1. Motivation aus der klassischen Getriebetechnik. 3. Nutzen von Modelica und der Modultheorie. 4. Modellierung ebener Koppelgetriebe in SimulationX

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1 Koppelgetriebe in SimulationX 8. Anwendertreffen SAXSIM (SAXon SImulation Meeting) Agenda Professur Montage- und Handhabungstechnik Prof. Dr.-Ing. Maik Berger Tel: +49 (0) Fax: +49 (0) Technische Universität Chemnitz Fakultät für Maschinenbau Professur Montage- und Handhabungstechnik Reichenhainer Straße 70 D Chemnitz 1. Motivation aus der klassischen Getriebetechnik 2. Zielstellung für eine ganzheitliche Mechanismenentwicklung 3. Nutzen von Modelica und der Modultheorie 4. Modellierung ebener 5. Potenziale im Einsatz von SimulationX aktueller Stand 1 Stefan Heinrich M. Sc.

2 1 Motivation aus der klassischen Getriebesynthese Heutige Bedeutung der Getriebesynthese Industry 4.0 führt zu Automation inklusive direktangetriebene Maschinen Funktioniert gut bei: - Dem Wunsch nach Flexibilität elektronische Kurvenscheiben, Motion Control, - Robotik und Handhabetechnologie Montageroboter, Produktionslinien, Mechanismen bleiben unabdingbar Stellt vor Probleme bei: - Dynamisch hoch beanspruchten Maschinen Textil- oder Verpackungsmaschinen, Motorenbau, - Statisch hoch beanspruchten Maschinen Pressen, statischer Massenausgleich, - Billige Maschinen oder Präzisionsgetriebe Regenschirm, Nähmaschinen 2 Stefan Heinrich M. Sc.

1 Motivation aus der klassischen Getriebesynthese Ein kurzer Vergleich der Aufgabengebiete der

Lösungsmethoden für den Ingenieur Neues Wissen generieren Problemstellung Koppelgetriebe Beginn des

Zielstellung für Multidimensionale Getriebetechniker: Optimierungen Überführung bewährter

3 1 Motivation aus der klassischen Getriebesynthese Ein kurzer Vergleich der Aufgabengebiete der Getriebetechnik: Um 1900 Zielstellung für Getriebetechniker: Entwicklung grafisch basierter Lösungsmethoden für den Ingenieur Neues Wissen generieren Problemstellung Koppelgetriebe Beginn des Einsatzes von Computern ~ 1980 CAE Um 2000 Automatisiertes Auffinden neuer Strukturen durch Zielstellung für Multidimensionale Getriebetechniker: Optimierungen Überführung bewährter Lösungsmethoden in die moderne Rechentechnik für den Ingenieur [Col1] Montag, Freitag, Oktober Stefan Heinrich M. Sc.

klassischen Getriebesynthese Prinzip der

Punktführung Körperführung 2 Strukturauswahl

3 Maßsynthese Quantitative Synthese für:

Lagenscharen Verstellgetriebe 4 Konstruktive

Getriebeanalyse Ziel: Prozessoptimierung

4 Iterative Schleifen Modulbasierte Untersuchungen ebener 1 Motivation aus der klassischen Getriebesynthese Prinzip der klassischen Getriebesynthese 1 Bewegungsaufgabe Punktführung Körperführung 2 Strukturauswahl Räder- Gelenkgestaltung Kurven- Koppelgetriebe 3 Maßsynthese Quantitative Synthese für: Einzellagen Bahnkurven Zugeordnete Bewegungen Lagenscharen Verstellgetriebe 4 Konstruktive Gestaltung Toleranzen Frequenzspektren 5 Getriebeanalyse Ziel: Prozessoptimierung Methodenbildung Bewegungsparameter Kräfte und Momente Beschleunigungen 4 Stefan Heinrich M. Sc.

2. Zielstellung für eine ganzheitliche Mechanismenentwicklung Die Basis dieser Untersuchungen bildet der Analyse-Synthese-Parameter-Abgleich.

Verknüpfung Ziel: Lösen dieser Probleme und Vorausgreifen: Verknüpfung der parametrisierte Schritte Trägheitskenngrößen Ermittlung optimierter Getriebe (~90% aus vorhandener Struktur, ~10%

5 2. Zielstellung für eine ganzheitliche Mechanismenentwicklung Die Basis dieser Untersuchungen bildet der Analyse-Synthese-Parameter-Abgleich. 1 Bewegungsaufgabe 2 Strukturauswahl Einzeln bereits gelöst 3 Maßsynthese ASPA Analyse- Synthese- Parameter-Abgleich 3 Optimierung Einzeln bereits gelöst 3 Getriebeanalyse Momente & Kräfte Lokale Verknüpfung Ziel: Lösen dieser Probleme und Vorausgreifen: Verknüpfung der parametrisierte Schritte Trägheitskenngrößen Ermittlung optimierter Getriebe (~90% aus vorhandener Struktur, ~10% Neuentwicklung) Problemstellen: - Trägheitskenngrößen (Masse, MTM, Schwerpunkt) vereinfachter Geometrien Globale Verknüpfung - Verknüpfung 4 der Konstruktive Eingabegrößen Ausgestaltung und Ergebnisse - Vorgabe von Restriktionen (Bauräume, Momente, Frequenzspektren, ) Zwischenziel: Entwicklung von Modellierungsstrategien 5 Stefan Heinrich M. Sc.

Modelica-Modell Simulation Modulbasierte Untersuchungen ebener 3. Nutzen von Modelica und der Modultheorie Modelica ist eine Sprache zur Modellierung Cyber-physikalischer Systeme. Prof.

6 Modelica-Modell Simulation Modulbasierte Untersuchungen ebener 3. Nutzen von Modelica und der Modultheorie Modelica ist eine Sprache zur Modellierung Cyber-physikalischer Systeme. Prof. Peter Fritzson, Linköping University Sweden, Vice-Chairperson Modelica Association Modellierungsansatz am Beispiel eines gedämpften Einmassenschwingers Frei zugänglich: Berechnungsmodell erstellen und zerlegen Modelica-spezifische Modellverarbeitung Berechnungsmodell b c Bewegungsgleichung F i = 0! i=1 mx ሷ + bx ሶ + cx = 0 Syntax Modelica-Quelltext Übersetzen in DGL-System Analysieren und Sortieren Berechnungsmodule Optimierung des DGL-Systems m x Masse Feder Dämpfer Grafiken C-Code generieren C-Code Compilieren - Gleichungsbasierte Modellbildung - Zerlegung des Berechnungsmodells in Module - Erstellen eines Gleichungssystems und Lösen Programme für Modelica: - OpenModelica von OSMC - Dymola von Dassault Systems (Catia) - SimulationX von ITI GmbH Dresden (sehr guter Solver) 6 Stefan Heinrich M. Sc.

7 3. Nutzen von Modelica und der Modultheorie Die Modulbibliothek in SimulationX 3.7 umfasst 1D, 2D und 3D-Elemente. 1D-Bibliothek 2D-Bibliothek 3D-Bibliothek Signalglieder Ebene Mechanik MKS-Mechanik Mechanik Band- & Kettengetriebe Antriebstechnik (MKS) Antriebstechnik Koppelgetriebe Elektrotechnik Pneumatik, Thermo-Fluidtechnik, Thermik, Akustik, Seit SimulationX 3.7 Koppelgetriebe- und Bandgetriebe (in Kooperation mit dem MHT entstanden) 7 Stefan Heinrich M. Sc.

Modellierung ebener Koppelgetriebe müssen zunächst in Berechnungsmodelle zergliedert, dann

Abmessungen Modellbildung - Unterteilung in Berechnungsmodule (nach VDI 2729) DAN DDD DD

8 2. Berechnung in SimulationX 1. Minimalmodell erstellen Modulbasierte Untersuchungen ebener 4. Modellierung ebener Koppelgetriebe müssen zunächst in Berechnungsmodelle zergliedert, dann berechnet werden. Maschine Kinematisches Schema - Beinhaltet alle relev. Abmessungen Modellbildung - Unterteilung in Berechnungsmodule (nach VDI 2729) DAN DDD DD Aufbau des Modells in SimulationX Parametrierung - Gliedlängen - Massen & Schwerpunktlagen - Drehzahl - Ergebnisgrößendefinition - Winkelverlauf ψ 61 - Antriebsmoment M 21-8 Stefan Heinrich M. Sc.

9 4. Modellierung ebener Mittels Kombination von Synthese- und Analysemodulen wird das Getriebe modelliert. Ausgangsgetriebe Maßsynthese Kinematik VDI 2729 Ergebnisgetriebe Zweilagensynthese DDS und 2x FGP Vierlagensynthese DDD und FGP Ausgangsgetriebe Ergebnisgetriebe Totlagensynthese DAN und DDD 9 Stefan Heinrich M. Sc.

10 4. Modulare Maßsynthese ebener Koppelgetriebe Sensitivitätsbetrachtungen helfen beim Finden der optimalen Position auf der Kreis- und Mittelpunktkurve. Nächster Schritt: Kinetostatik Welchen Einfluss hat die Synthese auf die Dynamik? 10 Stefan Heinrich M. Sc.

4. Modellierung ebener Mit den genäherten Masseparametern können kinetostatische Effekte untersucht werden. Ergebnisgetriebe Masseparameter Kinetost.

11 4. Modellierung ebener Mit den genäherten Masseparametern können kinetostatische Effekte untersucht werden. Ergebnisgetriebe Masseparameter Kinetost. VDI 2729 Ergebnisse Ausgangsgetriebe Ergebnisgetriebe Vereinfachte Körper Dreigelenkglied (Koppel, Pleul, Winkelhebel) Zweigelenkglied (Koppel mit zwei Drehgelenken) Module Zweischläge Module Krafteinleitung Module Leistungsbilanz Gestellpunkte neu Gestellpunkte Start Schubgerade Ausgangsgetriebe Mittelpunktkurve Kreispunktkurve Kreis des Punktes A Bahnkurve des Punktes B Bahnkurve des Punktes C Glied 2 Glied 3 Glied 4 Glied 5 Glied 6 Glied 7 Glied 8 Momente & Kräfte Frequenzanalysen (FFT) Leistungssumme Gelenkkräfte Sensitivitätsstudie mgl Stefan Heinrich M. Sc. Abtriebshub [mm] Verlauf des Schieberhubes Glied 8 Bspw. M

12 4. Modellierung ebener Sensitivitätsbetrachtungen dienen nun der Suche nach dem kinetostatisch günstigsten Getriebe. 12 Stefan Heinrich M. Sc.

13 Zweilagensyn. Modulbasierte Untersuchungen ebener 5. Potenziale des gezeigten Ansatzes In Programmen wie SimulationX lassen sich die Module als Bibliothek implementieren. 2D-Bibliothek Koppelgetriebe (ab 3.7 inkludiert) Hilfsobjekte/Modellsteuerung Synthesemodule Vierlagensynthese (Totlagen und in bewegtem Bezugssystem) 13 Stefan Heinrich M. Sc.

Programme wie SimulationX bieten eine Plattform für eine modulbasierte ganzheitliche Synthese.

14 5. Potenziale des gezeigten Ansatzes Der Schlüssel zum Erfolg der Modulmethode liegt in der Vereinfachung der Berechnung. Viele kleine Module sind besser, als ein großes allumfassendes Programm KIS (keep it simple). Programme wie SimulationX bieten eine Plattform für eine modulbasierte ganzheitliche Synthese. Dynamische Effekte in Mechanismen können nicht rein kinematisch abgehandelt werden. Ausgangsgetriebe Synthese Analyse Optimierung 14 Stefan Heinrich M. Sc.

15 Koppelgetriebe in SimulationX 8. Anwendertreffen SAXSIM (SAXon SImulation Meeting) Professur Montage- und Handhabungstechnik Prof. Dr.-Ing. Maik Berger Tel: +49 (0) Fax: +49 (0) Technische Universität Chemnitz Fakultät für Maschinenbau Professur Montage- und Handhabungstechnik Reichenhainer Straße 70 D Chemnitz Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit E N D E Professur Montage- und Handhabungstechnik / TU Chemnitz stefan.heinrich@mb.tu-chemnitz.de +49 (0) Stefan Heinrich M. Sc.

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