Rolweerstand bepalen

[Xilvo]

frictiecoëfficiënten worden wat hoger maar niet gelijk: 0,000181 en 0,000224

Is dat op basis van mijn 2e reeks grafieken? Die werden bekomen bij een as van 16 mm dik. De doorbuiging daarvan zou maximaal 2,4 µm moeten zijn.
Maar is het op basis van mijn eerste grafieken (as = 12 mm) dan komt het aardig in de buurt van wat ik vond.

Ja, dat is op basis van de tweede serie metingen, met de dikkere assen.
Bij de eerste, dunnere assen verwachtte je toch een doorbuiging van max. 2 μm, bij de dikkere max. 0,5 μm? Zie:

@OOOVincentOOO: Mijn inschatting is dat de doorbuiging assen 12 [mm] met lengte 210 [mm] groter dan: 0.126 [μm] is.

Dat klopt. Ik schreef: Plaatsen van de roller geeft een doorbuiging van ongeveer 1 micron (maar ik heb ook wel 2µm gezien).

en

Inmiddels de proef herhaald, maar nu met dikkere assen (die helaas wel net een beetje ruwer zijn) en niet door mij meetbaar doorbuigen (minder dan 0,5 micron).

Hoe meet je de doorbuiging? Het verschil in positie tussen onbelaste en belaste toestand?
Zie je daar ook een permanente buiging mee?

En als je ook rekening houdt met die kennelijk toch vrij hoge frictie (0,2!) tussen de sleper en de roller?

Die heb ik al opgenomen in het tweede model, net als de iets andere massa's.

[Michel Uphoff]

Hoe meet je de doorbuiging? Het verschil in positie tussen onbelaste en belaste toestand?

Ja, klopt.

Zie je daar ook een permanente buiging mee?

Ja. Ik leg de assen op de vlaktafel in de V-blokken en plaats het meetklokje verticaal (radiaal) op de as die ik langzaam ronddraai. Dat herhaal ik op een aantal plaatsen over de lengte van de as.

Die heb ik al opgenomen in het tweede model, net als de iets andere massa's.

Ah, mooi!

Ik zit zelf ook nog even te puzzelen over de gemeten doorbuiging en de berekende waarden. Ik weet dat mijn meetklokje als ik hem net wat te stevig in zijn standaard vastzet een beetje stroef kan lopen. Ik heb daar bij deze metingen niet echt op gelet moet ik bekennen. Dus ga ik dat nog eens heel rustig over doen. Maar ook bij de theorie heb ik een probleempje. Die berekening die ik toonde moet kloppen, maar ik heb twijfels bij de gebruikte Elasticiteitsmodulus:

(E) staal: 210.000 N/mm²

Op diverse plaatsen lees ik dat deze waarde voor alle staal geldt, maar dat komt niet overeen met mijn ervaring. Ik weet dat een as van gehard staal (zilverstaal, assenstaal, gereedschapsstaal) echt moeilijker te buigen valt dan een van zacht staal (een lasstaafje bijvoorbeeld). Dan lijkt mij de E waarde voor deze harde assen hoger zijn en dan wordt de berekende doorbuiging natuurlijk geringer. Maar dan lees ik op research gate:

Thus, compare a low strength mild steel, with a yield strength of 300 MPa, with an alloyed maraging steel that could have a corresponding strength of 2000 MPa, and contrast this almost order magnitude increase in strength with the fact that the Young's modulus of the two steels is essentially unchanged.
Bottom line: The elastic properties such as the elastic modulus are essentially insensitive to heat treatment and microstructure.

Kennelijk veranderen de plastische eigenschappen wel na het harden van staal, maar de elastische nauwelijks.

[Xilvo]

Het is natuurlijk niet zo dat het model aangeeft dat er een doorbuiging is, alleen dat de fit beter wordt als die meegenomen wordt.
Doorbuiging heeft als gevolg een wat grotere versnelling aan het begin, en wat sterkere vertraging aan het eind.
De fit zou dan ook (wat?) beter te krijgen moeten zijn bij een wat sterkere 'aandrijving' en een grotere rolweerstand.
Maar aan die aandrijving valt weinig te sleutelen, de hoek en de massa van het sleepgewicht liggen vast. Hooguit zou de frictie tussen sleepgewicht en roller kleiner gekozen worden. (Nog) niet geprobeerd maar ook strijdig met jouw meting.

Edit: frictie tussen sleepgewicht en roller op nul zetten maakt de fit wat beter maar nog lang niet zo goed als een doorbuiging van 6 μm, met een frictiefactoer van 0,2.

[OOOVincentOOO]

De frequentie analyse snelheid en afstand was wellicht onduideiljk. Beetje slordig onduidelijk uitgewerkt wellicht.

Uit de frequentie analyse is er aanwijzing dat iedere halve omdraaing roller een minimum in de snelheid is 5.75 [cm].

Een hypothese halve omtrek:
"Stel dat de roller een beetje een ovaal vorm heeft. Iedere halve omdraaing zou dan een minimum optreden."

De maximale snelheid treedt op iedere: 3.833 [cm] dit is grof iedere 1/3 omdraaiing roller. Heb wel einige ideen (productie process roller) maar die zijn te ver gezocht.

Ik wil best meerdere analysis doen aan alle runs als men geinteresseerd is. Misschien door kleine inperfecties mee te nemen komt men ook tot een goed model.

Maxima:
Periodieke afstand: 3.833 [cm]
Periodieke snelheid: 0.12 [cm/s]

Minima (waarbij periodieke verandering begint):
Periodieke afstand: 5,75 [cm]
Periodieke snelheid: 0.07 [cm/s]

[Michel Uphoff]

De maximale snelheid treedt op iedere: 3.833 [cm] dit is grof iedere 1/3 omdraaiing roller. Heb wel enige ideeën (productie proces roller) maar die zijn te ver gezocht.

Je baseert je nog steeds op de eerste ronde van de metingen? Die waren door eerder genoemde oorzaken bepaald niet nauwkeurig (meetfout +/- 1 á 2 mm, tijdfout +/- 0,1 seconden). De tweede serie metingen is duidelijk beter. Hopelijk lukt het met de derde serie nog beter.

Het productieproces is van de roller is simpel, ik heb hem tussen de centers van mijn nieuwe draaibank gedraaid en daarna met mijn supportslijpmachine met een diamantschijf fijn geslepen. De onrondheid zou zich moeten beperken tot de rondloopnauwkeurigheid van de lagers van de hoofdas, en die wordt door de fabrikant opgegeven als beter dan 2 µm.

[OOOVincentOOO]

Dankjewel voor het antwoord,

Enige stomme hypothesen had ik oorspronkelijk vermeden. Maar had hem maar gepost in laatste bericht.

Ik heb het hele traject bekeken (van: vr 19 nov 2021, 17:42) om daar enige periodische factoren in te vinden met DFT.

Mocht men geinteresseerd zijn ik zou best de individuele runs willen analyseren op periodische signalen.

[CoenCo]

....
Maar ook bij de theorie heb ik een probleempje. Die berekening die ik toonde moet kloppen, maar ik heb twijfels bij de gebruikte Elasticiteitsmodulus:

(E) staal: 210.000 N/mm²

Op diverse plaatsen lees ik dat deze waarde voor alle staal geldt, maar dat komt niet overeen met mijn ervaring. Ik weet dat een as van gehard staal (zilverstaal, assenstaal, gereedschapsstaal) echt moeilijker te buigen valt dan een van zacht staal (een lasstaafje bijvoorbeeld). Dan lijkt mij de E waarde voor deze harde assen hoger zijn en dan wordt de berekende doorbuiging natuurlijk geringer. Maar dan lees ik op research gate:
Kennelijk veranderen de plastische eigenschappen wel na het harden van staal, maar de elastische nauwelijks.

We moeten onderscheid maken tussen de elasticiteitsmodulus en de vloeigrens.
Eigenlijk rekenen we voor staal altijd met een elasticiteitsmodulus (Youngs modulus) van 210.000 N/mm2 [=MPa]. Maar er zijn ook tabellen die aangeven dat voor stainless je 180 MPa moet gebruiken. Zie bijv. https://www.engineeringtoolbox.com/youn ... d_417.html
De elasticiteitsmodulus zeg iets over de stijfheid bij elastisch vervormen. Na verwijderen van de belasting veert het terug.


Daarnaast heb je uiteraard de vloeigrens. Constructiestaal S235 heeft een fy van 235 MPa, een grade 8.8 metrische bout 640MPa. Bij deze spanning zal het staal plastisch beginnen te vervormen. Na verwijderen van een belasting die een spanning >= fy veroorzaakt, zal het staal niet volledig terugveren.

[Michel Uphoff]

Ja, toen ik er even over nadacht werd het logisch.

Natuurlijk buig je een staafje zacht staal veel makkelijker dan een van gehard staal, maar dan vervorm je het definitief. Tegen die plastische vervorming is de weerstand van zacht staal natuurlijk lager. Vwb het elastische deel; dat is bij hard en zacht staal nagenoeg gelijk. Mijn assen zijn van gehard zilverstaal, dat is laaggelegeerd, dus dan houd ik die 210 GPa aan.

Bron: Davis et al 1982

ik zou best de individuele runs willen analyseren op periodische signalen

Wacht daar dan even mee want ik doe mijn best de komende set meetwaarden zo nauwkeurig als ik ze kan krijgen te laten zijn. Wellicht vind je daar dan een beter te duiden periodiciteit in.

[Xilvo]

ik zou best de individuele runs willen analyseren op periodische signalen

Wacht daar dan even mee want ik doe mijn best de komende set meetwaarden zo nauwkeurig als ik ze kan krijgen te laten zijn. Wellicht vind je daar dan een beter te duiden periodiciteit in.

Dan kan het handig zijn om iedere afzonderlijke meetreeks te geven met daarbij de beginhoek van de roller (ik zag een zwart puntje op de zijkant ervan).

[Michel Uphoff]

Ja dat stipje gaat nu een grotere rol spelen.
Het zal nog wel een dagje duren. Eerst alles zo strak mogelijk opstellen, zo nauwkeurig mogelijk waterpas zetten heel goed stofvrij houden en dan minimaal 2*3 opnames maken en dus minimaal 4700 frames tellen (yuck..)

[Xilvo]

Nog een vraag: In de laatste grafieken staat "sinus=0,0415" en "sinus=0,0515"
Wat betekent dat? De hoek van het touw bij de apex?

De verticaal is waar het touw recht naar beneden hangt?

[Michel Uphoff]

Dat is allemaal correct.

[Xilvo]

Mooi. Succes met de opstelling en sterkte met het tellen

[Michel Uphoff]

De stenen tafel gebruikt, en het rubber onder de stelpootjes verwijderd, alles zo zorgvuldig mogelijk uitgelijnd en opgemeten (waarden komen later), alles zo goed mogelijk vet- en stofvrij gemaakt:

Twee runs onder 60 fps gemaakt, krijg je dit ... :

Het kostte mij even om in te zien waarom run 2 zo'n 4 seconden sneller voorbij was dan run 1, terwijl ik niets had veranderd. Als je goed kijkt, zie je de boosdoener op de eerste foto links achter de stenen tafel (die een stalen frame heeft). De verwarming sprong dus aan. De linker achterpoot werd een graad of 4 warmer dan de rechter poten, en zette ruwweg 3 honderdste mm meer uit waardoor mijn vlaktafel ongeveer een honderdste mm naar rechts overhelde. Dat kreeg ik natuurlijk pas door nadat ik een kleine 2000 frames had geteld.

Overnieuw maar weer. Wordt vervolgd.

[Michel Uphoff]

De uitkomst van 8 metingen, vier van rechts naar links (van positie 26,7 naar 3,45) en vier andersom:

Deze grafieken beginnen bij 4 respectievelijk 26 cm, de metingen zelf begonnen dus ongeveer 6 mm eerder.

Ik ben er nog niet uit welke conclusies je nu aan deze zo zorgvuldig mogelijke metingen kan verbinden. Ik kan er een frame naast zitten (1/60 seconde), en ongeveer een halve mm.

Uit de waarden blijkt wel dat het geheel behoorlijk netjes waterpas stond, en dat de gemeten waarden mooi dicht bij elkaar liggen. Maar van een apex is nu eigenlijk nauwelijks sprake, en er zijn duidelijke overeenkomende afwijkingen in de grafieken die op onrondheid danwel inhomogeniteit of op onregelmatigheden in het oppervlak van de assen die als rails dienen wijzen (bijvoorbeeld rond positie 11). De roller heeft per meting exact twee omwentelingen gemaakt en is tussen de metingen door niet verdraaid tov de rails.

Welke conclusies kunnen we nu verbinden aan deze metingen? Wat is de meest reële waarde voor de rolweerstand? Is er iets te zeggen mbt tot waarden van evt. onrondheid, c.q. inhomogeniteit?

In de bijlagen de meetresultaten als tab gescheiden bestand en alle dimensies en waarden.