【Fusion360】中華ロードセルを応力解析検証<その4検証OK>

その1、その2、その3と考察を踏まえて、バーチャル中華ロードセル上に1N荷重した場合の応力測定値からひずみゲージブリッジ計算して、ロードセル出力値を計算した。
ロバーバル式ロードセルの原理確認という意味での実験にもなってます。
●結果
荷重点を定位置0mmから50mm、100mm距離をおいて
曲げモーメントを2倍、3倍増やした場合でも荷重を計測できる
静的応力解析条件を振って、応力値を測定する実験を行った。
0mmでのロードセル出力を100%とすると
50mmで102%、100mmで104%程度の誤差で
荷重を検出できることが判明した。

https://www.aandd.co.jp/adhome/products/loadcell/introduction/cell_intro02_04.html


●方法
① 中華ロードセルのモデルを作成、荷重をかける部品も作成
0mm、50mm、100mmで荷重できる構造とする


②シミュレーション>静的応力解析で条件設定
接触:接着
拘束:つけねの裏表板金全面拘束
荷重:荷重金具の所定円柱面へ1Nを点荷重
材質:ロードセル本体 アルミ 2014-T4
荷重金具 構造用高強度鋼
メッシュ:2.139mm

③実験方法:
3水準の位置で1N荷重時の法線XX(垂直応力σxx)測定
測定方法:ひずみゲージ付近を4か所最大ー最小までサーフェスプローブで測定、裏表x付け根・先端の4箇所を測定する。
結果をスクリーンショットで保存、EXCELに入力計算
1:0mm荷重のスクリーンショット備忘録


2:50mm荷重のスクリーンショット備忘録

 


2:100mm荷重のスクリーンショット備忘録

 


●考察
1:バーチャルなロードセルの応力シミュレーションによる分力測定の方法を2方式で検討した。
方式1:ひずみゲージ付近の応力値を測定し、ひずみ、ゲージ抵抗値変化に変換してブリッジ回路の計算を行って、ロードセルの電圧出力値を得る方式
方式2:ひずみゲージ付近の応力値を測定し、起歪部の断面積から力を計算して裏表のモーメントを計算してモーメントから
荷重部までの距離を割って、荷重値を計算する。

2:方式2は、精度がでなかった
ロードセルの起歪部の変形が引っ張りと圧縮が存在していてでモーメント分布とひずみ値が複雑なためモーメント図にのってこない値がでたためと思われる、付け根側なら荷重値に近い値がでている点がヒントになるので、この方式も改良しだいでは可能と思われる。計算結果は下図


●以後
バーチャルな中華ロードセルの応力解析結果からロードセル出力を計算したが、精度5%以内でロードセル出力として使えそうなことが判明した。以後、ロードセルの種類と数量、形状を増やして、Fusion360上で分力測定シミュレーションをしていく開発方法を進めていく。このことによって、全く新しいロードセル6分力計のアイデアの検証が素早く何回も可能になるので、信州MAKERSのひずみゲージ応用開発の一段革新となると確信しました。ロードバイクフレームの解析にもバーチャルロードセルで分力を測定しながらフレームの応力を解析できるので、SeatTube式パワーメーターの開発も精度よく推進可能と見込まれます。

コメントを残す

メールアドレスが公開されることはありません。 * が付いている欄は必須項目です