Software: FEM - Tutorial - Formoptimierung - Kerbspannung

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Kerbspannung an einer taktilen Sonde trotz Abrundung

Eine einseitig befestigte Sonde (Außenmaße: 70x20nbsp;mm²) aus ABS-Kunststoff erfährt durch einen Tastvorgang eine Druckkraft von maximal 3 N. Diese Kraft führt zu einer Auslenkung von ca. 4 mm. Obwohl alle Kerb-Ecken mit einem Radius 0,5 mm abgerundet wurden, entsteht eine starke Kerbspannung am Übergang des Tasthebels zum Einspann-Block. Die Wirkung der kritischen Kerbe ist analysieren. Durch eine geeignete Kerbform-Gestaltung ist ein Sicherheitsfaktor ≥ 2 für das gesamte Bauteil zu erreichen.

Analyse der Bauteil-Belastung

Das CAD-Modell der Sonde wird verpackt in einer ZIP-Datei zur Verfügung gestellt:

• Es ist im Autodesk Inventor ein neuer Projekt-Ordner "FEM6_CAD_xx" (mit xx=Teilnehmer-Nr. 00..99) anzulegen.
• Nach der Herunterladen der ZIP-Datei ist das darin enthaltene Bauteil "Sonde_xx.ipt" in diesen Projekt-Ordner zu speichern und entsprechend der eigenen Teilnehmer-Nr. umzubenennen.
• Wichtig: Im Autodesk Inventor ist die Dicke der Sonde (über "Extrusion1") auf 5,xxnbsp;mm zu erhöhen (mit xx=Teilnehmer-Nr. 00..99)

Mit diesem angepassten CAD-Modell kann nun eine Belastungsanalyse durchgeführt werden:

• Die Kraft von 3 N soll senkrecht auf die Nut-Fläche des Tast-Kopfes wirken.
• Die Befestigung der Tast-Sonde erfolgt mittels Stift und Schraube an der Anlage-Fläche ("Verankern" mittels "Pin-Abhängigkeit"):
  1. Die Stift-Bohrung dient als Führung (Fixierung nur in Radial-Richtung)
  2. Die Gewindebohrung dient als Fest-Lager auf einer M3-Schraube (Fixierung aller 3 Richtungen).

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Minimierung der Kerbwirkung durch Abrundung

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