Tipps & TricksProfessur Montage- undHandhabungstechnikg
BMX Funktionalitäten zurBMX – Funktionalitäten zur Berechnung des Massenausgleichs
Dipl.-Ing. Daniel Denningerp g g
Folie 1Dipl.-Ing. Daniel Denninger SAXSIM 27.04.2010
Tipps & TricksProfessur Montage- undHandhabungstechnikg
1 Einleitung Schubkurbel1 Einleitung - Schubkurbel
2 Analyse der Schubkurbel
3 Zielkriterien der Optimierung
4 BMX - „Durchführbarkeit/Optimierung“
5 Lancaster Ausgleich5 Lancaster Ausgleich
6 Ergebnisse
Folie 2Dipl.-Ing. Daniel Denninger SAXSIM 27.04.2010
Tipps & TricksProfessur Montage- undHandhabungstechnikEinleitung - Schubkurbel gg
Massenausgleich einer Schubkurbel
• Die Schubkurbel ist eines der bekanntesten und am häufigsten verwendeten Koppelgetriebe.
• Sie dient der Umwandlung einerSie dient der Umwandlung einer rotatorischen Bewegung (Kurbel) in eine translatorische Bewegung (Schieber) bzw. umgekehrt.
• Bekanntestes Beispiel eines Schubkurbelgetriebes ist der Kolbenmotor.
• Durch die ungleichförmige Bewegungsübertragung werden oszillierende Massenkräfte erzeugt, die zu Gestellschwingungen führen können.
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Tipps & TricksProfessur Montage- undHandhabungstechnikEinleitung - Schubkurbel g
Problemstellung
g
FRAGE:Wie finde ich die optimale Abmessung eines M l i h t füMassenausgleichssegmentes für verschiedene Ausgleichsvorgaben?
LÖSUNG: Optimierung der Massenparameter eines M ti Sk l tt it Hilf B h i lMotion-Skeletts mit Hilfe BehavioralModeling Extension!
Folie 4Dipl.-Ing. Daniel Denninger SAXSIM 27.04.2010
Tipps & TricksProfessur Montage- undHandhabungstechnikEinleitung - Schubkurbel g
Skizze einer ebenen, zentrischen Schubkurbel
g
y
x
Getriebeglieder
x
Massenparameter
Schieber 4Koppel 3Kurbel 2Gestell (Kurbellager) 1
Schieber m4; Js4Koppel m3; Js3Kurbel m2; Js2Gestell (Kurbellager) m1;
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Gestell (Kurbellager) 1Gestell (Führung) 1
Gestell (Kurbellager) m1;Gestell (Führung) m1;
Tipps & TricksProfessur Montage- undHandhabungstechnikAnalyse der Schubkurbel g
1 Erzeugen einer neuen Baugruppe
Aufbau eines Motion-Skelettes „Schubkurbel“
y
1. Erzeugen einer neuen Baugruppe
2. Komponentenerzeugung mit den Einstellungen Typ: Skelettmodell / Untertyp: Motion
3. Motionskelett aktivieren & Skizze erzeugen
4. Skelett-Körper erzeugen mit den EinstellungenTyp: Skelettmodell / Untertyp: Körper
5. Der erste Körper ist immer gestellfest
6. Weitere Komponenten erzeugen und platzieren
7. Bewegungsfähigkeit testen („Punkt Ziehen“)
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Tipps & TricksProfessur Montage- undHandhabungstechnikAnalyse der Schubkurbel g
1 I P /M h i i t i t h d
y
„Dynamische“ Analyse der Schubkurbel
1. In Pro/Mechanismus ist ein entsprechender Antrieb (Servomotor) zu definieren.
2. Anschließend können alle funktionsrelevanten Mechanismus KE´s (Getriebeverbindungen etc.) definiert werden.
3 Relevante Messgrößen zum Analysieren und3. Relevante Messgrößen zum Analysieren undOptimieren des Getriebes sind zu erzeugen.
4. Um den Massenausgleich mit BMX zu berechnen muss eine „Dynamische Analyse“ ausgeführt werden.
5. Die Analyse des bestehenden Getriebes ist die
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Voraussetzung für die Definition der Optimierungskriterien.
Tipps & TricksProfessur Montage- undHandhabungstechnikAnalyse der Schubkurbel gy
„Dynamische“ Analyse der Schubkurbel
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Tipps & TricksProfessur Montage- undHandhabungstechnikZielkriterien der Optimierung gp g
Grundlagen zum „Ausgleich eines Verdichters“
• Für den idealisierten Fall einer ebenen Schubkurbel sind entsprechende Berechnungsbeispiele zur Ermittlung eines Massenausgleiches vorhanden. (Beispiel: HarmonischerAusgleich eines Verdichters; Dresig / Rockhausen)Ausgleich eines Verdichters; Dresig / Rockhausen)
• Im Vordergrund steht die Reduktion von Gestell-schwingungen die aus der ungleichförmigen Bewegungs-übertragung und daraus resultierenden Massenkräftenübertragung und daraus resultierenden Massenkräften zu erwarten sind (bei konstanter Antriebswinkelgeschwindigkeit).
• Mit einer Ausgleichsmasse (Segment) an der Kurbel wird versucht, das Erregerspektrumzu verändern um nicht in die Regionen der Eigenfrequenz des Gestells zu gelangenzu verändern, um nicht in die Regionen der Eigenfrequenz des Gestells zu gelangen.
• Somit kann beispielsweise die 1. Harmonische der resultierenden Gestellkraftkomponente Fx verringert werden.
• Mit Hilfe dieses Berechnungsbeispieles können die Ergebnisse der BMX-Optimierunganalytisch gegen gerechnet werden.
[ Lit : Dresig/Rockhausen: Aufgabensammlung Maschinendynamik Leipzig; 1994
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[ Lit.: Dresig/Rockhausen: Aufgabensammlung Maschinendynamik. Leipzig; 1994 Dresig/Naake: Vollständiger und harmonischer Ausgleich
ebener Mechanismen. VDI; 1994]
Tipps & TricksProfessur Montage- undHandhabungstechnikZielkriterien der Optimierung g
Optimierung: Schwerpunkt, Kräfte, Momente…
A ht
p g
Achtung:
1. Ziel ist die Reduktion von Gestellkraftkomponenten-> Messgrößen bezüglich dem Gestell definiereng g
2. Die Bedienung der BMX-Optimierung erscheintrelativ simpel, aber:
• Was will ich optimieren?
• Bezüglich welcher Parameter?
• Welche Effekte kann ich erzielen?
• Entsprechen meine Simulationsergebnisse der Realität?
Das Optimierungstool kann ein grundlegendes Verständnis d P bl tik i ht t B üh Si i hlä i Lit t
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der Problematik nicht ersetzen. Bemühen Sie einschlägige Literaturum Fehler bei der Definition von Zielkriterien zu vermeiden.
Tipps & TricksProfessur Montage- undHandhabungstechnikBMX - „Durchführbarkeit/Optimierung“ g„ p g
Ausführen einer Bewegungsanalyse
1 Erzeugung einer Messgröße für die
Beispiel: Gestellkraftkomponente Fy(senkrecht zur Schubrichtung)
1. Erzeugung einer Messgröße für die Gestellkraftkomponente FyTipp: Motion-Skelett gestellfest einbauen
2. Ausführen einer Bewegungsanalyseund KE hinzufügen
3. Speichern der Parameterp
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Tipps & TricksProfessur Montage- undHandhabungstechnikBMX - „Durchführbarkeit/Optimierung“ g„ p g
Bewegungsanalyse der Gestellkraftkomponente Fy
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Tipps & TricksProfessur Montage- undHandhabungstechnikBMX - „Durchführbarkeit/Optimierung“ g„ p g
Vorgehensweise „Durchführbarkeit/Optimierung“
1. Erzeugen und Einfügen eines Segmentrohlings (Kurbel).Ziel: Optimierung Geometrie -> Volumen ->Massenparameter
2 Starten einer Optimierungsstudie:
• Ziel: Minimierung der Maxima d G t llk ftk t F
2. Starten einer Optimierungsstudie:
der Gestellkraftkomponente Fy• Bedingungen: Keine
• Variablen: Segmentgeometrien
3. Ergebnis: Konvergenzgraph zeigt Optimierung derGestellkraftkomponenteGestellkraftkomponente
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Tipps & TricksProfessur Montage- undHandhabungstechnikBMX - „Durchführbarkeit/Optimierung“ g„ p g
Optimierung der Gestellkraftkomponente Fy
Folie 14Dipl.-Ing. Daniel Denninger SAXSIM 27.04.2010
Tipps & TricksProfessur Montage- undHandhabungstechnikBMX - „Durchführbarkeit/Optimierung“ g
„Dynamische“ Analyse der Schubkurbel mit Fy - Ausgleich
„ p g
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Tipps & TricksProfessur Montage- undHandhabungstechnikBMX - „Durchführbarkeit/Optimierung“ g„ p g
Schwerpunktlage des SchubkurbelgetriebesSchwerpunktlage X Schwerpunktlage
350
p g[mm]
Schwerpunktlage• Im Diagramm ist die Lage desMassenschwerpunktes währendeiner vollständigen Kurbelumdrehungdargestellt
250
300 mit y-Ausgleich
dargestellt.
• Vor dem Anbringen des Ausgleichesist eine deutliche Ausdehnung in x- und y-Richtung erkennbar (grün).
150
200
x und y Richtung erkennbar (grün).
• Durch den Ausgleich der Gestellkraft-komponente Fy oszilliert der resultierende Massenschwerpunkt
100
50
vor demAusgleich
resultierende Massenschwerpunkt der Schubkurbel in x-Richtung (rot).
• Zum weiterführenden Ausgleich mussd S t i i i
0
50
25 20 15 10 5 0 5 10 15 20 25
das System um eine gegensinnig oszillierende Trägheit erweitert werden.
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-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
Schwerpunktlage Y [mm]
Tipps & TricksProfessur Montage- undHandhabungstechnikLancaster Ausgleich gg
Weiterführende Ausgleichsmöglichkeiten
• An einer Welle kann nur eine rotierende Kraft und/oder ein rotierendes Moment erzeugt werden.
• Mit zwei Ausgleichswellen, die gegenläufigen Drehsinnf i ( Bild) k i illi d K faufweisen (s. Bild), kann eine oszillierende Kraft
und/oder ein oszillierendes Moment erzeugt werden.
• Eine Übersetzungsstufe stellt dabei die Motorordnung ein (b i 4 Z li d t i d i t di d lt D h hl(bei 4-Zylindermotoren wird meist die doppelte Drehzahl mit gegenläufigem Drehsinn gewählt um die Massenkräfte 2. Ordnung zu reduzieren).
D i S h kt d A l i h• Der gemeinsame Schwerpunkt der Ausgleichsmassen musssich in der Motormittelebene befinden (s. Bild).
• Wenn die Ausgleichswellen auf gleicher Höhe liegen, erzeugen sie eineilli d K ft d 2 O d Höh t t A l i h lloszillierende Kraft der 2. Ordnung. Höhenversetzte Ausgleichswellen
können ein zusätzliches Wechselmoment der 2. Ordnung um die Motorlängsachse erzeugen.
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[ Lit.: Mass/Klier: Kräfte, Momente und deren Ausgleich in der Verbrennungskraftmaschine.(Die Verbrennungskraftmaschine Band 2) Wien; 1981]
Tipps & TricksProfessur Montage- undHandhabungstechnikLancaster Ausgleich gg
„Dynamische“ Analyse der Schubkurbel mit Lancaster-Ausgleich
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Tipps & TricksProfessur Montage- undHandhabungstechnikErgebnisse gg
Schwerpunktlage und KräfteKraft [N] Gestellkraftkomponente Fy
3579
p y
7-5-3-11
0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0,16 0,18 0,2
-9-7
Zeit [sec]
Kraft [N] Gestellkraftkomponente Fx
1015202530
15-10
-505
10
0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0,16 0,18 0,2
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-20-15
Zeit [sec]
Tipps & TricksProfessur Montage- undHandhabungstechnikErgebnisse gg
Schwerpunktlage und Kräfte
Schwerpunktlage X [mm] Schwerpunktlage
300
350
Schwerpunktlage X [mm] Schwerpunktlage
200
250
300mit y-Ausgleichvor dem
Ausgleich
100
150
200
0
50
100
-100
-50
-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
Lancaster-Ausgleich
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Schwerpunktlage Y [mm]
Ausgleich
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TECHNISCHE UNIVERSITÄT CHEMNITZProfessur Montage- und Handhabungstechnik
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