Hur man bygger din allt riktigt riktigt snabbt (7 / 19 steg)

Steg 7: Varnar: Öppna loopar och hur kan man stärka dem

En klassisk nybörjare fel jag har bevittnat personligen använder finger ledad platta konstruktion lämnar lappar av material att försöka stå på sina egna. Detta är en mycket lätt stött fallgrop för denna typ av konstruktion. Även lederna att förlita sig på en tredje mellanliggande sammanfogande medlem som vinkel strykjärn eller L-fästen kan använda den tillverkade vinkelräthet, vård behövs när direkt sammanfoga plåtar tillsammans, oavsett om de är laserskurna, waterjetted, bearbetas via routern, eller ristade med hjälp av dina egna tänder.

Tänkande som en täcka belägger med metall fabricator, är med skicklig användning av kilar och imitera "I" eller "H" profiler, nödvändigt för att upprätthålla styvhet i församlingar. Saken är den, lång spännvidd av plattan eller blad kommer alltid att vara diskett om inte backas upp av något out-av-plan med det - dvs roterande ögonblick belastningar ("bockning") in i spänningen och komprimering som möjligt, där de flesta material är den starkaste.

Så, jag är här för att illustrera flera potentiella fel pekar av denna typ av design samt hur för att stötta upp din design mot dem.

Effekten av kanten Taper på vinkelrätt fäst plattorna

Inledande bilden är den klassiska fel läget. På grund av kanta oegentligheterna som lasrar och vattenskärmaskiner tenderar att generera, kan inte du anta sidorna av plattan är verkligen vinkelrätt. Det enda sättet att eliminera detta positivt är med dynamisk chef eller luta huvudet maskiner, som är mycket dyrare. Märker hur specifikationen säger även "virtuellt" eliminerar taper - taper-fri definieras som 1 grad för taper och en vanlig vattenjet eller dåligt fokuserad laserskärare kommer att producera något mer som 2 eller 3 grader.

Tja, en 1 grad fel på en kant översätter genom Abbe fel förstoring på en 10 cm (4 tum) lång del innebär en förskjutning på toppen av nästan 2 mm (. 08 "). Detta kanske inte ljudet som dåligt förutom till engineering professorer, men det är mycket synlig för det mänskliga ögat, och dessutom en rotlös kant som det är mycket svagare än en stöds (minns steg 2?). Om koniska är riktigt dålig, som 3 grader, då kommer delen att vara ut 6mm (1/4") eller mer på toppen. Nu är verkligen hemskt.

Därför är lärdomen här att aldrig bero på en skuren kant för justering om det gjordes med en nonrigid process, t ex laser eller vattenjet. Det enda sättet är att vara säker att producera delen på en router eller kvarn som är känd för att vara vinkelrät, kända som "i spårvagnen".

Nästa, vi tar itu med den stelhet frågan, eller varför din stöds inte struktur är så wubby.

Ett typiskt två-plattan strukturella Element

Bild 2 visar en ganska typisk två platta parallell struktur som kan vara på en robot eller några andra mekaniska genomföra. I slutet har den en PIN-kod eller axel på vilken ytterligare en faktor, som nästa arm segment, eller hjul, Rider. I bästa fall detta dras mot sidoväggarna med fästen, men inte oändligt styv, så det kommer att böja bara i mitten. Vi antar att basen är helt styvt och stadigt fäst vid vad denna mekanism går på, så det finns ingen deformation vid basen.

Bild 3 visar en sidledes 10 pounds av kraft ("lbforce"). Engineering purister skulle säga att detta är en falsk enhet och att jag bör säga 44 Newton, men för att skapa enklare publik anslutning ska jag antar att de flesta människor vet vad ungefär 10 pounds (eller 5 kg) känns.

Enheter åt sidan, visar finita element simuleringen strukturen deformeras i sidled med väggarna kvar ungefär parallellt. Den totala omfattningen av deformationen är faktiskt ganska låg (0,004" eller så), men vi kommer att se det är relativa styvheten som räknas. Formen är överdriven flit av simuleringen visar den slutliga utformningen av församlingen.

Att lägga till flänsar

En metod som kan stelna strukturen i konfigurationen är att lägga flänsar till sidorna. Tror att en "c-kanal" eller liknande. 4. bilden visar detta exempel strukturerar, och den 5: e bilden är resultat av simuleringen med samma kraft storlek och plats. Simuleringen visar att denna ordning redan är ungefär 3 gånger så stel som originalet.

Beroende på geometrin av flänsarna, kunde relativa värdet vara mycket mer. Observera att de också inte når ganska så långt som platsen för kraft ansökan och att de allra flesta detta gjordes på grund av en praktisk angelägenhet, sedan vad stöder kunde ta upp tillräckligt med utrymme att utöka flänsarna hela vägen ut är omöjligt. Det utgör därför ett exempel "medelväg" som du är mer sannolikt att stöta på.

I det här exemplet verkliga inkarnation är scooter gaffeln visas i bild 6. Detta exempel bara har en fläns (som en

), men konceptet är detsamma: utan det, två 1/8" bakre gafflarna blir oerhört vinglig. Denna struktur ser också styrkor mer på order 100 + pounds, istället för 10, på grund av rider vikt, kurvtagning, etc.

Lägga till en korsning medlem

En annan taktik är att lägga till vad som kallas en web. I strukturerade produkter språkbruk är webben i mitten av en textmarkör, det element som sträcker sig över två sidor. I 7: e bilden avbildas webben som platta i mitten. Igen, det man inte riktigt når punkten av kraft ansökan ur ett exempel praktiska bekymmer. Exempelvis har en bifogad arm gemensam ett nav som är att stora, så nätet måste vara längre bort från axeln.

Även med slutet inte väl stöds, web konfigurationen är det styvaste av dem alla - 7 gånger bättre än originalet!

Det är därför byggnader är gjorda av I-balkar.

Ett bra exempel på att använda en mellanliggande web är 4-bar manipulator arm av min egen 2.007 robot, visas i bild 8. Detta arrangemang var, tyvärr endast av begränsad effektivitet eftersom det fortfarande fanns en stor stöds inte span framför gripet slutet, att låta det flex på ett liknande sätt till bild 7. Dessutom försummat jag att göra en andra en av de plattor - lämnar botten mycket dåligt stöd. Som ett resultat, armen fortfarande flyttade betydligt sida till sida under tillämpas laster, men lyckligtvis detta påverkade inte robot operationen mycket.

Slutna Flexures

Det övergripande temat är att undvika att använda material, särskilt tunna plattor, i böjning. Stödja dem med material att böja planet inte är sådan att belastningarna överförs till dem och sätta dem i spänning eller komprimering. De resterande några bilder är andra exempel saker planerat på motstå vinglar, bättre eller sämre.

Att göra strukturer som de visas i den ursprungliga FEA simuleringen i bild 3 är en hel vetenskap i sig, och skapelser kallas

(ett annat exempel, se figur 2). Det snygga med material i böjning är att de är i allmänhet mycket förutsägbar om deformationer är små, så flexures värderas för sina repeterbarhet och immunitet mot "stiction" som en normal gångjärn kan lida av. De finns i precision maskiner och instrument för att stödja känsliga justeringar.