Search in topic

Попытка расчета вала в SolidWorks

Всем привет! Хочу вынести на обсуждение мою попытку рассчитать прогиб направляющих для того, чтобы сделать выбор диаметра ДО их приобретения, вместо того, чтобы покупать что-то по аналогиям с чьими-то реализованными проектами, и затем, по окончании сборки, оказываться перед вероятностью промаха в 50% (то ли прогнулось за допуски, то ли нет :)

Итак. Исходные данные таковы:

• вал подбираю для оси Х станка портального типа.
• вал будет из стали GCr15, она же AISI E52100. длина 500мм. Такие продают китайцы.
• “направляющая” длиной 100мм. в кавычках потому, что по факту это просто брусок с отверстием, равным диаметру вала. нужен только для правильного приложения нагрузки, т.к. я ещё не научился прикладывать нагрузки прямо к валу нужным мне образом. имеет 100% жесткость, то есть его деформация меня не интересует.
• нагрузка перпендикулярная оси вала, 20 кгс.
• цель: получить такой диаметр, при котором прогиб будет меньше 0.1мм

Начал с того, что попытался разобраться в кодировке материалов в библиотеке солида. Понял, что нужной мне стали нет. Принялся искать характеристики в интернете. Нашел тут и тут. Создал материал, вбил характеристики, проверил количества нулей дважды :)

Затем уже создал вал, направляющую, связал, закрепил, нагрузил, испытал. Тут всё стандартно.

Результаты - для вала диаметром 16мм

Максимальный прогиб составил 0.09мм, почти 0.1мм
По-моему, это много.

Для вала 20мм

Здесь максимальный прогиб уже 0.04мм,

и для вала 40мм (на самом деле такой вал меня не интересовал, я просто начал изучение методики исследования именно с такого, “произвольного” диаметра)

Здесь прогиб всего 0.0027мм, его и берём! (шутка)

(Кстати, на картинки с изогнутым в дугу валом особого внимания не обращайте - это солид так показывает место, где деформация вообще есть, просто для наглядности. конкретные числа - в шкале.)

Итого вала D=20мм, думаю, будет достаточно, даже с учетом каких-то ударных нагрузок, и того, что расчет всё-таки не 100% корректно сформирован (наверняка я что-то не учел).

Почему я не радуюсь, а задаю вопросы? Потому, что мне не до конца ясны следующие моменты:

1. 20кгс на вал, это 40кг веса всего портала. Для портала с боковинами из алюминиевой плиты толщиной 15мм на 30см рабочего хода по Y это не мало? То есть, остальные элементы я буду проектировать на общий допуск 0.1мм при фрезеровании. Хочу узнать ваше, так сказать, оценочное мнение (понятно, что и вес портала тоже можно рассчитать в солиде, только я в нём не специалист, и пока стану - таким темпом я станок себе построю лишь через несколько лет).

2. вообще, я правильно понимаю, что основная нагрузка на вал будет от веса портала, а не от фрезерования? (мне кажется, что фреза сломается гораздо раньше, чем сможет как-то ощутимо нагрузить вал своим давлением на заготовку. да и вектор этой нагрузки будет, собственно, противоположным нагрузке от веса портала.)

3. из вашего личного опыта, на рабочий ход по Х, равный 400мм, и прогиб 0.05 - 0.1мм, вала 20мм хватит?

заранее спасибо за ответы.

из вашего личного опыта, на рабочий ход по Х, равный 400мм, и прогиб 0.05 - 0.1мм, вала 20мм хватит?

Прогиб вала 20 мм будет больше! Причём намного больше.

А какие вы задали условия? у вас каретка в расчете скользит по валу,или это монолит? Заделка концов фиксированная? У меня на станке две направляющие диаметром 20 мм и длиной 550 мм;в стандартных креплениях, на каждой две коротких каретки,наименьшее расстояние между каретками одного вала 110 мм. При нагрузке в 47кг (или 42,не помню точно)валы прогибаются на 0,3 мм. Это из практики,не расчеты.

понятно, что и вес портала тоже можно рассчитать в солиде, только я в нём не специалист

для этого надо нажать одну кнопку,конечно если конструкция уже нарисована.

каретка в расчете скользит по валу,или это монолит?

каретка скользит.
заделка концов фиксированная. это вроде и на иллюстрациях видно - зелёные стрелки на торцах вала.

При нагрузке в 47кг (или 42,не помню точно)

это на каждый? или портал столько весит?

Это из практики,не расчеты

вот за эти ваши данные - большое спасибо. этого я и ждал.

для этого надо нажать одну кнопку

говорю же - не специалист ещё. к тому же, нарисуешь - окажется, что снова материалов нет, что надо искать их характеристики - а эту свою сталь я несколько дней по интернетам искал, пока все модули да пределы собрал…

Прогиб вала 20 мм будет больше!

спасибо! а можно больше конкретики? или у вас ровно те же исходные были - 500мм вала и 100мм ширины каретки?

PS а вообще, фактический прогиб 0.3 против расчетного 0.05 (разница в 6 раз) говорит либо о том, что в исходных какая-то бОльшая разница, чем озвучено, либо о том, что сталь у китайцев не такая уж и подшипниковая, как они заявляют 😃
ну или, может быть, сталь и в самом деле другая - те же китайцы продают валы как из как GCr15, так и из S45C, которая помягче.

или у вас ровно те же исходные были - 500мм вала и 100мм ширины каретки?

Да исходные данные такие же…

есть простые формулы расчёта и даже они говорят о том, что прогиб будет больше чем о,1 мм…

это на каждый? или портал столько весит?

это на оба вала,у меня не портал,а подвижный стол.

…нарисуешь - окажется, что снова материалов нет, что надо искать их характеристики - а эту свою сталь я несколько дней по интернетам искал, пока все модули да пределы собрал…

…либо о том, что сталь у китайцев не такая уж и подшипниковая, как они заявляют ну или, может быть, сталь и в самом деле другая - те же китайцы продают валы как из как GCr15, так и из S45C, которая помягче

Это не особо нужно,модуль упругости примерно одинаков у всех стальных сплавов,а в расчете упругих деформаций важен только он и геометрия.Попробуйте посчитать конструкцию с опорами,такой,как она планируется.Все таки заделка намертво не то,что будет по факту.

Мое мнение, если по факту у Вас будут два линейных подшипника на расстоянии друг от друга 100мм, то нагружать направляющую бруском не корректно. Он не дает выгнуться направляющей между его крайними точками (в центральной части), что в той или иной степени возможно в реальном устройстве

заделка намертво не то,что будет по факту

вы про торцы вала? хорошо, хотя и не понимаю разницы между таким креплением вала 500мм и, например, креплением в опорах высотой 15мм вала длиной 530мм…

нагружать направляющую бруском не корректно

согласен. но расхождение в 6 раз между расчетом и фактом…

А деформации заделки кто учитывать будет ?

А деформации заделки кто учитывать будет ?

не думаю, что на 100% понимаю, о чем речь, но.

вот что сделал:
добавил опоры вала, линейные подшипники (далее - ЛП). закрепил вал в опорах, а опоры зафиксировал в пространстве в болтовых отверстиях - чтобы деформации опор тоже учитывались. в ЛП никаких шариков и пластика нет, эти люфты мне неинтересны, просто вал и отверстие в ЛП имеют один диаметр. ширина боковины портала (к которой прикреплены ЛП) равна 100мм, сами ЛП начерчены по размерам производителя.
все детали, кроме вала, имеют материал - “алюминиевый сплав”, один из справочных в солиде.

две картинки.

1. нагрузка на вал = 10 кгс.
   
   прогиб 0.069мм.

2. нагрузка на вал = 20 кгс
   
   прогиб 0.139мм.

что я снова делаю не так?

это у вас 1 твёрдое тело ?
скиньте модель. посмотрю