"Biegeverhalten" von Aluminium

[Goblin]

Tach!

Folgendes: Ich habe vor, das Drehmoment eines Motors zu messen, welches er auf eine Achse überträgt. Meine Konstruktion sieht folgendermaßen aus:

Bild hier  

Rot der Motor, blau die Achse. Grün und grau sind Hebel aus Alu, die an einer Stelle verbunden sind. Gelb ist ein Biegemessstreifen. Die Achse, das muss man dazusagen, kann sich nicht frei drehen sondern es wirken schon andere Kräfte auf sie, sodass der Motor nur eine Art Gegenkraft aufbringt. Die Achse rotiert dabei nur um einen maximalen Winkel von 100°. Um jetzt halt die Kraft zu messen, die der Motor auf die Achse bringt soll der Biegemessstreifen messen, wie weit sich der Alu-Hebel biegt. Darum und NUR darum geht es in diesem Beitrag. Die Konstruktion ist nicht Diskussionsstoff! Also, es gibt schon fertige Biegebalken, die ich auch schon in Benutzung habe. Sehen so aus:

Bild hier  

Die funktionieren nach dem gleichen Prinzip, und laut Datenblatt biegen die sich maximal um 0,2mm. Bei einer Größe von 10x70x10 mm. Dabei liefert der Biegemessstreifen, der auf sie geklebt ist schon sehr genaue Werte. Was ich jetzt wissen will ist, wie dimensioniere ich meinen Hebel so, dass er sich auch EIN WENIG biegt, jedoch nicht bricht? Sprich: Wie kann ich sowas ausrechnen? Habe nicht die geringste Ahnung von Materialkunde. Also, wie berechne ich anhand des Hebels, des Materials und der Kraft die Biegung?

[R2D3212]

Aluminium ist soweit ich weiß relativ duktil...also es wird sich noch weit vorm Brechen biegen. IMHO wichtig ist aber, daß du im elastischen Bereich bleibst (da wo es noch komplett "zurückfedern" kann).

Eine Biegung ist glaub ich eine kombination aus Zug und Druck Belastung. Für die Zugbelastung gibts da Werte...für dich wichtig IMHO die Streck- oder Dehngrenze (kommt drauf an, welches Al davon zeigt) ==> Sieht man im Spannungs/Dehnungsdiagramm.
An der Dehn/Streckgrenze kriegst du die zugehörige Spannung (musst du wahrscheinlich noch auf deine Geometrie umrechnen) in N, die du nicht überschreiten darft.
Bei der Druckbelastung gibts auch so was ähnliches (wie eben für Zugbelastung die Streckgrenze)...Quetschgrenze? Also, auch da musst du im elastischen Bereich bleiben (... gibts auch so Diagramme dafür (vielleicht sogar im Datenblatt?)).

Also im Fall der Biegung (auf der einen Seite) sind die Grenzwerte die Streck/Dehngrenze für Zug und Quetschgrenze (bin ich mir jetz nich sicher...irgendwie sowas) für Druckbelastung (auf der ggüberliegenden Seite).

Ist aber alles nur graue Theorie , wirklich damit gerechnet hab ich noch nie...wahrscheinlich kann dir da ein Maschinenbauer mehr dazu sagen....

[Manf]

Wenn die Motorwelle sich dabei drehen soll, dann könnt man schon überlegen den Motor drehbar zu lagern und das Moment an der Lagerung zu messen. Dann muss sich der Kraftmesser nicht mitdrehen.
Man setzt die Balken dann ganz nach Vorschrift als Kraftmesser ein.
Dafür hast Du ja eine Beschreibung oder?

Ist der Motor für diese Drehung um nur 100° geeinget?
Manfred

[UlrichC]

Nettes Teil ...
ich denke gerade das das ding womöglich bei zweckmäßiger Verwendung fest installiert wird und einen zur Konstruktion angepassten Wertebereich bringt.
Beispielsweise die Füllmenge eines Silos etc.
Die dimensionen kann dir ein Techniker berechnen sobald er weiß wieviel Newton du messen möchtest (Welchen Bereich) .
Aber zurück zur realität wäre die Berechnung nicht brauchbar... da Materialien selbst ziemlich unterschiedlich sind.
Du könntest dir 20 Hebel mit der selben Beschaffenheit basteln... su hättest immer unterschieliche werte. zudem verhält sich Materialbiegung nicht geradlienig zur Kraft.

Warum verwendest du kein Messgerät für Drehmoment?
Schonmal einen Drehmomentenschlüssel gesehen?

[Manf]

Das was man auf dem Bild sieht kann man unterschiedlich beschreiben:

Ein Formteil aus Aluminium mit einer nicht einfach bestimmbaren Form und aus einem Material das nicht so leicht einschätzbar ist.
oder:
Ein industriell gefertigter Biegebalken mit Typenschild auf dem 20N steht, der eingebaut und dann skaliert wird. Ohne das Schild wäre die andere Betrachtung angebracht.
Was ist noch offen? Es soll sicher noch ein Anschlag konstruiert werden, damit der Balken nicht überlastet werden kann. Geht es darum?
Manfred

Hier ist ein Biegebalken einer Haushaltswaage für 2kg (also auch ca. 20N) dargestellt, mit Stahlplatte als Anschlag.

Bild hier  

[UlrichC]

Es ist überaus offensichtlich was dass ist.

Aaber es bleibt ein Biegebalken des 20 N zu vernachläßigen sind da er schon bei >0,2 mmm knirscht.
Hierführ eine Verstärkung zu finden die dann auch noch lineare Biegung zur Drehmomentberechnung bringen soll ist schwer.
Somal der Einsatz dieses "Geräts" im Normalfall vermutlich in einer Statik vorgeshen ist.

Wie Manfred schrieb "erst einbauen dann skalieren" (nicht umgekehrt)