Optimierung des Designs unter Einhaltung der Federkraft und der Spannungsgrenzwerte

1. Auslegung einer Federscheibe mit ANSYS®
Optimierung des Designs unter Einhaltung
der Federkraft und der Spannungsgrenzwerte
Ihr Ansprechpartner:
Dipl.-Ing. Christoph Schlegel
Tel. +43(0)1 5877073-12
E-Mail christoph.schlegel@cadfem.at
Aufgabenstellung
Eine Federscheibe soll für eine Lamellenreib-
bremse ausgelegt werden. Dazu soll durch eine
gewellte Federscheibe bei gegebenem Federweg
eine definierte Federkraft erzeugt werden. Die
Scheibe darf unter dieser Belastung nicht bre-
chen, d.h. die Betriebsfestigkeit ist einzuhalten.
Vom Federscheiben-Design darf sowohl die Wel-
lenanzahl N als auch die Wellenhöhe H und die
Blechdicke D variiert werden. Die Aufgabe be-
steht darin, eine Kombination dieser Designpa-
rameter zu finden, die den geforderten Bedin-
gungen gerecht wird.
Lösung
Für die Designoptimierung wurde in ANSYS®
ein
voll parametrisches Finite–Elemente-Modell der
Federscheibe erstellt. Neue Varianten entstehen
durch die Veränderung dieser Parameter und
müssen nicht manuell erstellt werden. Mit dem
ANSYS®
DesignXplorer™ können schnell eine
Reihe von Designs berechnet und für die Ergeb-
nisse Antwortflächen erzeugt werden. Damit las-
sen sich wie rechts dargestellt die Effekte der
Designparameter übersichtlich darstellen und
nachvollziehbare Designentscheidungen treffen.
Im vorliegenden Fall ist eine gewünschte Feder-
kraft vorgegeben. D.h. im Federkraftdiagramm
kann eine Linie mit der gewünschten Kraft gezo-
gen werden. Wird diese Linie in das Spannungs-
diagramm projiziert, kann entlang der Linie ein
Design gewählt werden, wobei das dazu zu er-
wartende Spannungsniveau direkt ablesbar ist.
Nutzen für den Kunden
Die Analysemethode erlaubt es einerseits sehr
schnell und kostengünstig den gesamten Design-
raum abzuprüfen, so dass eine Vielzahl an Proto-
typen eingespart werden kann.
Andererseits erhält der Kunde durch diese Ergeb-
nisdarstellung nicht nur eine einzelne optimierte
Konstruktionsvariante, sondern kann selbst aus
einer Gruppe von passenden Parameterkombina-
tionen wählen und erhält dazu die zu erwarten-
den Spannungswerte.
Bilder mit freundlicher Genehmigung der Miba Frictec GmbH
Federscheibe wird von zwei ebenen Platten zu-
sammengedrückt
Federkraft abhängig von Wellenanzahl u. Dicke
Resultierende Spannung in der Federscheibe
Wellenanzahl N
BlechdickeD
FederkraftF
Wellenanzahl N
BlechdickeD
SpannungσvMises
F konstant
F konstant
Design wählbar
 Spannung ablesbar