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Simulation von Haftgleitung und Reibschwingung
Die Schleifring GmbH wandte sich an CADFEM, um elektrische Gleitkontakte mittels Simulation zu untersuchen zur Vermeidung von unerwünschten Schwingungen.

Haftgleitung und andere reibungsindizierte Schwingungen

Branche: Maschinen- und AnlagenbauFachgebiet: Strukturmechanik

Die SCHLEIFRING GmbH untersuchte mit Unterstützung von CADFEM und Ansys-Simulationstools die für Erregungsmechanismen relevanten Faktoren bei einem elektrischen Gleitkontakt, um unerwünschte Schwingungen zu vermeiden, die bei Reibung entstehen können.

Zusammenfassung

Aufgabe

 Ein elektrischer Gleitkontakt ist auf einen stabilen Gleitkontaktzustand ohne Schwingungsinstabilitäten angewiesen. Das bedeutet, dass der stationäre Gleitzustand gegenüber kleinen Störungen für den gegebenen Satz von Reibungsparametern stabil bleiben muss.

Lösung

Nachdem der anfängliche stationäre Reibungszustand in einer nichtlinearen statischen Kontaktanalyse gelöst wurde, wurden einige der wichtigsten Phänomene der Reibungsinstabilität untersucht.

Kundennutzen

CADFEM gelang es, eine aufschlussreiche Simulationsumgebung für das Schwingungsverhalten des elektrischen Gleitkontakts umzusetzen. Es konnten die drei Einflussfaktoren Moduskopplung, Haftgleiteffekt und negative Dämpfung aufgrund von geschwindigkeitsabhängiger Reibung mittels Simulation eingehend untersucht werden.

Projekt Details

Aufgabenstellung

Selbsterregte reibungsinduzierte Schwingungen treten in verschiedenen technischen Anwendungen auf. Typische Beispiele sind lästige Geräuschprobleme, wie sie bei quietschenden Bremsen, Eisenbahnrädern oder Türscharnieren auftreten. Darüber hinaus kann der gleiche Mechanismus aufgrund der inhärenten Instabilität der Schwingungen sogar zu Funktionsstörungen führen. Ein elektrischer Gleitkontakt ist beispielsweise auf einen stabilen Gleitkontaktzustand ohne Schwingungsinstabilitäten angewiesen. Das bedeutet, dass der stationäre Gleitzustand gegenüber kleinen Störungen für den gegebenen Satz von Reibungsparametern stabil sein muss.


Nutzen für den Kunden

CADFEM gelang es, eine aufschlussreiche Simulationsumgebung für das Schwingungsverhalten des elektrischen Gleitkontakts umzusetzen. Es konnten die drei Einflussfaktoren Moduskopplung, Haftgleiteffekt und negative Dämpfung aufgrund von geschwindigkeitsabhängiger Reibung mittels Simulation eingehend untersucht werden.


Lösung

Nachdem der anfängliche stationäre Reibungszustand in einer nichtlinearen statischen Kontaktanalyse gelöst wurde, wurden einige der wichtigsten Phänomene der Reibungsinstabilität untersucht:

  • Moduskopplungsinstabilität: Zwei ursprünglich getrennte Moden fallen bei zunehmender Reibung zusammen und tauschen Energie aus, so dass ein Modus gedämpft und der andere angeregt wird. Dies geschieht mit Hilfe einer komplexen Modalanalyse, die die unsymmetrische Steifigkeitsmatrix berücksichtigt.
  • Haftgleit- oder Stick-Slip-Effekt: Ein Wechsel von haftenden- und gleitenden Phasen führt zum typischen Sägezahnverhalten, wie es auf dem abgebildeten Diagramm zu sehen ist. Eine nichtlineare transiente Analyse, mit geeigneten Kontakteinstellungen und einer geeigneten Zeitschrittstrategie, ist hier erforderlich.
  • Negative Dämpfung für einige Modi aufgrund des abnehmenden geschwindigkeitsabhängigen Reibungsgesetzes. Eine nichtlineare transiente Analyse ergibt ein ansteigendes harmonisches Verhalten (siehe abgebildete Diagramme).

Bilder: © SCHLEIFRING


Head of Professional Development
Dr.-Ing. Marold Moosrainer

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