Auslegung und Erprobung einer aktiv gelagerten Spindel zur Schwingungsdämpfung in Werkzeugmaschinen:
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| Main Author: | |
|---|---|
| Format: | Thesis Book |
| Language: | German |
| Published: |
Aachen
Shaker
2006
|
| Series: | Reihe Fluidtechnik
41 |
| Subjects: | |
| Online Access: | Inhaltsverzeichnis |
| Physical Description: | VI, 127 S. Ill., graph. Darst. 21 cm, 209 gr. |
| ISBN: | 3832249001 |
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| adam_text | AUSLEGUNG UND ERPROBUNG EINER AKTIV GELAGERTEN SPINDEL ZUR
SCHWINGUNGSDAEMPFUNG IN WERKZEUGMASCHINEN VON DER FAKULTAET FUER
MASCHINENWESEN DER RHEINISCH-WESTFAELISCHEN TECHNISCHEN HOCHSCHULE AACHEN
ZUR ERLANGUNG DES AKADEMISCHEN GRADES EINES DOKTORS DER
INGENIEURWISSENSCHAFTEN, GENEHMIGTE DISSERTATION VORGELEGT VON HOLGER
BREIT AUS BAD URACH / WUERTT. BERICHTER: UNIV.-PROF. DR.-ING. H.
MURRENHOFF UNIV.-PROF. DR. RER. NAT. W. K. SCHOMBURG TAG DER MUENDLICHEN
PRUEFUNG: 16.12.2005 AUSLEGUNG UND ERPROBUNG EINER AKTIV GELAGERTEN
SPINDEL ZUR SCHWINGUNGSDAEMPFUNG IN WZM INHALTSVERZEICHNIS 1 EINLEITUNG
UND AUFGABENSTELLUNG 1 1.1 DIE AUTONOME PRODUKTIONSZELLE IM
SONDERFORSCHUNGSBEREICH 368 1 1.2 SCHWINGUNGEN IM ZERSPANPROZEB 2 1.2.1
ENTSTEHUNG VON RATTERSCHWINGUNGEN 3 1.2.1.1 REGENERATIVES RATTERN 3
1.2.1.2 LAGEKOPPLUNG 4 1.2.1.3 FALLENDE SCHNITTKRAFTCHARAKTERISTIK 4
1.2.2 MATHEMATISCHE MODELLE 5 1.3 AUFGABENSTELLUNG DER ARBEIT 7 2 STAND
DER TECHNIK AKTIVER LAGERUNGEN 8 2.1 LAGERUNGEN 8 2.1.1 KONVENTIONELLE
WAELZLAGERUNGEN 8 2.1.2 FLUIDISCHE LAGERUNGEN 9 2.1.3 MAGNETLAGERUNGEN 10
2.1.4 FAZIT 11 2.2 AKTORIKEN 12 2.2.1 HYDRAULISCHE AKTORIK 12 2.2.1.1
LOESUNG MIT VERFORMBAREN MEMBRANEN 12 2.2.1.2 LOESUNG MIT METALLFALTENBALG
13 2.2.1.3 LOESUNG MIT EINER KOLBENAKTORIK 14 2.2.1.4 AKTORIK MIT
LAMELLEN 15 2.2.1.5 ALTERNATIVE HYDRAULISCHE METHODEN 16 2.2.2 PIEZO- /
ELEKTROSTRIKTIVE AKTORIK 16 2.2.2.1 SANDIA SMART SPINDLE UNIT (SSU) 16
2.2.2.2 STABILISIERUNG DES SCHLEIFPROZESSES 17 2.2.2.3 TILGER MIT PIEZOS
19 2.2.3 MR UND ER-AKTORIK 19 2.2.3.1 WAELZLAGERUNG MIT MR-AKTORIK 20 2.3
FAZIT 20 3 AKTORPRINZIPIEN UND DEREN ANORDNUNG 22 3.1 FORMULIERUNG EINES
LASTENHEFTES 22 3.2 KINEMATISCHE BETRACHTUNGEN ZUR ANZAHL UND ART DER
ANTRIEBE 22 3.3 GEGENUEBERSTELLUNG VERSCHIEDENER AKTORIK 23 3.4
DISKUSSION UND VORAUSWAHL MOEGLICHER AKTORIKEN 24 3.4.1 FLUIDISCHER AKTOR
25 3.4.1.1 PNEUMATISCHER AKTOR 25 3.4.1.2 HYDRAULISCHER AKTOR 26 3.4.2
FERROMAGNETISCHER AKTOR 26 3.4.3 ELEKTRISCHE AKTORIK 27 3.4.3.1
PIEZOELEKTRISCHER AKTOR 27 3.4.3.2 MAGNETOSTRIKTIVER AKTOR 28 3.5 FAZIT
ZUR AKTORAUSWAHL 29 3.6 MOEGLICHKEITEN ZUR ANORDNUNG AKTIV WIRKENDER
DAEMPFER IN DER MASCHINE 29 3.6.1 ANORDNUNG 1 31 II AUSLEGUNG UND
ERPROBUNG EINER AKTIV GELAGERTEN SPINDEL ZUR SCHWINGUNGSDAEMPFUNG IN WZM
3.6.2 ANORDNUNG 2 31 3.6.3 ANORDNUNG 3 31 3.6.4 ANORDNUNG 4 31 3.7 FAZIT
ZUR DAEMPFERANORDNUNG 33 4 ENTWICKLUNG EINES NEUARTIGEN LAGERUNGSPRINZIPS
34 4.1 FUNKTIONSBESCHREIBUNG DES DREIKAMMERZYLINDERS 34 4.2 ANALYSE DER
AUFTRETENDEN FREQUENZEN BEIM RATTERN 36 4.3 AUSLEGUNG DER HYDRAULISCHEN
AKTORIK 37 4.3.1 BESTIMMUNG DER OPTIMALEN KOLBENFLAECHE 31 4.3.2
PHASENVERLUAET ZWISCHEN VENTIL UND AKTORIK 42 4.3.3 AUSLEGUNG DER
GLEITSTEINENTLASTUNG 42 4.3.4 AUSLEGUNG DES AXIALLAGERS 45 4.3.4.1
RECHNERISCHE AUSLEGUNG 4F 4.3.4.2 AUSWAHL UND AUSLEGUNG DES
HYDRAULISCHEN VORWIDERSTANDS 4 4.4 MESSTECHNIK UND SENSORIK 4S 4.4.1
WANDLUNG DER ISTSIGNALE 4I 4.4.2 WANDLUNG DER STELLSIGNALE 5( 4.4.3 WAHL
DER ABTASTZEIT 51 4.4.4 PHASENVERLUST DURCH A/D-WANDLUNG 51 4.5
MECHANISCHE AUSLEGUNG DER SPINDEL 5; 4.5.1 OPTIMALER LAGERABSTAND 5;
4.5.2 AUSLEGUNG DER WAELZLAGER 5: 4.5.3 DYNAMISCHES VERHALTEN DER SPINDEL
5 4.5.3.1 EIGENFREQUENZEN DER STARREN SPINDEL 5 . 4.5.3.2
BIEGEEIGENSCHWINGUNGEN DER SPINDEL 5 . 4.5.3.3 AUSWUCHTUNG 5( 4.5.4
FESTIGKEITSBERECHNUNGEN AM SPINDELANTRIEB 5 4.6 IDENTIFIKATION DER
STRECKE 6: 4.6.1 ERMITTLUNG DER DAEMPFUNG AUS DEM AUSSCHWINGVERSUCH 6 .
4.6.2 PRUEFUNG DER REGELBARKEIT 6: 4.6.2.1 PRUEFUNG DER STEUERBARKEIT 6
4.6.2.2 PRUEFUNG DER BEOBACHTBARKEIT 6 1 4.7 AUSLEGUNG EINES GEEIGNETEN
REGLERS 6! 4.7.1 VEREINFACHUNGEN DER STRECKE 6: 4.7.1.1 DISKUSSION DER
WESENTLICHEN NICHTLINEARITAETEN 7I 4.7.2 PRUEFUNG DER ERWEITERUNG UM EINE
STOERGROESSENAUFSCHALTUNG 7 4.7.3 BESTIMMUNG DER STOERUEBERTRAGUNGSFUNKTION
MIT STOERGOESSENAUFSCHALTUNG 1. 4.7.4 BESTIMMUNG DER
FUEHRUNGSUEBERTRAGUNGSFUNKTION MIT STOERGROESSENAUFSCHALTUNG 7 4.7.5 FAZIT
ZUR STOERGROESSENAUFSCHALTUNG 7 4.7.6 STABILITAET DES REGELKREISES MIT
P-REGLER 7 4.7.7 STABILITAET DES REGELKREISES MIT PD-REGLER 7 4.8 MESSUNG
DES FUEHRUNGSVERHALTENS 7 4.9 SIMULATION DER STRECKE MIT VENTIL 7 4.9.1
BESCHREIBUNG DES SIMULATIONSMODELLS 7 4.9.2 ABGLEICH DER SIMULATION MIT
MESSUNGEN 8 4.10 REGELUNGSKONZEPTE 8 4.10.1 NULL-LAGEREGELUNG DER
SPINDEL IN DER SIMULATION 8 AUSLEGUNG UND ERPROBUNG EINER AKTIV
GELAGERTEN SPINDEL ZUR SCHWINGUNGSDAEMPFUNG IN WZM III 4.10.2 INVERSE
KASTENPOSITION ALS SOLLGROESSE FUER DIE SPINDEL 83 4.10.3
SIMULATIONSERGEBNISSE 84 5 VALIDIERUNG 86 5.1 METHODEN ZUR BEWERTUNG 86
5.1.1 GRENZSCHNITTIEFE 86 5.1.2 ERSTELLUNG VON STABILITAETSKARTEN 87
5.1.3 ERMITTLUNG DER DYNAMISCHEN NACHGIEBIGKEIT 87 5.1.3.1
ORTSKURVENDARSTELLUNG 89 5.1.3.2 FREQUENZGANGDARSTELLUNG IM AMPLITUDEN-
UND PHASENGANG 91 5.2 EINLEITENDE MESSUNGEN 91 5.3 REFERENZMESSUNG MIT
ARRETIERTER SPINDELLAGERUNG 93 5.4 MESSUNG MIT AKTIVIERTER
SPINDELLAGERUNG 95 5.4.1 REGELSTRATEGIE IN X-RICHTUNG 95 5.4.2 VARIATION
DER REGLERPARAMETER, REGELSTRATEGIE X-RICHTUNG 96 5.4.3 FAZIT X-RICHTUNG
97 5.4.4 REGELSTRATEGIE INY-RICHTUNG 97 5.4.5 VARIATION DER
REGLERPARAMETER, REGELSTRATEGIE Y-RICHTUNG 98 5.4.6 FAZIT REGELSTRATEGIE
IN Y-RICHTUNG 99 5.5 GESAMTFAZIT 99 6 MOEGLICHKEITEN ZUR STEIGERUNG DER
DYNAMIK 101 6.1 PIEZO-SERVOVENTIL 101 6.1.1 ANALYSE UND ANSAETZE ZU
VERBESSERUNGEN 102 6.1.1.1 PILOTSTUFE 102 6.1.1.2 HAUPTSTUFE 104 6.1.1.3
LEISTUNGSVERSTAERKER 107 6.1.2 MESSUNGEN AM GESAMTVENTIL 108 6.1.2.1
VERGLEICH DES DURCHFLUSSES NACH UMKONSTRUKTION 108 6.1.2.2 BESTIMMUNG
DES DYNAMISCHEN VERHALTENS 110 6.1.3 FAZIT ZUM PIEZO-SERVOVENTIL 110 6.2
PLEZOHYBRIDER ANTRIEB 110 6.2.1 HINTERGRUND 110 6.2.2 AUSLEGUNG EINES
PIEZOHYBRIDEN ANTRIEBS 111 6.2.3 BESCHREIBUNG DES VERSUCHSAUFBAUS ZUR
VERMESSUNG DES ANTRIEBS 113 6.2.4 MESSUNGEN DES DYNAMISCHEN VERHALTENS
114 6.2.4.1 MESSUNGEN MIT VENTIL 114 6.2.4.2 MESSUNGEN MIT PIEZOAKTOR
115 6.2.5 FAZIT PIEZO-HYBRID-ANTRIEB 116 7 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK
117 8 ABBILDUNGSVERZEICHNIS 119 9 TABELLENVERZEICHNIS 122 10
LITERATURVERZEICHNIS 123
|
| adam_txt |
AUSLEGUNG UND ERPROBUNG EINER AKTIV GELAGERTEN SPINDEL ZUR
SCHWINGUNGSDAEMPFUNG IN WERKZEUGMASCHINEN VON DER FAKULTAET FUER
MASCHINENWESEN DER RHEINISCH-WESTFAELISCHEN TECHNISCHEN HOCHSCHULE AACHEN
ZUR ERLANGUNG DES AKADEMISCHEN GRADES EINES DOKTORS DER
INGENIEURWISSENSCHAFTEN, GENEHMIGTE DISSERTATION VORGELEGT VON HOLGER
BREIT AUS BAD URACH / WUERTT. BERICHTER: UNIV.-PROF. DR.-ING. H.
MURRENHOFF UNIV.-PROF. DR. RER. NAT. W. K. SCHOMBURG TAG DER MUENDLICHEN
PRUEFUNG: 16.12.2005 AUSLEGUNG UND ERPROBUNG EINER AKTIV GELAGERTEN
SPINDEL ZUR SCHWINGUNGSDAEMPFUNG IN WZM INHALTSVERZEICHNIS 1 EINLEITUNG
UND AUFGABENSTELLUNG 1 1.1 DIE AUTONOME PRODUKTIONSZELLE IM
SONDERFORSCHUNGSBEREICH 368 1 1.2 SCHWINGUNGEN IM ZERSPANPROZEB 2 1.2.1
ENTSTEHUNG VON RATTERSCHWINGUNGEN 3 1.2.1.1 REGENERATIVES RATTERN 3
1.2.1.2 LAGEKOPPLUNG 4 1.2.1.3 FALLENDE SCHNITTKRAFTCHARAKTERISTIK 4
1.2.2 MATHEMATISCHE MODELLE 5 1.3 AUFGABENSTELLUNG DER ARBEIT 7 2 STAND
DER TECHNIK AKTIVER LAGERUNGEN 8 2.1 LAGERUNGEN 8 2.1.1 KONVENTIONELLE
WAELZLAGERUNGEN 8 2.1.2 FLUIDISCHE LAGERUNGEN 9 2.1.3 MAGNETLAGERUNGEN 10
2.1.4 FAZIT 11 2.2 AKTORIKEN 12 2.2.1 HYDRAULISCHE AKTORIK 12 2.2.1.1
LOESUNG MIT VERFORMBAREN MEMBRANEN 12 2.2.1.2 LOESUNG MIT METALLFALTENBALG
13 2.2.1.3 LOESUNG MIT EINER KOLBENAKTORIK 14 2.2.1.4 AKTORIK MIT
LAMELLEN 15 2.2.1.5 ALTERNATIVE HYDRAULISCHE METHODEN 16 2.2.2 PIEZO- /
ELEKTROSTRIKTIVE AKTORIK 16 2.2.2.1 SANDIA SMART SPINDLE UNIT (SSU) 16
2.2.2.2 STABILISIERUNG DES SCHLEIFPROZESSES 17 2.2.2.3 TILGER MIT PIEZOS
19 2.2.3 MR UND ER-AKTORIK 19 2.2.3.1 WAELZLAGERUNG MIT MR-AKTORIK 20 2.3
FAZIT 20 3 AKTORPRINZIPIEN UND DEREN ANORDNUNG 22 3.1 FORMULIERUNG EINES
LASTENHEFTES 22 3.2 KINEMATISCHE BETRACHTUNGEN ZUR ANZAHL UND ART DER
ANTRIEBE 22 3.3 GEGENUEBERSTELLUNG VERSCHIEDENER AKTORIK 23 3.4
DISKUSSION UND VORAUSWAHL MOEGLICHER AKTORIKEN 24 3.4.1 FLUIDISCHER AKTOR
25 3.4.1.1 PNEUMATISCHER AKTOR 25 3.4.1.2 HYDRAULISCHER AKTOR 26 3.4.2
FERROMAGNETISCHER AKTOR 26 3.4.3 ELEKTRISCHE AKTORIK 27 3.4.3.1
PIEZOELEKTRISCHER AKTOR 27 3.4.3.2 MAGNETOSTRIKTIVER AKTOR 28 3.5 FAZIT
ZUR AKTORAUSWAHL 29 3.6 MOEGLICHKEITEN ZUR ANORDNUNG AKTIV WIRKENDER
DAEMPFER IN DER MASCHINE 29 3.6.1 ANORDNUNG 1 31 II AUSLEGUNG UND
ERPROBUNG EINER AKTIV GELAGERTEN SPINDEL ZUR SCHWINGUNGSDAEMPFUNG IN WZM
3.6.2 ANORDNUNG 2 31 3.6.3 ANORDNUNG 3 31 3.6.4 ANORDNUNG 4 31 3.7 FAZIT
ZUR DAEMPFERANORDNUNG 33 4 ENTWICKLUNG EINES NEUARTIGEN LAGERUNGSPRINZIPS
34 4.1 FUNKTIONSBESCHREIBUNG DES DREIKAMMERZYLINDERS 34 4.2 ANALYSE DER
AUFTRETENDEN FREQUENZEN BEIM RATTERN 36 4.3 AUSLEGUNG DER HYDRAULISCHEN
AKTORIK 37 4.3.1 BESTIMMUNG DER OPTIMALEN KOLBENFLAECHE 31 4.3.2
PHASENVERLUAET ZWISCHEN VENTIL UND AKTORIK 42 4.3.3 AUSLEGUNG DER
GLEITSTEINENTLASTUNG 42 4.3.4 AUSLEGUNG DES AXIALLAGERS 45 4.3.4.1
RECHNERISCHE AUSLEGUNG 4F 4.3.4.2 AUSWAHL UND AUSLEGUNG DES
HYDRAULISCHEN VORWIDERSTANDS 4' 4.4 MESSTECHNIK UND SENSORIK 4S 4.4.1
WANDLUNG DER ISTSIGNALE 4I 4.4.2 WANDLUNG DER STELLSIGNALE 5( 4.4.3 WAHL
DER ABTASTZEIT 51 4.4.4 PHASENVERLUST DURCH A/D-WANDLUNG 51 4.5
MECHANISCHE AUSLEGUNG DER SPINDEL 5; 4.5.1 OPTIMALER LAGERABSTAND 5;
4.5.2 AUSLEGUNG DER WAELZLAGER 5: 4.5.3 DYNAMISCHES VERHALTEN DER SPINDEL
5' 4.5.3.1 EIGENFREQUENZEN DER STARREN SPINDEL 5'. 4.5.3.2
BIEGEEIGENSCHWINGUNGEN DER SPINDEL 5'. 4.5.3.3 AUSWUCHTUNG 5( 4.5.4
FESTIGKEITSBERECHNUNGEN AM SPINDELANTRIEB 5' 4.6 IDENTIFIKATION DER
STRECKE 6: 4.6.1 ERMITTLUNG DER DAEMPFUNG AUS DEM AUSSCHWINGVERSUCH 6'.
4.6.2 PRUEFUNG DER REGELBARKEIT 6: 4.6.2.1 PRUEFUNG DER STEUERBARKEIT 6'
4.6.2.2 PRUEFUNG DER BEOBACHTBARKEIT 6 1 4.7 AUSLEGUNG EINES GEEIGNETEN
REGLERS 6! 4.7.1 VEREINFACHUNGEN DER STRECKE 6: 4.7.1.1 DISKUSSION DER
WESENTLICHEN NICHTLINEARITAETEN 7I 4.7.2 PRUEFUNG DER ERWEITERUNG UM EINE
STOERGROESSENAUFSCHALTUNG 7 4.7.3 BESTIMMUNG DER STOERUEBERTRAGUNGSFUNKTION
MIT STOERGOESSENAUFSCHALTUNG 1. 4.7.4 BESTIMMUNG DER
FUEHRUNGSUEBERTRAGUNGSFUNKTION MIT STOERGROESSENAUFSCHALTUNG 7 4.7.5 FAZIT
ZUR STOERGROESSENAUFSCHALTUNG 7 4.7.6 STABILITAET DES REGELKREISES MIT
P-REGLER 7 4.7.7 STABILITAET DES REGELKREISES MIT PD-REGLER 7 4.8 MESSUNG
DES FUEHRUNGSVERHALTENS 7 4.9 SIMULATION DER STRECKE MIT VENTIL 7 4.9.1
BESCHREIBUNG DES SIMULATIONSMODELLS 7 4.9.2 ABGLEICH DER SIMULATION MIT
MESSUNGEN 8 4.10 REGELUNGSKONZEPTE 8 4.10.1 NULL-LAGEREGELUNG DER
SPINDEL IN DER SIMULATION 8 AUSLEGUNG UND ERPROBUNG EINER AKTIV
GELAGERTEN SPINDEL ZUR SCHWINGUNGSDAEMPFUNG IN WZM III 4.10.2 INVERSE
KASTENPOSITION ALS SOLLGROESSE FUER DIE SPINDEL 83 4.10.3
SIMULATIONSERGEBNISSE 84 5 VALIDIERUNG 86 5.1 METHODEN ZUR BEWERTUNG 86
5.1.1 GRENZSCHNITTIEFE 86 5.1.2 ERSTELLUNG VON STABILITAETSKARTEN 87
5.1.3 ERMITTLUNG DER DYNAMISCHEN NACHGIEBIGKEIT 87 5.1.3.1
ORTSKURVENDARSTELLUNG 89 5.1.3.2 FREQUENZGANGDARSTELLUNG IM AMPLITUDEN-
UND PHASENGANG 91 5.2 EINLEITENDE MESSUNGEN 91 5.3 REFERENZMESSUNG MIT
ARRETIERTER SPINDELLAGERUNG 93 5.4 MESSUNG MIT AKTIVIERTER
SPINDELLAGERUNG 95 5.4.1 REGELSTRATEGIE IN X-RICHTUNG 95 5.4.2 VARIATION
DER REGLERPARAMETER, REGELSTRATEGIE X-RICHTUNG 96 5.4.3 FAZIT X-RICHTUNG
97 5.4.4 REGELSTRATEGIE INY-RICHTUNG 97 5.4.5 VARIATION DER
REGLERPARAMETER, REGELSTRATEGIE Y-RICHTUNG 98 5.4.6 FAZIT REGELSTRATEGIE
IN Y-RICHTUNG 99 5.5 GESAMTFAZIT 99 6 MOEGLICHKEITEN ZUR STEIGERUNG DER
DYNAMIK 101 6.1 PIEZO-SERVOVENTIL 101 6.1.1 ANALYSE UND ANSAETZE ZU
VERBESSERUNGEN 102 6.1.1.1 PILOTSTUFE 102 6.1.1.2 HAUPTSTUFE 104 6.1.1.3
LEISTUNGSVERSTAERKER 107 6.1.2 MESSUNGEN AM GESAMTVENTIL 108 6.1.2.1
VERGLEICH DES DURCHFLUSSES NACH UMKONSTRUKTION 108 6.1.2.2 BESTIMMUNG
DES DYNAMISCHEN VERHALTENS 110 6.1.3 FAZIT ZUM PIEZO-SERVOVENTIL 110 6.2
PLEZOHYBRIDER ANTRIEB 110 6.2.1 HINTERGRUND 110 6.2.2 AUSLEGUNG EINES
PIEZOHYBRIDEN ANTRIEBS 111 6.2.3 BESCHREIBUNG DES VERSUCHSAUFBAUS ZUR
VERMESSUNG DES ANTRIEBS 113 6.2.4 MESSUNGEN DES DYNAMISCHEN VERHALTENS
114 6.2.4.1 MESSUNGEN MIT VENTIL 114 6.2.4.2 MESSUNGEN MIT PIEZOAKTOR
115 6.2.5 FAZIT PIEZO-HYBRID-ANTRIEB 116 7 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK
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