Maschinendynamik
Lehrveranstaltung Maschinendynamik einer Technische Universität im östlichen Deutschland Studiengang Maschinenbau Vertiefungsrichtung Allgemeiner Konstruktiver Maschinenbau kurz AKM
Lehrveranstaltung Maschinendynamik einer Technische Universität im östlichen Deutschland Studiengang Maschinenbau Vertiefungsrichtung Allgemeiner Konstruktiver Maschinenbau kurz AKM
Kartei Details
| Karten | 100 |
|---|---|
| Lernende | 18 |
| Sprache | Deutsch |
| Kategorie | Technik |
| Stufe | Universität |
| Erstellt / Aktualisiert | 17.02.2014 / 07.05.2021 |
| Weblink |
https://card2brain.ch/box/maschinendynamik
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87. Erklären Sie, wie die modale Masse, modale Federkonstante und modale Erregerkraft berechnet
werden!
88. Wie bestimmt man die 2n Integrationskonstanten bei der Untersuchung freier Schwingungen eines
linearen Systems mit n Freiheitsgraden?
Aus den Rand- und Zwangsbedingungen
89. Skizzieren Sie für einen modalen Schwinger die Abhängigkeit der Amplitude der Restschwingung in
Abhängigkeit vom Verhältnis Anlaufzeit zu Periodendauer!
90. Ein ursprünglich statisch unbestimmtes Tragwerk wird durch Einfügung von Drehgelenken so
verändert, daß es statisch bestimmt wird. Wie ändern sich die Eigenfrequenzen infolge solch einer
Maßnahme?
Verminderte Bindungen senken die Eigenfrequenzen
91. Unter welchen physikalischen Bedingungen wird eine Steifigkeitsmatrix singulär?
Wenn Bewegung ungehindert erfolgen kann, ohne das Rückstellkräfte auftreten
92. Skizzieren Sie den Verlauf der Koordinate eines Schwingers zu Beginn der Resonanz für den
ungedämpften Fall!
93. Wovon hängt es ab, ob ein plötzlicher Impuls als Dirac -Stoß behandelt werden kann?
Die Zeit des Stoßes muß wesentlich kleiner sein als die kleinste Einschwingungsdauer des Systems
94. In welchen Fällen ist es notwendig, die Dämpfung eines schwach gedämpften linearen
Schwingungssystems zu berücksichtigen?
Bei Betrachtung der hohen Eigenfrequenzen eines Systems ist die Dämpfung zu beachten, da der Unterschied zum
ungedämpften System sehr hoch ist.
->Dämpfungsgrad ui des Systems <<1 (kleine EF),aber bei hohen Eigenfrequenzen ist ui nicht mehr klein
-> sehr hohe Ordnungen der Eigenformen bilden sich oft gar nicht aus, da ui>1 (überkritisch)
Desweiteren ist bei gedämpften Systemen zu beachten, daß bei Tilgung keine Nullstelle in der Resonanzkurve auftritt
95. Was versteht man unter der "Bequemlichkeitshypothese" (Rayleigh-Dämpfung)?
B=M * SUMME(ak (M^-1 * C )^(k-1() , k=1 ,2,3,.....,K
Wenn Dämpfungsmatrix B obige Formel erfüllt, tritt modale Dämpfung auf.
Diese Formel kann durch die Annahme, daß B nur linear von Massen- und/oder Steifigkeitsmatrix abhängt, zu folgendem Term vereinfacht werden :
B=a1*M+a2*C
Dieser Ansatz wird als Rayleigh-Dämpfung bezeichnet.
96. Wieviel Tilgungsfrequenzen hat ein Schwinger mit n Freiheitsgraden? Skizzieren Sie ein System und
die dazugehörigen Amplituden-Frequenzgänge mit und ohne Tilger!
97. Wodurch können Nichtlinearitäten in Schwingungssystemen bedingt sein? Skizzieren Sie dazu drei
Beispiele!
Nichtlinearitäten können in Bewegungsgleichungen durch nichtlineare Kraft-Verformungsfunktionen von Ferderelementen (Stoffbedingte Nl) oder durch geometrisch-kinematische Anordnungen (Geometriebedingte Nl) auftreten.
Stoffbedingte Nl:
-lassen sich meist in einem bestimmten Amplitudenbereich um den Arbeitspunkt linearisieren
Geometriebedingt Nl:
- dies sind die wesentlichen Nichtlinearitäten
98. Nennen Sie mindestens drei Beispiele von VDI-Richtlinien oder DIN-Vorschriften auf dem Gebiet der
Maschinendynamik!
VDI-RL 2149 Blatt 1 Dynamik der „starren Maschinen“ – Starrkörpermechanismen
VDI-RL 2056 Minimalmodelle
DIN 45671 Messungen mechanischer Schwingungen am Arbeitsplatz
DIN 45675 Einwirkungen mechanischer Schwingungen auf den Menschen
99. Nennen Sie Software auf dem Gebiet der Mehrkörperdynamik (mindestens zwei Programme)!
ALASKA, DAM, MHSL, ADAMS, ANSYS
100. Nennen Sie Software, die sich zur Lösung von linearen Schwingungsproblemen eignet!
ANSYS, MARC, ABAQUS, PSU, FEMROT, GITRA
51. Wieviele Biege-Eigenfrequenzen hat eine nicht rotierende Welle, die mit einer Punktmasse und einer
Scheibe besetzt ist?
Hat in der Ebene 3 Freiheitsgrade (Bewegung der Punktmasse, Translation und Rotation der Scheibe) ->
3 Biege-Eigenfrequenzen
1.Was versteht man unter dem Modell einer starren Maschine?
Eine „starre Maschine“ ist das einfachste Berechnungsmodell in der Maschinendynamik. Es lässt sich definieren als ein
zwangläufiges System starrer Körper, dessen Bewegung bei gegebener Antriebsbewegung auf Grund
holonomer Zwangsbedingungen eindeutig bestimmt ist.
Das Modell der starren Maschine kann der Berechnung „langsamlaufender“ Mechanismen zugrunde gelegt werden, d.h. die
niedrigste Eigenfrequenz des betrachteten realen Objekts bedeutend größer ist als die größte auftretende Erregerfrequenz.
2. Wie lautet die Bewegungsgleichung für die starre Maschine mit einem Freiheitsgrad?
...
3. Berechnen Sie die kinetische Energie eines speziellen Systems starrer Körper bei ebener Bewegung!
Die kinetische Energie des ebenen Mechanismus ergibt sich unter Berücksichtigung der Translationsbewegungen aller Schwerpunkte und der Rotation um die Schwerpunktachsen aller bewegten Glieder zu:
4. Skizzieren Sie den Verlauf des reduzierten Massenträgheitsmomentes einer Kurbelschwinge über zwei
Perioden!
...
5. Was versteht man unter Ungleichförmigkeitsgrad?
Die periodische Bewegung, die durch die Veränderlichkeit von J(j) und/oder M(j) verursacht sein kann, wird durch den Ungleichförmigkeitsgrad d ausgedrückt.
Der Ungleichförmigkeitsgrad drückt die Schwankung der Winkelgeschwindigkeit des Antriebes während eines Arbeitszyklus (meist eine volle Umdrehung), bezogen auf den Mittelwert aus.
Je kleiner der Unförmigkeitsgrad, desto gleichmäßiger arbeitet die Maschine
6. Welche positiven bzw. negativen Wirkungen hat ein Schwungrad im Antriebssystem?
Positiv:
Speichern kinetischer Energie, d.h. in Beschleunigungsphase wird Wkin akkumuliert und bei Belastung wieder abgegeben
Spitzenwert des Antriebsmomentes kann kleiner sein als das reib- und technologische Moment
Allerdings kaum Einfluß auf das mittlere Antriebsmoment durch das Schwungrad
Schonung vor Belastungsstößen
Negativ:
Bei zu großem Schwungrad kann es zu starken Belastungen von Motor und Bremse kommen vor allem bei
instationärer Arbeitsweise
Bei Maschinen mit instationärer Arbeitsweise ist wegen den Beschleunigungs- und
Bremsvorgängen ein kleines MTM vorteilhaft.
7. Warum ist die Winkelgeschwindigkeit bei einem ungleichmäßig übersetzenden starren Getriebe im
Leerlauf nicht konstant?
Jred ist eine Funktion von j und somit ist auch die Winkelgeschwindigkeit j’ eine Funktion von j
-> Winkelgeschwindigkeit zeitlich veränderlich
8. Unter welchen Bedingungen kann man aus dem Verlauf des reduzierten Massenträgheitsmomentes
unmittelbar auf den Ungleichförmigkeitsgrad schließen? Geben Sie dazu einfache Formeln an!
Bedingungen: - (W << T0): Arbeit W der äußeren Kräfte wesentlich kleiner als die kinetische Energie T0
- Maschine bei höheren Drehzahlen im stationären Betriebszustand
Ungleichförmigkeitsgrad: siehe Bild
9. Was versteht man unter Massenausgleich von Mechanismen?
Dies sind alle Maßnahmen, die den Ausgleich der Massenkräfte zum Ziel haben. Durch geschickte Anordnung von Massen können die resultierenden Massenkräfte, die in den Aufstellort eingeleitet werden, beträchtlich verringert werden.
Aber: lediglich Fundamententlastung, dynamische Lagerbelastung z.B. kann sich dadurch auch verschlechtern
10. Warum kann man für ein Schubkurbelgetriebe durch Anbringen von rotierenden Unwuchten keinen
vollständigen Massenausgleich erzielen?
Vollständiger Massenausgleich herrscht nur dann, wenn sich bei beliebiger Bewegung der Schwerpunkt des Mechanismus in Ruhe befindet, d.h. die Schwerpunktbahn sich auf einen Punkt zusammenzieht.
Für Schubkurbelgetriebe müßte dazu der gemeinsame Schwerpunkt der Massen m3 und m4 im Gelenk (2,3) liegen.
- Dies ist technisch unmöglich, denn selbst um dies näherungsweise zu erreichen, müßte eine riesige Unwuchtmasse im Gelenk (2,3) angebracht werden.
- Nur teilweiser Ausgleich, z.B. durch Ausgleichsmasse nur an der Kurbel.
11. Wie verändern sich die Massenkräfte beim Modell einer starren Maschine mit der Drehzahl?
Fflieh = U * omega² -> Massenkräfte (durch Unwuchten entstanden) steigen im Quadrat zur Drehzahl
12. In welchen Fällen ist an Stelle des vollständigen Ausgleichs der harmonische Ausgleich von
Massenkräften zu empfehlen?
- Vollständiger Ausgleich ist bei Gebilden mit mehr als 2 Gliedern hochkomplex
- Der zu betreibende Auswand ist zu hoch, da Bestimmungsgleichungssystem unterbestimmt
- Es entstehen sperrige Getriebe mit konstruktiv nicht möglichen großen Abmessungen
- Masse der Getriebeglieder ist zu stark zu verändern
- Einzelne Lager- und Gelenkkräfte sowie Gestellmoment können zunehmen
13. Skizzieren Sie drei Beispiele für den harmonischen und den vollständigen Ausgleich der Massenkräfte!
siehe Bild
14. Was versteht man unter Auswuchten?
Das Verändern der Masseverteilung von Rotoren zur Minimierung der resultieren Kräfte und Momente auf das Gestell.
Statisches Auswuchten: -> Schwerpunktes in die Lagerachse
Dynamisches Auswuchten: -> Drehachse zu Hauptträgheitsachse machen
15. Was ist bei der Konstruktion von Rotoren bezüglich des Auswuchtens zu beachten?
Drehachse in Hauptträgheitsachse, symmetrisches und rechtwinkliges Anbringen von Massen am Umfang (wenn nicht von vornherein vermeidbar ), Massenverteilung so, daß Wuchtebenen in Lagern.
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