Simulation von Antriebssystemen

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1 Fachberichte Simulation Herausgegeben von D. Möller und B. Schmidt Band 9 Andreas Laschet Simulation von Antriebssystemen Modellbildung der Schwingungssysteme und Beispiele aus der Antriebstechnik Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York London Paris Tokyo 1988 ISBN Springer-Verlag Berlin, Heidelberg, New York ISBN Springer-Verlag New York, Heidelberg, Berlin

2 Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 1 2 Anwendung von Simulationstechniken 3 3 Schwingungssimulation - Übersicht, Anforderungen, Einsatzmöglichkeiten Allgemeine Übersicht über vorhandene Simulationssoftware Spezielle Anforderungen und Zielsetzungen Einsatzmöglichkeiten der Schwingungssimulation 15 4 Vorgehensweise bei der Modellgenerierung für die Simulation von Torsionsschwingungen Aufbau von Torsionsschwingungsmodellen Grundaufbau des Modells Aufbau von geraden Schwingungssystemen Aufbau von verzweigten und vermaschten Schwingungssystemen Parameter-Ermittlung Bestimmung der Massenträgheitsmomente und Steifigkeiten Berechnung der Eigenfrequenzen und Schwingungsformen des ungedämpften Systems Bestimmung der Dämpfungen Berechnung der Eigenfrequenzen und Schwingungsformen des gedämpften Systems Strategie zur Diskretisierung von Schwingungssystemen im Hinblick auf eine praxisgerechte Modellabstimmung Reduktion des Schwingungssystems auf ein Minimalmodell 59 5 Lösungsverfahren für die Bewegungsdifferentialgleichungen Analytische Lösungsverfahren Lineare Differentialgleichungen Näherungsverfahren für Differentialgleichungen nichtlinearer und parametererregter Systeme Numerische Lösungsverfahren Einfluß des Schwingungsmodells und der Anfangsbedingungen auf die Güte der Simulation Instationäre Vorgänge Stationäre Vorgänge 74

3 VIII Inhaltsverzeichnis 6 Erregerelemente Diskretes Erregermoment und Gewichtungsfunktion Belastungsmoment Asynchronmotor Eigenschaften des Asynchronmotors Anfahrvorgang eines Asynchronmotors Beispiel: Kesselspeisepumpenanlage Zeitabhängige Schaltvorgänge beim Asynchronmotor Beispiel: Turboverdichteranlage Synchronmotor Eigenschaften des Synchronmotors Beispiel: Resonanzverhalten einer Turboverdichteranlage Regelndes Erregermoment (Gleichstrommotor) Nebenschlußverhalten Reihenschlußverhalten Periodisches Erregermoment (Kolbenmaschine) Eigenschaften des periodischen Erregermoments Modelle zur Abbildung der Kolbenmaschine Perioden und Phasenbeziehungen Harmonische Tangentialdrücke Zeit- oder drehzahlabhängige Gewichtung Ungleichförmigkeitsgrad und Drehzahlschwankung Übertragung von Standard-Daten auf verschiedene Motorkonzepte Erregermomente für verschiedene Motorkonzepte Beispiel: Schiffsantriebsanlage Zeitabhängige Erregerfrequenz (Gleitsinus) Einfluß des periodischen Massenträgheitsmoments Stochastisches Erregermoment Eigenschaften des stochastischen Erregermoments Beispiel: Einfluß der Zufallsanregung Übertragungselemente Spielbehaftetes Antriebselement Beschreibung der Eigenschaften Einfluß auf das Torsionsschwingungsverhalten Beispiel: Resonanzverhalten einer Turboverdichteranlage Zahnradgetriebe Bestimmung des Zahnsteifigkeitsverlaufs Eigenschaften der Parameter-Erregung Beispiel: Resonanzverhalten eines Pumpenantriebs 181

4 Inhaltsverzeichnis IX 7.3 Elastische Kupplung Eigenschaften der elastischen Kupplung Beschreibung des Resonanzverhaltens Mehrstufige Kupplung Reibungsbehaftetes Antriebselement Dämpfung durch COULOMBsche Reibung Degressives Dämpfungsverhalten durch Reibung Rutschkupplung Eigenschaften der Rutschkupplung Beispiel: Kupplung mit und ohne Schaltvorgang Beispiel: selbsterregte Schwingungen Freilauf Flachriemengetriebe Eigenschaften des Flachriemengetriebes Beispiel: Anlaufbeanspruchung bei Antrieben mit Asynchronmotor Kardangelenk Eigenschaften des Kardangelenks Homokinematische und nichthomokinematische Anordnung von Gelenkwellen Einfluß des Knickwinkels Spiel in der Gelenkwelle Zeitabhängige Knickwinkel Periodische translatorische Störgrößen Hydrodynamisches Getriebe Eigenschaften des hydrodynamischen Getriebes Tiefpaß-Verhalten Beispiel: hydrodynamische Kupplung Beispiel: hydrodynamischer Wandler Planetengetriebe Eigenschaften des Planetengetriebes Beispiel: Zementmühlenantrieb Beispiel: Differentialgetriebe Beispiel: Getriebestütze Ermittlung von Belastungskollektiven und Abschätzung der Lebensdauer Beschreibung der WÖHLER-Linie und Darstellung der Einflußgrößen Ermittlung von Belastungskollektiven durch Klassierung der Belastungshäufigkeiten Statistische Grundbegriffe Einparametrige Klassierung Zweiparametrige Klassierung Lebensdauerabschätzung mit Hilfe der Schadenakkumulationsrechnung 309

5 X Inhaltsverzeichnis 9 Schwingungsanalyse im Frequenzbereich Spektral- und Signaturanalyse mit Hilfe der FOURIER-Transformation Cepstrumanalyse Inverse Schwingungssimulation Erweiterung des Torsionschwingungsmodells auf ein Torsions-Biegeschwingungsmodell Bestimmung der Schnittgrößen Aufbau des Differentialgleichungssystems Systemkopplung aufgrund von Verzahnungen Berechnung gekoppelter Torsion-Biegesysteme Struktur der Software für die Schwingungssimulation Beispiele für Schwingungssimulationen mit Überlagerung mehrerer Erreger- und Übertragungselemente Automatisches Schaltgetriebe Eigenschaften des Automatikgetriebes Simulationsmodell und Eigenfrequenzanalyse Simulationsergebnisse Pumpenantrieb Simulationsmodell und Eigenfrequenzanalyse Erregermomente von Motor und Pumpe Simulationsergebnisse Kompressorantrieb Simulationsmodell und Eigenfrequenzanalyse Erregermomente von Motor und Kompressor Simulationsergebnisse und Vergleich zwischen Rechnung und Messung Zusammenfassung 383 Anhang: Katalog von Erregermomenten für verschiedene Kolbenmotoren 385 Literaturverzeichnis 413 Stichwortverzeichnis 429