Dikte as berekenen

[robart]

Hallo allemaal,

Ik heb een vraagje betreffende een kunst installatie die ik wil gaan bouwen. In de basis heb ik een stalen frame hangen aan een truss met daarin een motor welke een as met 4 armen van 2 meter aandrijft. Ik wil graag erachter komen hoe dik mijn as moet zijn om het gewicht in combinatie met de rotatie aan te kunnen. Als ik de dikte van de as heb berekend kan ik gericht op zoek gaan naar geschikte lagers voor deze installatie.

Bijgevoegd een situatieschets. De aangegeven maximale RPM van de motor bedraagt 2650RPM echter lijkt het me dat hier het een en ander aan verloren gaat door de aandrijving/gewicht etc.

Mocht ik in mijn onwetendheid nog een benodigd gegeven zijn vergeten hoor ik dit graag. Hopelijk kan iemand mij op weg helpen.

[Xilvo]

Is dit wel een realistisch voorstel?

2650 rpm is ruim 44 omwentelingen per seconde . Met armen van twee meter lengte krijg je tipsnelheden van ruim boven de geluidssnelheid en samen met een massa van 12 kg levensgevaarlijke energieën.

[robart]

Hallo Xilvo, bedankt voor je reactie. Ik besef dat ik moet uitzoeken hoeveel RPM ik wil gebruiken. Dus bij hoeveel RPM wordt het werk één waas en is het niet meer goed zichtbaar. Ik ga even een klein prototype maken en kijken hoeveel RPM benodigd is voor het gewenste effect.

[Gast]

2650 rpm is wel erg veel ja!!

Om dit enigszins professioneel te berekenen moet je torsiespanning (wringingspanning) berekenen. Deze zal bij de bevestiging van de armen het grootst zijn.

Waar je weer het polaire traagheidsmoment nodig hebt, en dus de torsiehoek en het torsiemoment (koppel).

Zie eventueel hier:

https://werktuigbouwbeginselen.page.tl/Torsie.htm

Of hier:

http://werktuigbouw.info/torsie.html

Verder is het materiaal voor de as natuurlijk nog van belang.

Dus ja, zonder reken/tekenpakket best wel wat te berekenen. En zou ik het persoonlijk met natte vingerwerk doen en niet te bank zijn dat de (holle) as veel vertraagd, dat valt wel mee.

Maar idd, wees voorzichtig met zo'n toerental!!

(Ik neem aan dat de armen door middelpuntvliedende krachten omhoog moeten komen? .. maar geen hoofden afhakken.)

[robart]

*Heb net even een test gedaan 1700RPM kan gezien worden als ideaal.

@TommyWhite: Bedankt voor je reactie, ik ga even kijken of ik de torsie formules kan begrijpen. Het is niet de bedoeling dat de armen omhoog komen. Het is een vaste constructie, in eerste instantie was het idee de vorm van een ventilator te gebruiken maar esthetisch gezien doet dat het werk niet ten goede als er een referentie is met een ventilator. Vandaar de keuze voor de armen. Ik denk als ik het zo hoor dat het wellicht verstandig is als het frame en de as van staal zijn en de armen aluminium (de algehele krachten zullen dan afnemen omdat het gewicht van de roterende armen met ~2,5x afneemt). Betreft de vertraging van de as zal deze op zichzelf langzamer gaan draaien indien de motor geen vermogen meer doorgeeft, van een snelle stop zal hier geen sprake zijn. Echter is er wel een versnelling die mee speelt maar deze kan ik binnen een veilige marge coderen in het systeem.

Het hoeft van mij niet precies precies, als er maar een zekerheid is dat de as het houdt. De armen kunnen in essentie wat kleiner worden, de 2 meter nam ik eigenlijk als maximale zodat er ruimte is deze kleiner te maken en de veiligheid behouden blijft.

(De armen zijn niet breed, dit zal wellicht ook meespelen met de luchtweerstand).

[Xilvo]

Bedenk dat ook met dit toerental een arm met massa 1 kg op 1 m van de rotatie-as nog met een kracht van ruim 30.000 N naar buiten trekt. Dit is zeker geen project om met de natte vinger te doen. Dat is vragen om ongelukken.

[OOOVincentOOO]

Ben je realistisch bezig? Een artiest dient ook de techniek te kennen om een kunstwerk te creeren. Zo niet blijf je een architect met alleen modellen zonder dat er iets gebouwd is.

Beteeffende je opstelling: deze zou dan de dimensies en draaien met rpm vergelijkbaar als een propellor van een vliegtuig. Deze dient ook onder de snelheid van geluid te blijven aan de tips.

Heb je enig idee welke veiligheids maatregelen je dient te hebben? Veiligheidskooi etc. Enig idee welke engineering erbij komt kijken betreffende immense krachten? Zoals Xilvo verteld. Enig idee wat gebeurd als de opstelling niet in balans is bij deze hoge rpm?

Blijkbaar wil je een vloeiend beeld creeeren. Je ogen en hersens zien iets als een vloeiend geheel bij circa 50 Hz en hoger. Dit principe is bekent vanuit de ouderwetse film of de televisie welke iedere seconde 50 statische beelden laat zien.

Indien je dit project sucsesvol wil uitvoeren dien je samen te werken met een engineering bureau. Dit is geen garage project.

[irArjan]

Dus met 50Hz en twee armen heb je een toerental van 1500RPM. Dan is die 1700RPM inderdaad niet raar, maar wel hoog...

Ik zou me niet alleen met de torsie bezig houden, ook met het buigmoment t.g.v. een onbalans. Het geheel moet je dan ook stevig ophangen (die truss moet niet aan een paar kabeltjes hangen, dat gaat wiebelen). E.e.a. moet dus ook goed uitgebalanceerd worden. Alles lichtgewicht maken is ook een pre.

Ook moeten de armen goed ontworpen worden zodat ze die buigkracht op de hoekpunten kunnen weerstaan. Misschien symmetrie toepassen zodat er geen moment op de arm komt? Dus in het midden inklemmen ipv aan de rand. Verder kan je ook een balkje tussen de twee armen maken, dan heb je geen buigmoment meer.

Wil je zoiets als dit maken?:

[Gast]

Ik zou een dikwandige buis gebruiken. (Voor de zekerheid.) En niet gelijk beginnen met het max. toerental. .. Een beetje emperisch te werk gaan.

(Torsiemoment ipv buigmoment btw, tenzij het alle kanten op zwiebert ).

[Xilvo]

Sorry, maar empirisch te werk gaan, het ding uitproberen tot het mogelijk uit elkaar vliegt, is volkomen uit den boze, tenzij je over een speciale hal met een veilige controleruimte beschikt.
De brokstukken hebben levensgevaarlijke energieën.

Haal er een professional bij. Dit soort omwentelingssnelheden met dit soort massa's is absoluut geen speelgoed.

[Gast]

Tja, dat zou het beste zijn.

Als ik voldoende gegevens heb zou ik het vrij goed kunnen berekenen met Autodesk. Ik ben tenslotte een werktuigbouwkundig ingenieur.

[OOOVincentOOO]

@TommyWhite,

Stel je hebt een wasmachine met 1500 rpm centrifuge zonder behuizing, steek je arm eens erin. Ga eens naar een vliegveld en sta eens 20 meter van een Cessna met draaiende motor.

Als je machines gezien hebt welke zo snel bewegen (pick & place voor circuitboards) dat ze een +500 kg contragewicht nodig hebben voor stabilisatie dan krijg je pas respect. Dat zijn machines waar je letterlijk bang van word als je ze ziet werken.

Dus jouw vriendelijke knipoogjes snap ik niet.

Over welke dikwandige buis heb je het? Ik verwijs naar een engineering bureau zij kunnen adviseren in: veiligheid, materiaal (metaal, koolstof...) en constructie.

Ik heb de expertise niet maar ik weet wel uit de vraag te herleiden dat de wensen (ogen) groter zijn dan de realiteit.

Mijn vader was kunstenaar/muziekleraar en had heleboel creatieve ideeën en prachtige kunstwerken gemaakt. Een kunstenaar dient zijn gereedschap, middelen en ervaring te (h)erkennen. Men dient niet extreem technologisch te denken om een kunstwerk te maken.

Een waar kunstwerk is te herkennen in de eenvoud en vakmanschap, net zoals de wetenschap.

[Gast]

Maar daarom zeg ik ook of impliceer ik .. het toerental langzaam opvoeren. Veiligheid bovenaan natuurlijk.

En ja iemand inhuren zou natuurlijk het beste zijn ..

Verder is dit mijn vak, dus ik weet heus waar ik het over heb. Het is natuurlijk niet mijn bedoeling om iemands veiligheid in gevaar te brengen.

[Michel Uphoff]

Niet gaan experimenteren zo. Je hebt echt te weinig zicht op de krachten en gevaren.

Ook bij 1700 rpm zijn de krachten en snelheden gewoon te groot en erg gevaarlijk.
Om je een beeld te geven: bij het uiteinde van iedere stang staat een kracht naar buiten van vele tientallen tonnen, en die stangen zullen dus van dat lasje bovenin afknappen alsof het niet bestond en met een snelheid van zo'n 600 km/uur gewoon door een bakstenen muur (of een mens) heen knallen.

Wat je wilt is niet onmogelijk, maar op deze manier gaat dat echt niet goed.

[Gast]

@OOOVincentOOO

Verder ben ik er misschien ten onrechte vanuit gegaan dat wanneer iemand aan een dergelijk project enigszins weet waar die mee bezig is.

Maar als ik de indruk gewekt om "zomaar wat te doen" uhm dan mijn excuses en .. Niet zomaar wat doen Robart!!

Wat ik bedoelde met empirisch te werk gaan was met schaalmodellen werken. En voorzichtig het toerental opvoeren. O.a. uhm en methodisch te werk gaan.

@Robart wat is nu precies de bedoeling van het project?