Krachtenanalyse
Krachtenanalyse
Bij het ontwerpen van machines speelt kracht vaak een centrale rol, zeker bij machines waar kracht een hoofdfunctie is, zoals hijskranen of tilliften. In die gevallen start de grove krachtenanalyse al in de conceptfase. Maar ongeacht het type ontwerp geldt dat elk onderdeel bestand moet zijn tegen de krachten waaraan het wordt blootgesteld. Daarom is een gedetailleerde krachtenanalyse essentieel tijdens het 3D modelleren.
Krachten in kaart brengen
Bij krachtenanalyse wordt gewerkt met vectoren die krachten in een bepaalde richting aangeven. Deze vectoren worden weergegeven in een Vrij Lichaam Schema (VLS). Een belangrijk principe in een VLS is dat een onderdeel of een samenstelling van onderdelen altijd in evenwicht moet zijn. Dit betekent dat de som van alle krachten op een onderdeel nul moet zijn.
Met behulp van vectoren kunnen de krachten eenvoudig geanalyseerd en gevisualiseerd worden.
Krachten analyseren
Krachten worden genoteerd in Newton (N) en kunnen ontstaan door verschillende factoren, zoals:
- Cilinders of elektro- en hydraulische motoren
- Temperatuur- of drukwisselingen
- Het eigen gewicht van onderdelen
Tijdens het ontwerpproces worden deze krachten nauwkeurig geanalyseerd. Zo wordt inzichtelijk welke krachten op elk onderdeel werken, zowel individueel als in samenstellingen. Hierdoor wordt het inzichtelijk welke onderdelen zwaar belast worden en welke onderdelen minder zwaar belast worden. Hierdoor is het mogelijk om een efficient ontwerp te maken.
Methode voor krachtenanalyse
Het berekenen van de grootte van krachten kan op verschillende manieren, afhankelijk van de complexiteit en de benodigde nauwkeurigheid. Voor eenvoudige situaties worden berekeningen vaak met de hand of in Excel uitgevoerd.
Het krachtenspel gaat vaak over de verhoudingen van krachten en krachtarmen. Krachten kunnen d.m.v. evenwichtsvergelijkingen worden bepaald. Deze vergelijking kunnen in Excel verwerkt worden maar ook is het mogelijk om dit in Inventor te verwerken. In combinatie met skeleton ontwerp kan er zo al in een heel vroeg stadium van het 3D modelleren naar de krachten gekeken worden.
Input voor sterkteberekeningen
De resultaten van de krachtenanalyse zijn input voor:
- Het bepalen van de juiste groottes van actuatoren, zoals cilinders of motoren;
- Berekeningen van optredende materiaalspanningen en vervormingen.
Het in een vroeg stadium analyseren van krachten draagt bij aan het efficient uitvoeren van de ontwerp werkzaamheden.