Explizite dynamische Analyse der Vibrationen der Seiten einer Waschmaschine

Wegen fortgeschrittener Werkzeuge und immer effektiven Computern wurde die Überprüfung der Funktionalität eines Produktes im Voraus zu einer Routineaufgabe. Bevor der Produktentwicklungsprozess abgeschlossen wird, können praktisch alle potentielle Lastfälle überprüft werden und folglich die Entwicklungsrisiken wesentlich gesenkt werden. Die folgende Fallstudie zeigt die dynamische Analyse eines komplexen Produkts (Waschmaschine), bei dem der Kunde die Vibrationen der Maschine optimieren wollte.

Problemstellung

  • TECOS Študije primerov: Gorenje PS10 dinamična analiza vibracij ohišjaVibrationen der Waschmaschine sind zu stark; der Wunsch war, vier verschiedene Formen der Seitenteile der Maschine und deren Auswirkung auf die Vibrationen zu vergleichen;
  • die Abteilung für Industriedesign schlug eine alternative Form vor;
  • explizite dynamische Analysen waren erforderlich, die der Kunde selbst nicht durchführen kann;
  • eine Vereinfachung des mathematischen Models des Problems ist erforderlich, um die Berechnungszeit zu verkürzen.

 

Lösung

Die folgenden Schritte wurden beim Kunden realisiert:

  • Bestimmung der Elemente, die sich am stärksten auf die dynamische Festigkeit der Waschmaschine auswirken;
  • Entwicklung eines mathematischen (numerischen) Models der Waschmaschine – die dynamische Festigkeit der Waschmaschine wird von der am meisten von der Wascheinheit beeinflusst;
  • Realisierung einer dynamischen Analyse der Eigenfrequenz und verschiedener Formend der Seitenteile des Waschmaschinenrahmen;
  • Realisierung einer expliziten dynamischen (zeitabhängigen) Analyse, in der die dynamische Reaktion des Waschmaschinenrahmens während der Funktion der Wascheinheit mit exzentrischem Gewicht analysiert wurde.
Endergebnis: Wir prognostizierten, dass die rigideste Form des Seitenteils der Waschmaschine die Vibrationen während einer bestimmten Funktion am stärksten abschwächt.

 

Zweck und Vorteile für den Endkunde

  • Verringertes Risiko während der Entwicklungsphase, weil die Analyse der Funktionalität des Models im Voraus durchgeführt wurde;
  • Hilfe beim Entscheidungsprozess wegen des detaillierten Einblicks in das Thema;
  • Entlastung des R&D-Teams des Kunden von der Angelegenheit, die von den täglichen R&D-Aufgaben abweicht;
  • Kurze Reaktionszeit und glaubwürdige Ergebnisse.

 

Die Bilder und zusätzliche Beschreibungen der einzelnen Phasen sind unten angeführt.

Bestimmung der Eigenfrequenzen

Zuerst wurde die linearen dynamischen Analysen der Eigenfrequenzen und der verschiedenen Formen der Seitenteile des Waschmaschinenrahmens durchgeführt (Bild 1). Diese Analysen helfen die Eigenfrequenzen der verschiedenen Rahmen und potentiellen ungünstigen Korrelationen zwischen den Eigen- und Betriebsfrequenzen der Wascheinheit zu bestimmen- solche Korrelationen können einen resonanten Zustand oder eine wesentliche Lasterhöhung des Rahmens der Waschmaschine verursachen. Indem kritische Bereiche prognostiziert wurden, wurde die Eignung der verschiedenen Rahmen der Maschinen überprüft im Hinblick auf die potentiell ungünstigen Funktionsregime.

TECOS študija primera:  Gorenje PS10 dinamična analiza - lastne frekvence in oblike ohišja

Bild 1: Analyse der Eigenfrequenzen und verschiedenen Formen des Waschmaschinenrahmens

Danach wurden die expliziten dynamischen (zeitabhängigen) Analysen durchgeführt, bei denen die dynamische Reaktion des Waschmaschinenrahmens während der Betreibung der Wascheinheit mit exzentrischem Gewicht analysiert wurde (Bild 2 zeigt das Modell im Betrieb). Diese Analysen wurden für die Beobachtung der Rigidität oder der Bewegungen des Waschmaschinenrahmens während des Betriebes benutzt (Bild 3). Somit konnten wir vor der Herstellung die rigideste Form der Seitenteile der Waschmaschine prognostizieren, die die Vibrationen der Wascheinheit während einer bestimmten Funktion am stärksten abschwächt.

 

TECOS študija primera: Gorenje PS 10 - vrtenje pralne grupe 

Bild 2: Illustration der Drehung und der Bewegungen der Wascheinheit und Reaktion im Laufe der Zeit

 

TECOS študija primera: Gorenje PS 10 - nihanje različnih oblik stranic ohišja pralnega stroja

Bild 3: Die geeignetste Form des Seitenteils ist klar ersichtlich (obere rechte Ecke, alle Maßstäbe sind gleich).

 

Schlussfolgerungen

Simulationen in fortgeschrittenen CAE-Softwarepaketen wie Abaqus ermögliche uns einen gründlichen Einblick in die Bedingungen während des Betreibung eines Produkts. Durch eine detaillierte Aufzeichnung der Auswirkungen der Umgebung (Temperaturfeld, Vibration, Wind, periodische ungünstige Lastfälle etc.), der Interaktion der Komponenten (Bewegung, Kräfte, Reibung, Kontaktprobleme etc.), verschiedener physikalischer Phänomene (z.B. Heizung mit Strom, Wärmeleitung etc.), der Materialeigenschaften (Material oder geometrische Nichtlinearitäten, Mehrkomponenten-Materialien, faserverstärkte Polymere, Kriecheigenschaften etc.) und potentieller dynamischer Betriebsbedingungen (zyklische Belastungen, größere Bewegungen etc.) kann ein komplexes numerisches Modell des Problems entwickelt werden, das die tatsächlichen Bedingungen mit ausgezeichneter Genauigkeit untersucht.

Der Hauptvorteil der Benutzung einer solchen Simulation wird deutlich, wenn das numerische Modell des Produkts erstellt wird. Verschiedene Kombinationen von Belastungen, die in der Praxis selten auftreten, können schnell auf das Produkt appliziert werden. Damit werden die ungünstigsten Betriebsbedingungen gesucht und die Reaktion des Systems beobachtet, z.B. Deformationen, Eigenspannung etc. Was wichtiger ist, ist die Tatsache, dass das Produkt aufgrund der Resultate optimiert werden kann, z.B. kann Material in den Bereichen zugefügt werden, wo es fehlt, oder dort entfernt werden, wo es zu viel davon gibt.

Im vorliegenden Fall konnten wir den Betrieb der Waschmaschine mit verschiedenen Formen des Rahmens darstellen. Der Kunde konnte sich somit leichter entscheiden, welche die geeignetste Form des Rahmens ist. Wahrscheinlich war der wichtigste Aspekt des Verfahrens, dass die Werkzeugdesigner, die Ingenieure, Designer und Marketing-Abteilung eine für die Entscheidungsfindung erhielten, weil sie sehen konnten, wie sich ihre Entscheidung auf das Endprodukt auswirkt.

 

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