Ověřujeme páku serva pomocí FEM modulu v Autodesk Inventoru 2012

Autodesk Inventor poskytuje uživatelům ucelenou sadu nástrojů pro vývoj a konstrukci. V současné době se nejedná již pouze o aplikaci pro tvorbu geometrie modelů, ale také pro popis jejich fyzikálních vlastností a analýzy metodami konečných prvků. Na dnešní úlohu mě přivedla jedna s diskusí, kolik vlastně vydrží plachetní páčka na servu vyrobena z ABS plastu.

Originální páka na servu s nevyhovující velikostí

Plachetní páčka má proti originálním pákám jinou geometrii. Slouží k přestavování plachet na RC modelu plachetnice a nahrazuje tím naviják. Jedná se o jednodušší alternativu k poměrně nákladnému speciálnímu servu s navíjecím bubnem. Hlavní problém je, že musí být použito výrazně silnějšího serva s tahem až 20 N / mm. Pro snadné zpracování je páka vyrobena z dostupného ABS plastu, nikoliv z polyamidu.

Digitální prototyp páky

Základem pro analýzu namáhání páky je vytvoření digitálního prototypu páky v Autodesk Inventoru. Z hlediska modelování se jedná o velmi jednoduchou úlohu, kterou nebudu v tomto článku detailně popisovat.

Přiřazení materiálu

Prvním krokem analýzy je přiřazení vhodného materiálu, který bude základním vstupním parametrem do výpočtu. ABS plast je standardně zahrnut v nabídce Autodesk Inventoru, nemusíme jej tedy definovat ručně.

Vazba svorky v místě osazení na servo

Pro všechny výpočty pomocí metod konečných prvků, jinak také FEM či MKP jsou naprosto kritické okrajové podmínky. Jejich správná volba má zásadní význam pro výpočet. Na druhou stranu špatně definované okrajové podmínky znehodnocují výpočet až na úroveň  nepoužitelnosti výsledků.

Vazba svorky v místě táhla

Při volbě okrajových podmínek je vhodné vycházet z reálné situace. V našem případě dojde k natočení serva s určitým krouticím momentem, proti kterému na druhém konci páky v určité vzdálenosti působí reakce od zatížených plachet. Pokud je tato hodnota překročena, dojde k pootočení serva ve směru reakce.

Definice kroutícího momentu serva

Páka je uložena ve dvou vazbách. Ty jsou v podstatě definovány jako volně otočné čepy. Tato vazba je podle mne trošku nešťastně označena jako nic neříkající vazba svorky. Jedná se ve své podstatě o vazbu fixující podle požadavku radiální, axiální, nebo tangenciální posun. Výsledek finální simulace je viditelný na následujícím obrázku. Vypovídající hodnoty co mají smysl jsou viditelné v přechodech páky na kroužek, červená hodnota je lokální extrém vznikající poměrně často v místě vazby, tuto hodnotu je nutné považovat za nepřesnou.

Výpočet zatížení s extrémem v místě vazby