Festigkeitsprüfung

Erzeugt von python -m strido_verify.strength aus hardware/strength.yaml, den gedruckten STLs, der Beingeometrie und dem Passungsbericht. 19 Prüfungen: 19 ok, 0 warn, 0 fail; kleinster Sicherheitsfaktor 2,22 (Biegung der Tibia-Hälften (Kniemoment, auf beide Hälften verteilt)). Sicherheitsfaktor S = zulässig / tatsächlich; fail unter 1,5, warn unter 2,0. Formeln und Hintergrund: Festigkeit, Drehmoment und Versagen.

Lasten

Last	Wert	Herleitung
Fußkraft, harte Landung	45,2 N	F = 3,0 · m · g / 2, m = 3,07 kg
Gelenkmoment Oberschenkel und Hüfte	3,43 N·m	Blockiermoment des Servos (das größte Moment, das der Servo aufbringt)
Gelenkmoment Knie	3,07 N·m	Knieservo im Blockierzustand über das Koppelgetriebe, Maximum über den Gelenkbereich
Kniemoment, das eine Landung erfordern würde	5,60 N·m	F_foot · L_tibia (124 mm); jenseits des Servomoments wird das Knie zurückgetrieben
Kraft in der kurzen Koppel	211 N	T_stall / (r_arm · sin α), Maximum über den Gelenkbereich (r_arm 24,0 mm)
Kraft in der langen Koppel	192 N	T_crank / (r_crank_b · sin β), Maximum über den Gelenkbereich
Radialkraft im Kniegelenk	237 N	F_foot + F_long (obere Schranke)

Werkstoff: PETG (technisches Datenblatt Prusament PETG v1.1, gedruckte Probekörper, 0,2-mm-Schichten): 47 MPa entlang der Schichten, 18 MPa quer dazu. Querschnitte zählen nur die 1,2-mm-Wände (Füllung ignoriert). Schrauben: DIN 912 A2-70 (ISO 3506, Bossard-Tabellen).

Prüfungen

Prüfung	Teile	Formel	Tatsächlich	Zulässig	S	Status
Biegung des Femurs am schwächsten Querschnitt (Blockiermoment des Oberschenkelservos)	femur	$\sigma =T_{\mathrm{thigh}}/W$	14,54 MPa	47 MPa	3,23	ok
Biegung der Tibia-Hälften (Kniemoment, auf beide Hälften verteilt)	inner_tibia, outer_tibia	$\sigma ={\displaystyle \frac{T_{\mathrm{knee}}}{W_{\mathrm{inner}}+W_{\mathrm{outer}}}}$	21,16 MPa	47 MPa	2,22	ok
Zug/Druck der kurzen Koppel (Versatz zur Bolzenlinie e = 0,0 mm)	short_link	$\sigma ={\displaystyle \frac{F}{A}}+{\displaystyle \frac{Fe}{W}}\sec \left({\displaystyle \frac{L}{2}}\sqrt{{\displaystyle \frac{F}{EI}}}\right)$	8,65 MPa	47 MPa	5,44	ok
Knicken der kurzen Koppel (gelenkig in der Beinebene, K = 0,7 quer dazu)	short_link	$F_{\mathrm{cr}}={\displaystyle \frac{{\pi }^{2}EI}{(KL{)}^2}}$	211,49 N	2002,8 N	9,47	ok
Lochleibungsdruck am Bolzenloch der kurzen Koppel	short_link	$p={\displaystyle \frac{F}{dt}}$	4,28 MPa	47 MPa	10,97	ok
Zug/Druck der langen Koppel (Versatz zur Bolzenlinie e = 2,0 mm)	stiff_long_link	$\sigma ={\displaystyle \frac{F}{A}}+{\displaystyle \frac{Fe}{W}}\sec \left({\displaystyle \frac{L}{2}}\sqrt{{\displaystyle \frac{F}{EI}}}\right)$	10,82 MPa	47 MPa	4,34	ok
Knicken der langen Koppel (gelenkig in der Beinebene, K = 0,7 quer dazu)	stiff_long_link	$F_{\mathrm{cr}}={\displaystyle \frac{{\pi }^{2}EI}{(KL{)}^2}}$	192,1 N	486,6 N	2,53	ok
Lochleibungsdruck am Bolzenloch der langen Koppel	stiff_long_link	$p={\displaystyle \frac{F}{dt}}$	6,61 MPa	47 MPa	7,11	ok
4 × M3 Abscherung, Femur am Oberschenkelhorn (r = 7,0 mm)	femur, femur_servo_connector	$\tau ={\displaystyle \frac{T}{nr{A}_s}}$	24,35 MPa	259,6 MPa	10,66	ok
Lochleibungsdruck im gedruckten Loch, Femur am Oberschenkelhorn	femur, femur_servo_connector	$p={\displaystyle \frac{T}{nrdt}}$	8,48 MPa	47 MPa	5,55	ok
2 × M3 Abscherung, Hüfthorn an der Servohalterung (r = 7,3 mm)	left_servo_mount, left_servo_mount_fl, right_servo_mount, right_servo_mount_fr	$\tau ={\displaystyle \frac{T}{nr{A}_s}}$	46,51 MPa	259,6 MPa	5,58	ok
Lochleibungsdruck im gedruckten Loch, Hüfthorn an der Servohalterung	left_servo_mount, left_servo_mount_fl, right_servo_mount, right_servo_mount_fr	$p={\displaystyle \frac{T}{nrdt}}$	17,93 MPa	47 MPa	2,62	ok
M3 Abscherung, Armbolzen (kurze Koppel)	short_link	$\tau =F/A_s$	42,04 MPa	259,6 MPa	6,18	ok
M3 Abscherung, Tibia-Koppelbolzen (lange Koppel)	inner_tibia, outer_tibia, stiff_long_link	$\tau ={\displaystyle \frac{F}{2A_s}}$	19,1 MPa	259,6 MPa	13,6	ok
M3 Abscherung, Knieachsschraube (eine pro Seite)	femur, inner_tibia, outer_tibia	$\tau =F/A_s$	23,59 MPa	259,6 MPa	11,01	ok
Lochleibungsdruck der Knieachse in der Femur-Vorbohrung	femur	$p={\displaystyle \frac{F}{d{L}_e}}$	10,59 MPa	47 MPa	4,44	ok
633ZZ statische Radiallast (Knie, zwei pro Bein)	bearing_633zz	$S_0=C_0/F_r$	118,64 N	490 N	4,13	ok *
6805-2RS statische Radiallast (Schulterkurbel)	bearing_6805	$S_0=C_0/F_r$	403,58 N	2600 N	6,44	ok *
625ZZ statische Radiallast (Hüftdrehpunkt)	bearing_625zz	$S_0=C_0/F_r$	45,18 N	380 N	8,41	ok *

* 633ZZ statische Radiallast (Knie, zwei pro Bein): Koyo 633 ZZ

* 6805-2RS statische Radiallast (Schulterkurbel): SKF 61805-2RS1

* 625ZZ statische Radiallast (Hüftdrehpunkt): SKF 625-2Z

Anzugsmoment in gedruckte Vorbohrungen

Beim Ausreißen einer gewindeformenden Schraube schert der Kunststoff auf einem Zylinder mit dem Gewindedurchmesser ab: $F=\tau \pi d{L}_e$ mit $\tau =0.577\times$ Schichthaftung (die schwächste Richtung). Das Moment, das dies bewirkt, ist $T=kFd$ ($k=0.2$); ziehen Sie höchstens mit der Hälfte davon an.

Verbindung	Teil	Gewinde	Einschraubtiefe	Ausreißkraft	Überdrehmoment	Max. Anzugsmoment
Halter -> Dom der Frontschale (selbstschneidend)	front_shell_display	M3	6,5 mm	636 N	0,38 N·m	0,19 N·m
bracket_screws	left_servo_mount	M3	12,0 mm	1175 N	0,7 N·m	0,35 N·m
bracket_screws	left_servo_mount_fl	M3	12,0 mm	1175 N	0,7 N·m	0,35 N·m
bracket_screws	right_servo_mount	M3	12,0 mm	1175 N	0,7 N·m	0,35 N·m
bracket_screws	right_servo_mount_fr	M3	12,0 mm	1175 N	0,7 N·m	0,35 N·m
bracket_screws	servo_mount_top_bracket	M3	7,0 mm	685 N	0,41 N·m	0,21 N·m
Bushalter -> unterer Schulterrahmen (selbstschneidend)	lower_shoulder_frame_front	M3	5,0 mm	489 N	0,29 N·m	0,15 N·m
Bushalter -> unterer Schulterrahmen (selbstschneidend)	lower_shoulder_frame_rear	M3	5,0 mm	489 N	0,29 N·m	0,15 N·m
Klemmring -> Blende durch das D20-Loch	arming_port_bezel	M2.5	2,5 mm	204 N	0,1 N·m	0,05 N·m
crank_pins	left_shoulder	M3	11,5 mm	1126 N	0,68 N·m	0,34 N·m
crank_pins	right_shoulder	M3	11,5 mm	1126 N	0,68 N·m	0,34 N·m
hip_horn	left_servo_mount	M3	4,5 mm	440 N	0,26 N·m	0,13 N·m
hip_horn	left_servo_mount_fl	M3	4,5 mm	440 N	0,26 N·m	0,13 N·m
hip_horn	right_servo_mount	M3	4,5 mm	440 N	0,26 N·m	0,13 N·m
hip_horn	right_servo_mount_fr	M3	4,5 mm	440 N	0,26 N·m	0,13 N·m
hip_pivot	left_servo_mount	M3	4,0 mm	392 N	0,23 N·m	0,12 N·m
hip_pivot	left_servo_mount_fl	M3	4,0 mm	392 N	0,23 N·m	0,12 N·m
hip_pivot	right_servo_mount	M3	4,0 mm	392 N	0,23 N·m	0,12 N·m
hip_pivot	right_servo_mount_fr	M3	4,0 mm	392 N	0,23 N·m	0,12 N·m
knee_axle	femur	M3	4,0 mm	392 N	0,23 N·m	0,12 N·m
leg_servo_ears_and_bracket	left_servo_mount	M3	9,5 mm	930 N	0,56 N·m	0,28 N·m
leg_servo_ears_and_bracket	left_servo_mount_fl	M3	9,5 mm	930 N	0,56 N·m	0,28 N·m
leg_servo_ears_and_bracket	right_servo_mount	M3	9,5 mm	930 N	0,56 N·m	0,28 N·m
leg_servo_ears_and_bracket	right_servo_mount_fr	M3	9,5 mm	930 N	0,56 N·m	0,28 N·m
Sockel -> Oberschale (von unten, selbstschneidend)	lidar_pedestal	M3	9,5 mm	930 N	0,56 N·m	0,28 N·m

Grenzen

• Statische Prüfungen mit Spitzenlasten; Ermüdung von PETG über Millionen Schritte, Kriechen unter Dauerlast und Kerbwirkung an scharfen Ecken sind nicht modelliert (daher S ≥ 2).
• Gelenkmomente sind das spezifizierte Blockiermoment der Servos. Einen bestromten Stirnradservo von außen zurückzutreiben erfordert mehr (etwa 1 / (η_forward · η_reverse), grob 1,5–3 × bei einem mehrstufigen Getriebe [Schätzung]): Ein harter Aufprall kann diese Lasten übersteigen.
• Der Stoßfaktor ist eine Annahme, keine Messung; das Blockiermoment des Servos ist der Datenblattwert bei 6,0 V.
• Die Biegung wird in der Beinebene am schwächsten von 41 Querschnitten betrachtet; das Knicken deckt beide Richtungen mit der Steifigkeit der Querschnitte in Reihe ab. Biegung der Tibias quer zur Beinebene (Seitenlasten) wird nicht geprüft: Die beiden Hälften sind verbunden, und ihr gemeinsamer Querschnitt ist nicht modelliert.
• Der Lochleibungsdruck wird mit der Festigkeit entlang der Schichten verglichen.
• Die Aluminiumhörner werden nicht geprüft (ihre Legierung geben die Händler nicht an); sie sind weit fester als die gedruckten Teile, die sie halten.