Modellbildung und Simulation von mechanisch-elektrischen Antriebssträngen
Mod und Sim Lehrveranstaltung der TU Dresden Studiengang Maschinenbau -> Dies sind keine offiziellen Fragen! Die Fragen habe ich mir während meiner Prüfungsvorbereitung aus den Vorlesungsmitschriften sowie den Vorlesungsfolien generiert
Mod und Sim Lehrveranstaltung der TU Dresden Studiengang Maschinenbau -> Dies sind keine offiziellen Fragen! Die Fragen habe ich mir während meiner Prüfungsvorbereitung aus den Vorlesungsmitschriften sowie den Vorlesungsfolien generiert
Kartei Details
| Karten | 18 |
|---|---|
| Sprache | Deutsch |
| Kategorie | Technik |
| Stufe | Universität |
| Erstellt / Aktualisiert | 02.08.2014 / 26.09.2024 |
| Weblink |
https://card2brain.ch/box/modellbildung_und_simulation_von_mechanischelektrischen_antriebsstraengen
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1.) Welche Informationen kann man aus eine Mehrkörper Simulation erhalten?
Beurteilung des dynamischen Verhaltens, der Eigenfrequenzen, der Schwingformen
Untersuchung von Standartlastfällen ( Anfahren, Stillsetzen, Bremsen...)
( /\ siehe MODELLB-01-Einfuehrung Folie 25 /\ )
( \/ siehe MODELLB-02-Grundlagen Folie 37 \/)
Belastungsvorhersagen für dynamisch belastete Systeme
( \/ siehe MODELLB-02-Grundlagen Folie 40 \/)
exakte Abbildung des dynamischen Verhaltens von realen Schwingungssystemen
( \/ siehe ANSYST-Kapitel-3 Folie 17 \/)
Verlagerungen, Geschwindigkeiten, Beschleunigungen von Antriebskomponenten
Kräfte und Momente in Wellen und Kupplungen
Lagerkräfte
Verzahnungskräfte
2.) In der Modellbildung unterscheidet man nach der Art des Berechnungsmodells. Nenne 2 und erläutere diese kurz.
Analytisches Modell:
mathematisch geschlossene Lösung
freie 2-Massen-Schwinger mit linearer Steifigkeitskopplung ( ungefesselter Zweimassenschwinger)
Einmassenschwinger
doppelt gefesselter Einmassenschwinger
Numerische Berechnungsansätze:
Näherungsalgorithmen unter zu Hilfenahme der Rechentechnik
ab 4-Massen-Torsionsschwinger notwendig
( siehe MODELLB-02-Grundlagen Folie 36)
3.) Was ist die Grundregel der Modellbildung?
Das Modell sollte die Eigenschaften des Originalsystems so genau wie nötig und so grob wie möglich wider geben.
Die direkten Zusammenhänge zwischen realem System und Modell sollten an jeder Stelle erkennbar sein.
Die Systemparameter müssen aus den technische Unterlagen oder aber direkt am Originalsystem mit hinreichender Genauigkeit bestimmt werden können.
4.) Eine Getriebwelle wird in ein diskretisiertes Torsionsschwingungsmodell zerlegt.
Wie sieht die sich ergebene Gleichung dafür aus? ( 2 Massen, keine Dämpfung)
( siehe MODELLB-02-Grundlagen Folie 44 )
6.) Welche Informationen erhält man aus einem diskretisierten Modell?
- exakte Berechnung von Eigenfrequenzen
- Möglichkeit der Betrachtung von zusammengesetzen Belastungen
( /\ siehe MODELLB-03-Tagebaugeraete Folie 12 /\ )
7.) Welche Arten von Dämpfung unterscheident man?
interne und externe Dämpfung
interne
-
8.) Beschreibe den Weg von Antriebsstrang zum Torsionsschwingungsmodell am Beispiel eines Schiffsantriebs.
1. Bestimmung der Masse und Massenträgheitsmomente
• Verwendung von CAD-Modellen
• Analytische Ansätze
2. Bestimmung der Wellensteifigkeit (Torsions-, Biege-,Steifigkeit)
• Analytische Ansätze und Diskretisierung
• Elastische Balkenelemente
• Euler-Bernoulli-oder Timoshenko
3. Modellierung der Lager (mit Feder- Dämpfer- Elementen)
• Analytisch Ansätze nach Wiche und Harris
• Kennlinien oder Steifigkeitsmatrix (Unterstützung durch die Lagerhersteller erforderlich)
4. Modellierung von Getrieben
• Detaillierte Beschreibung der Kontaktbedingungen mit Kraftelementen
• Berechnung der Verzahnungskräfte und die Lastverteilung
• Ziel: Simulation der auftretenden Wellenverlagerungen und Ausrichtung unter verschiedenen Belastungen
5. Modellierung von Propeller und Tragkonstruktion
• Verformung des Gehäuses unter Last beeinflusst die daraus resultierende Verschiebung der Welle (Lager und Gehäuse Steifigkeit)
• Schwingungsformen der Gehäuse und Propellerblätter beeinflussen Schwingungsformen des Antriebsstrangs
6. Modellierung von Motorlasten
• Detaillierte Beschreibung von Motor
• Berücksichtigung der Steuerung
7. Modellierung der Propellerbelastungen
• Einführung der einzelnen Lasten
• Lastverteilung auf flexiblen Blätter einstellbar
8. Analyse im Frequenzbereich
• Bestimmung der Eigenfrequenzen
• Bewertung des Anregungsverhalten
• Campbell-Diagramm
• Simulation des Anlaufvorganges (Schwinggeschwindigkeiten)
• Anregung durch die untere Kegelradstufe
9. Analyse im Zeitbereich,
• Bestimmung der maximal möglichen Lasten auf Komponenten
• Analyse der verschiedenen Lastfälle
• Aus- und Eintauchen des Propeller
• Kontakt mit Eis
• Kontakt mit Fremdkörpern im Wasser
(/\ siehe MODELLB-02-Grundlagen Folie 56ff /\)
9.) Aus welchen Teilsystemen besteht eine Windernergieanlage?
Antriebs- oder Kraftmaschine ( Energiebereitstellung):
Rotor
Aerodynamisches System
Antriebsstrang/ Zwischenschaltung/ Mechanisches System ( Energieanpassung):
Rotor
Hauptwelle
Getriebe
Bremse
Kupplung
Arbeitsmaschine ( "Energieverbrauch"):
Generator
Frequenzumrichter
Elektrisches Netz
Steuerungs- und Regeleinrichtungem:
Pitchregelung
Drehzahlregelung
Leistungsregelung
Regelbremse
(/\ siehe MODELLB-02-Grundlagen Folie 33 /\)
(\/ siehe MODELLB-02-Grundlagen Folie 18 \/)
Fundament
Turm
Träger
Antriebsstrang
Generator
Blätter (Rotor)
2.1) Was sind die Aufgaben von koplexen dynamischen Berechnungsmodellen?
Berechnungsmodelle dienen zur qualitativ richtigen Darstellung des dynamischen Verhaltens von Maschinenelementen, Baugrupen bzw. des Gesamtsystems.
Gleichzeitig kann durch die quantitative Berechnung von Kraft- und Bewegungsgrößen der Einfluss konstruktiver Parameter auf das dynamische Verhalten beurteilt werden.
5.) Eine Getriebewelle wird diskretisiert und in ein Torsionsschwingungsmodell mit einen zusätzlichen axialen Freiheitsgrad zerlegt. Wie sieht die sich daraus ergebende Gleichung aus? ( 2 Massen, keine Dampfung)
( siehe MODELLB-02-Grundlagen Folie 46 )
8.1) Beschreibe kurz den Weg von einem schematischem Antriebsstrang zum Torsionsschwingungsmodell.
Zerlegung komplexer Gesamtstrukturen in einzelne Unterbaugruppen
Ermittlung der Massen und Massenträgheitsmomente
Abbildung der Elastizitäten für Antriebsstrangkomponenten
Modellierung der Lager durch Feder- Dämpfer- Elemente
Modellierung der Verzahnung
(/\ siehe MODELLB-02-Grundlagen Folie 73ff /\)
(\/ siehe ANSYST-Kapitel-3-1 Folie 94ff \/)
Strukturkontinuierliches System
Strukturkontinuierliches Modell
Strukturdiskretes Modell
10.) Um welchen Informationsgehalt erhöht sich ein Torsionsschwingungsmodell mit nur einen rotatorischen FHG, wenn man ihn um einen axialen FHG erweitert?
Informationen aus Torsionsschwinger mit rotatorischem FHG:
- vorhandene Gelenke: 1 -> rotatorisch
- Kräfte und Momente: 1 Moment
- Lagerkräfte: keine
- Verzahnungskräfte: nur Tangentialkraft
Erwiterung um axialen FHG -> Erhöung der Aussagekraft
Informationen aus erweitertem (axial) Torsionsschwingungsmodell (FHG=2):
- vorhanden Gelenke: 2 -> rotatorisch und translatorisch
- Kräfte und Momente: 1 Kraft und 1 Moment
- Lagerkräfte: axiale Lagerkraft
- Verzahnungskräfte: tagnentiale und axiale
11.) Was wird im Campbell- Diagramm aufgetragen und welche Schlussfolgerungen kann man daraus ziehen?
- dargestellt wird die Frequenz über der Drehzahl
- durch das Hoch- bzw. Anlaufen eines Antriebes werden alle Drehzahlen bis zur Betriebsdrehzahl durchlaufen
- ein Schnittpunkt von Eigenfrequenz (horizontale Linien) und Anlaufkennlinie (diagonale Linie) kann, wenn dieser Schnittpunkt im Bereich einer Betriebsdrehzahl liegt, zu Anregungen ( bis hin zur Resonanz) führen
( \/ siehe MODELLB-04-Tagebaugeraete Folie 10 \/ )
- theoretischer Vergleich von Anregung und Anregbarkeit
- horizontale Linien entsprechen Eigenfrequenzen
- drehzahlabhängige Steigungen sind Anregungen (z.B.: Zahneingriffsfrequenzen)
ABER:
• Nicht jede Schwingform ist auch tatsächlich anregbar!
• Keine Aussage bezüglich der Schwingamplitude und Dämpfung
( \/ siehe ANSYST-Kapitel-3-1 Folie 64 \/ )
gegenüberstellung von Eigenfrequenzen und Anregung in Frequenzbereich
Schnittpunkte von Eigenfrequenzen und Anregungen sind Systemzustände welche zu Resonanzen führen können
12.) Was versteht man unter dem Phänomen der Dämpfung und wie kann man sie bestimmen?
In schwingungsfähigen Systemen bewirkt die Dämpfung, dass freie Schwingungen abklingen und harmonisch erregte Schwingungen im Resonanzbereich endlich groß bleiben. Dabei wird die mechanische Energie in andere Energieformen, insbesondere in Wärme, umgewandelt.
( /\ siehe MODELLB-02-Grundlagen Folie 104 /\ )
( \/ siehe MODELLB-02-Grundlagen Folie 105 \/)
• Analytische Ermittlung der Dämpfung geschlossen nicht möglich
• Eigenfrequenz durch Dämpfung zumeist nur gering beeinflusst
• Bestimmung von absoluten Dämpfungswerten mit vereinfachten Ansätzen
• Aus bekanntem Dämpfungsgrad oder Lehr´schem Dämpfungsmaß (relatives einheitenloses Maß für die Dämpfung) absolute Dämpfung ermittelbar
• Voraussetzung: lineares Übertragungsverhalten, geschwindigkeitsproportionale Dämpfung, homogenes Mehrkörpersystem und die Gültigkeit der Strukturdämpfung
• Keine analytischen Ansätze für höherwertige Systeme in der Literatur bekannt
13.) Welche Arten von Dämpfung gibt es?
• Innere Dämpfung (materialabhängig)
• Material- bzw. Werkstoffdämpfung
• Abhängig von den Verformungswiderständen im Werkstoff
• Berührungs- und Kontaktdämpfung an Fügestellen im Bauteil
• Äußere Dämpfung (belastungsabhängig)
- Dämpfungen aufgrund von äußeren Bewegungswiderständen:
- Reibung in Lagern
- Reibung in Aufhängungspunkten / Abstützungen von Gehäusen
- Reibung durch Luft- oder Flüssigkeitswiderstände
( /\ siehe MODELLB-02-Grundlagen Folie 104 /\ )
14.) Warum unterteilt (diskretisiert) man in der Modellbildung und Simulation Wellen und welche Informationen erhält man daraus?
konkretes System (Welle) schwer mathematisch beschreibar
Entwicklung eines Ersatzsystems zum Erkenntnisgewinn
Erkenntnisse über dynamisches Verhalten
Eigenfrequenzen
2.2) Was sind die Grundelemente zur Bescheibung eines System durch DGL- System in der Mehrkörpersimulation?
Massen
Dämpfung
Steifigkeiten
äußerlich wirkende Kräfte und Momente
generalisierte Koordinate
7.) Wie ist die Eigenfrequenz definiert wie kann man diese Berechnen?
Ist eine Frequenz eines System mit der es nach Anregung als Eigenform schwingen kann.
- aufstellen der Bewegungsgleichung
- Lösen der charakteristischen Gleichung
- alternativ ist auch Abschätzung nach Neuber, Dunkerly,... möglich
