprio questo che dalle foto che ho caricato la tensione di Von Mises calcolata da SolidWorks è pari a 105.5 Mpa e tale valore si trova nel raggio di raccordo di fondo cava linguetta. Al di la del fatto che questo valore risulta mostruosamente più grande della teoria, è come se il software non applicasse torsione all'albero perchè in tal caso essendo il momento torcente costante fino alla linguetta dell'utilizzo dovrebbe essere proprio la sede di quest'ultima ad avere la tau più grande e quindi la Von Mises più grande siccome ha il diametro minimo pari a 28mm.
Credo ci sia qualcosa di sbagliato ma non capisco cosa. Come poso risolvere ?
In allegato un un'immagine con vincoli e forze applicate e un'immagine con i risultati della Fem.
 

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biz

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Il valore della tau mi trovo con il tuo calcolo e la tensione di Von Mises sarà pari a 6.12 Mpa. Il problema è proprio questo che dalle foto che ho caricato la tensione di Von Mises calcolata da SolidWorks è pari a 105.5 Mpa e tale valore si trova nel raggio di raccordo di fondo cava linguetta. Al di la del fatto che questo valore risulta mostruosamente più grande della teoria, è come se il software non applicasse torsione all'albero perchè in tal caso essendo il momento torcente costante fino alla linguetta dell'utilizzo dovrebbe essere proprio la sede di quest'ultima ad avere la tau più grande e quindi la Von Mises più grande siccome ha il diametro minimo pari a 28mm.
Credo ci sia qualcosa di sbagliato ma non capisco cosa. Come poso risolvere ?
In allegato un un'immagine con vincoli e forze applicate e un'immagine con i risultati della Fem.
hai calcolato per via analitica la tau massima data dal momento torcente, ma non hai applicato nessun momento torcente al modello FEM
 

biz

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potresti provare a dividere la superficie del tuo clilindro dall'estremo libero per, ipotizzo, 5mm ed applicare sul cilindro lungo 5mm (o quello che vuoi) il Mt
 

Caggi

Utente standard
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potresti provare a dividere la superficie del tuo clilindro dall'estremo libero per, ipotizzo, 5mm ed applicare sul cilindro lungo 5mm (o quello che vuoi) il Mt
Ho applicato la forza sulla faccia relativa all'appoggio della linguetta come suggerito da @meccanicamg e come schematizza anche la teoria come nell'immagine in allegato. Credevo che nel momento in cui si applicasse la forza sulla faccia era stesso il software a calcolarsi anche la coppia relativa a tale forza, ma a quanto pare così non è...
Nell'immagine in allegato "Carichi e vincoli" ho provato in questo modo.
- punti 2 e 4 ho inserito vincoli cuscinetto con rotazione libera
- punto 1 ho bloccato la rotazione in modo da vincolare opportunamente l'albero
- punto 3 ho applicato la torsione pari a 12000 Nmm
Ti sembra corretto come ragionamento ?
(ho tolto la forza sulla faccia della linguetta in questo caso)
 

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  • Carichi e vincoli.PNG
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biz

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se vuoi comparare gli sforzi calcolati per via analitica con quelli calcolati per via numerica non puoi applicare il momento torcente sul cilindro che comprende la sede per la linguetta, ma dovrai applicarlo prima, come hai fatto al punto 1
 

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