Die Genauigkeit der parallelkinematischen Werkzeugmaschine wird durch Gelenke beeinflusst. Die Eigenschaften der Gelenke müssen demzufolge bekannt sein. In dieser Arbeit wurde eine neue Methode zur Dämpfungsmessung an Kardangelenken in einer parallelkinematischen Maschine getestet und auf ihre Einschränkungen hin untersucht.
Dabei wurde ein Mehrmassenschwingermodell aufgebaut, in dem die Verbindung zwischen zwei Massepunkten die entsprechenden Eigenschaften des Kardangelenkes darstellen. Die Dämpfung wurde dann aus der Hysteresekurve berechnet. Durch Vergleich wurde die neue Methode bewertet.
Die neue Methode erlaubt die Ermittlung von Bauteileigenschaften im eingebauten Zustand. Hingegen muss das Eigenschwingungsverhalten des Bauteils bekannt sein. Dazu muss aus dieser Kenntnis bzw. aus Kenntnissen über die Konstruktion des Bauteiles die Identifizierung der schwingenden Trägheitsmassen vorgenommen werden.
Parallelkinematiken bestehen aus einer oder mehreren geschlossenen kinematischen Ketten, deren Endglied (Endeffektor) eine bewegliche Plattform mit dem Freiheitsgrad F um eine Gestellplattform darstellt. Die Plattformen sind durch unabhängig voneinander zu bewegende Führungsketten gekoppelt. An einer festen Plattform bzw. Gestellplattform sind mit Hilfe von Gelenken die Führungsketten (Streben) befestigt. Das andere Ende der Streben ist wiederum über Gelenke an einer beweglichen Plattform bzw. Endeffektor montiert. Die Gelenke können mehrachsige Rotationen ausführen. Die Streben können längenveränderlich oder längenkonstant sein.
Inhaltsverzeichnis
1. Einführung
1.1 Parallelkinematische Maschine
1.1.1 Aufbau einer parallelkinematischen Maschine
1.1.2 Koordinatensysteme
1.1.3 Jacobi-Matrizen
1.1.4 Zusammenfassung der Parallelkinematiken
1.1.5 Kardangelenk und METROM P800
1.2 Dämpfung
1.2.1 Dämpfungsarten
1.2.2 Dämpfungsansätze
1.2.2.1 1-Freiheitsgrad System
1.2.2.2 n Freiheitsgrade System
1.2.3 Ermittlung der Dämpfung
2. Neue Methode zur Dämpfungsmessung
3. Identifizierung der Schwingenden Trägheitsmassen mittels Modalanalyse
3.1 Modalanalyse
3.1.1 Durchführung der Messung
3.1.2 Auswertung der Ergebnisse
3.2 Identifizierung der Schwingenden Trägheitsmassen
3.2.2 Abgleich des FE-Modells mit EMA
3.2.3 Identifizierte Masse
4. Dämpfungsmessung am Kardangelenkversuchsstand
4.1 Aufbau und Durchführung der Messung
4.2 Auswertung der Messung
5. Dämpfungsmessung am Kardangelenk in der METROM-Maschine
5.1 Aufbau und Durchführung der Messung
5.2 Auswertung der Messung
6. Vergleich der modalen Dämpfungen
7. Zusammenfassung und Ausblick
Zielsetzung & Themen
Das Hauptziel dieser Arbeit ist die Entwicklung und Erprobung einer neuen Methode zur direkten Messung der Dämpfung an Kardangelenken in parallelkinematischen Werkzeugmaschinen im eingebauten Zustand, um deren Einfluss auf die Maschinengenauigkeit präzise bestimmen zu können.
- Grundlagen parallelkinematischer Maschinen und Kardangelenke
- Physikalische Dämpfungsansätze und Messverfahren
- Identifizierung schwingender Trägheitsmassen mittels Modalanalyse
- Experimentelle Dämpfungsmessung am Versuchsstand und an der realen METROM-Maschine
- Validierung der neuen Methode durch Vergleich der Ergebnisse
Auszug aus dem Buch
1.2.1 Dämpfungsarten
Man unterscheidet die Dämpfung in zwei Arten, innere und äußere Dämpfung. Die innere Dämpfung findet in Bauteil statt, z. B. Werkstoffdämpfung (Stahl: D ≈ 0,001), die durch innere Umordnungen des Gefüges in Werkstoffen hervorgerufen wird. Die Mechanismen der Umordnung sind in starkem Maße frequenzunabhängig. Werkstoffdämpfung liefert nur einen geringen Beitrag zur gesamten Dämpfung der Schwingungen von Maschinen und Konstruktionen. Fügestellendämpfung (D ≈ 0,01) gehört auch zur inneren Dämpfung. Die Ursache dafür sind die Reibung, Verformung elastischer Zwischenschichten oder Verdrängung von Luft bzw. Fluidum. Reibungsdämpfung kann man außerdem in Mikroschlupf und Makroschlupf unterteilen, was vor allem für die mathematische Beschreibung von Bedeutung ist. Die äußere Dämpfung (D bis zu 0,7) rührt von Dämpfern her, die sich außerhalb des Maschinenelements befinden.
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einführung: Grundlagen über parallelkinematische Maschinen, die Bedeutung von Gelenken für die Maschinengenauigkeit sowie eine Übersicht zu Dämpfungsarten und -ansätzen.
2. Neue Methode zur Dämpfungsmessung: Herleitung einer neuen, auf Hysteresekurven basierenden Methode zur direkten Dämpfungsmessung von Komponenten im eingebauten Zustand.
3. Identifizierung der Schwingenden Trägheitsmassen mittels Modalanalyse: Anwendung der Modalanalyse und FE-Modell-Abgleich zur Bestimmung der schwingenden Massen an der METROM-Maschine.
4. Dämpfungsmessung am Kardangelenkversuchsstand: Detaillierte Beschreibung des Versuchsaufbaus, der Durchführung und Auswertung der Messungen an einem speziellen Kardangelenk-Versuchsstand.
5. Dämpfungsmessung am Kardangelenk in der METROM-Maschine: Übertragung und Anwendung der Messmethode auf das Kardangelenk in einer realen Produktionsmaschine (METROM P800).
6. Vergleich der modalen Dämpfungen: Zusammenführung und kritische Analyse der Ergebnisse aus den verschiedenen Messverfahren zur Validierung der neuen Methode.
7. Zusammenfassung und Ausblick: Zusammenfassende Bewertung der erreichten Ergebnisse sowie Hinweise auf die Bedeutung von Energiefluss und Trägheitsmassen für die Genauigkeit der Methode.
Schlüsselwörter
Parallelkinematische Maschine, Kardangelenk, Dämpfungsmessung, Hysteresekurve, Modalanalyse, Schwingungsmodell, Werkzeugmaschinen, Trägheitsmasse, Fügestellendämpfung, Finite-Elemente-Analyse, METROM P800, Maschinendynamik
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Diplomarbeit grundsätzlich?
Die Arbeit beschäftigt sich mit der Herausforderung, die Dämpfungseigenschaften von Kardangelenken in parallelkinematischen Werkzeugmaschinen direkt im eingebauten Zustand zu messen.
Welche zentralen Themenfelder werden abgedeckt?
Die Schwerpunkte liegen auf der Maschinendynamik von Parallelkinematiken, der mathematischen Modellierung von Dämpfungsvorgängen und der experimentellen Modalanalyse.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Ziel ist es, eine neue, auf der Hysteresekurve basierende Messmethode zu entwickeln, die präzise Aufschlüsse über das Dämpfungsverhalten der Gelenke im eingebauten Zustand gibt.
Welche wissenschaftlichen Methoden kommen zum Einsatz?
Es werden sowohl theoretische Schwingungsmodelle, FE-Berechnungen mit ANSYS, experimentelle Modalanalyse mit PULSE als auch vergleichende Ausschwingversuche verwendet.
Was ist der Inhalt des Hauptteils?
Der Hauptteil gliedert sich in die theoretische Herleitung der Messmethode, die Modalanalyse zur Identifikation der schwingenden Massen sowie die praktische Umsetzung und Auswertung an einem Versuchsstand und einer realen Maschine.
Welche Schlüsselbegriffe charakterisieren die Arbeit?
Wichtige Begriffe sind parallelkinematische Maschinen, Kardangelenk, Hysteresekurve, Dämpfung und Modalanalyse.
Warum ist die Modalanalyse für diese Arbeit so wichtig?
Die Modalanalyse ist essenziell, um ein korrektes mathematisches Schwingungsmodell aufzubauen und die schwingenden Trägheitsmassen zu identifizieren, was wiederum Voraussetzung für eine genaue Dämpfungsberechnung ist.
Welche besonderen Erkenntnisse konnten zur METROM-Maschine gewonnen werden?
Die Arbeit zeigt, dass die Eigenschwingungsformen in einer realen Maschine deutlich komplexer sind als an einem isolierten Versuchsstand, was die Identifizierung der Dämpfungsparameter erschwert.
- Citation du texte
- Bin Zhu (Auteur), 2006, Dämpfungsmessung an Kardangelenken in Werkzeugmaschinen. Testen einer neuen Methode, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/124537
