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Auslegung einer Federscheibe mit Ansys
Optimierung des Designs unter Einhaltung der Federkraft und der Spannungsgrenzwerte

Federscheiben-Designoptimierung mit Ansys

Branche: Maschinen- und AnlagenbauFachgebiet: Skalierbarkeit der Simulation, Strukturmechanik

Für eine Lamellenreibbremse der Miba Frictec GmbH erstellte CADFEM in Ansys eine Federkraft-Designoptimierung mittels eines voll parametrischen FEM-Modells.

Zusammenfassung

Aufgabe

Es gilt, eine Federscheibe für eine Lamellenreibbremse rechnerisch auszulegen. Dazu soll durch eine gewellte Federscheibe bei gegebenem Federweg eine definierte Federkraft erzeugt werden.

Lösung

Für die Designoptimierung wurde in Ansys ein voll parametrisches Finite–Elemente-Modell der Federscheibe erstellt. Neue Varianten entstehen durch die Veränderung der Parameter und müssen nicht einzeln manuell erstellt werden.

Kundennutzen

Der Kunde erhält durch die Ergebnisdarstellung nicht nur eine einzelne optimierte Konstruktionsvariante. Mit dem Berechnungsmodell kann eigenständig aus einer Gruppe von passenden Parameterkombinationen gewählt werden, um die zu erwartenden Spannungswerte zu ermitteln.

Projekt Details

Aufgabenstellung

Es gilt, eine Federscheibe für eine Lamellenreibbremse rechnerisch auszulegen. Dazu soll durch eine gewellte Federscheibe bei gegebenem Federweg eine definierte Federkraft erzeugt werden. Die Scheibe darf unter dieser Belastung nicht brechen, d.h. die Betriebsfestigkeit ist einzuhalten. Für das Federscheiben-Design kann sowohl die Wellenanzahl N als auch die Wellenhöhe H und die Blechdicke D variieren. Die Aufgabe besteht darin, eine Kombination dieser Designparameter zu finden, die den geforderten Bedingungen gerecht wird.


Nutzen für den Kunden

Die Analysemethode erlaubt zum einen eine schnelle und kostengünstige Überprüfung des gesamten Designraums, so dass eine Vielzahl an Prototypen eingespart werden kann. Zum anderen erhält der Kunde durch die Ergebnisdarstellung nicht nur eine einzelne optimierte Konstruktionsvariante. Mit dem Berechnungsmodell kann eigenständig aus einer Gruppe von passenden Parameterkombinationen gewählt werden, um die zu erwartenden Spannungswerte zu ermitteln.


Lösung

Für die Designoptimierung wurde in Ansys ein voll parametrisches Finite–Elemente-Modell der Federscheibe erstellt. Neue Varianten entstehen durch die Veränderung der Parameter und müssen nicht einzeln manuell erstellt werden. Mit dem Ansys DesignXplorer können schnell eine Reihe von Designs berechnet und für die Ergebnisse Antwortflächen erzeugt werden. Damit lassen sich, wie auf den Abbildungen zu sehen, die Effekte der Designparameter übersichtlich darstellen und nachvollziehbare Designentscheidungen treffen. Im vorliegenden Fall ist eine gewünschte Federkraft vorgegeben. D.h. im Federkraftdiagramm kann eine Linie mit der gewünschten Kraft gezogen werden. Wird diese Linie in das Spannungsdiagramm projiziert, kann entlang der Linie ein Design gewählt werden, wobei das dazu zu erwartende Spannungsniveau direkt ablesbar ist.

Bilder: © Miba Frictec GmbH


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