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Bei der Entwicklung komplexer Systeme – zum Beispiel Werkzeugmaschinen, Getriebe oder komplette Antriebsstränge – müssen Fragen zur Lauffähigkeit des Systems, zu auftretenden Belastungen sowie daraus resultierenden Eigenschaften wie Laufruhe oder Haltbarkeit beantworteten werden. Solche Aufgaben werden mit Software für die Mehrkörpersimulation (MKS) wie ANSYS Motion erledigt.

Besondere Stärken von ANSYS Motion sind:

  • sehr schneller Löser
  • verwenden von starren und flexiblen Körpern
  • effizienten Kontakte
  • spezielle Maschinenelemente (Zahnräder, Ketten und Riemen)
  • Bibliothek mit Lagerelementen

 

 

 

Kontakt

Oliver Siegemund
0371 / 334262-15
osiegemund@cadfem.de

Anwendungsfall: Systemverhalten eines Kettentriebes

In komplexen Systemen ist nicht nur die Bewegung einzelner Bauteile, sondern vor allem ihr Zusammenspiel in der Baugruppe wichtig. Wie beeinflussen Lagersteifigkeiten das Systemverhalten? Wie ist das Übertragungsverhalten? Diese Fragen werden mit ANSYS Motion beantwortet. Dabei werden sowohl einzelne Betriebszustände (definierte Drehzahl) als auch ein kompletter Hochlauf (Drehzahlbereich) simuliert und untersucht. Das ergibt ein realistisches Gesamtbild auf das System und dessen dynamisches Verhalten.

Anwendungsfall: Festigkeit und Lebensdauer

Die Untersuchung der Festigkeiten und Lebensdauer von Bauteilen ist eine der häufigsten Aufgaben von Berechnungsingenieuren. Bei Systemen, die dynamischen Lasten unterliegen, werden immer wieder „Ersatzrechnungen“ (Statik, harmonische Analyse, etc.) angestrebt, um Rechenzeiten zu verkürzen. Diese Annahmen sind aber nur bedingt realistisch.

Mit ANSYS Motion werden nichtlineare dynamische Simulationen in kurzer Zeit durchgeführt. Dadurch können an Stelle von dynamischen Ersatzlasten tatsächliche Lastkollektive im Zeitbereich ermittelt werden. Diese realen Lastkollektive bilden dann die Basis für weiterführende Berechnungen, zum Beispiel zur Lebensdauer.

Anwendungsfall: Noise-Vibration-Harshness (NVH)

Mit ANSYS Motion lassen sich im NVH-Bereich (Noise-Vibration-Harshness) auf einfache Weise Zahnräder direkt modellieren. Durch Eingabe der üblichen Zahnradparameter werden in kürzester Zeit komplette Getriebestufen erzeugt. Daraus lässt sich ein detailliertes CAD-Modell erstellen, das als Grundlage zur Analyse des Abrollverhaltens und der damit verbundenen Kontaktsituation entscheidend ist. Automatisch durchgeführte FEM Simulationen dienen zur Ermittlung der Kontaktsteifigkeit und werde als „Look-Up Table“ hinterlegt. So lassen sich die Vorteile der Starrkörpersimulation (schnell) und der FEM-Berechnung (Flexibilität) miteinander verbinden, um realistische Ergebnisse im Kontakt zu erhalten und das Verhalten des Gesamtsystems zu untersuchen

 

 

Mit den Reaktionskräften werden dann die notwendigen Antriebsmomente zum Beispiel für die Motorauslegung bestimmt. Da Lagersteifigkeiten, flexible Wellengeometrien und Mikroparameter der Zahnräder (Zahnflanken) berücksichtigt werden, lässt sich das Kämmverhalten beurteilen. Beispielsweise kann der dynamische Winkelfehler bestimmt werden (dynamic peak-to-peak transmission error, PPTE). Da auch flexible Gehäusegeometrien verwendbar sind, können nicht nur Nachgiebigkeiten und deren Einfluss auf das Systemverhalten berücksichtigt werden, sondern auch Schwingungen der Gehäuseoberfläche lassen sich ermitteln. Diese Schwingungen sind eine Ursache für Körperschall und können dementsprechend optimiert werden.

 

ANSYS Motion Toolkit

In der Basis-Lizenz von ANSYS Motion sind alle wichtigen Funktionen für die allgemeine Mehrkörpersimulation enthalten. Damit lassen sich starre und flexible Bauteile in komplexen Kontaktsituationen berechnen. Für CO-Simulationen ist ein MATLAB-Simulink Interface verfügbar. Ebenso lassen sich standardisierte FMUs (Functional Mock-up Unit) erzeugen, um ein System zum Beispiel im ANSYS Twin Builder einzubinden. Als zusätzliche Erweiterung stehen spezielle Pakete (Toolkits) zur Verfügung, um beispielsweise Antriebskomponenten, Ketten oder Riemen zu erstellen bzw. zu verwenden.

eCADFEM – Simulation on Demand

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