Периодические движения происходят очень часто в технике. Механические вибрации в понимании вибраций представляют особый интерес при проектировании компонентов. Некоторые из них желательны, например, для вибрационных конвейеров. Тем не менее, благодаря все возрастающей потребности в облегченной конструкции, компоненты становятся более тонкими и более подверженными вибрации. В результате сокращается срок службы, повышается звуковое излучение, снижается функциональность и удобство использования. Чтобы уменьшить эти эффекты, необходимо уменьшить вибрации.
Уменьшение вибраций за счет демпфирования в настоящее время требует использования специальных демпфирующих элементов. Они обычно должны быть установлены на дополнительном этапе сборки в технической системе и, таким образом, требуют дополнительного места для установки, а также более высоких затрат на изготовление и сборку. По этой причине следует стремиться к функциональной интеграции демпфирующих структур в компоненты, нагруженные вибрацией. Обычные производственные процессы достигают своих пределов здесь. Увеличивающаяся сложность компонентов приводит к более высоким затратам на производство в обычных производственных процессах.
Картинная галерея
Аддитивное производство обеспечивает функциональную интеграцию
Благодаря многослойной структуре компонентов и отсутствию формообразующих инструментов, процессы аддитивного производства предоставляют большую свободу в разработке компонентов, подлежащих изготовлению. Таким образом, сложные компоненты с полостями внутри конструкции могут быть изготовлены экономично. Различные процессы производства аддитивных процессов производства имеют разные свойства. В производственных процессах на основе порошка, таких как лазерное спекание (LS) или плавление лазерного луча (LBM), используется порошкообразный исходный материал. Это также служит дисперсным материалом поддержки в процессе производства, который обычно отделяется от компонента после процесса производства. [1]
Сочетание свободы проектирования с технологическими свойствами процессов аддитивного производства позволяет функционально интегрировать демпфирующие структуры в компоненты. Для этой цели порошкообразный исходный материал можно оставить в полостях внутри компонента и действовать там как демпфер частиц. [2,3]
Уменьшить звуковое излучение в тормозных системах
Электромагнитные пружинные тормоза используются во многих системах привода для замедления и удержания. Для этого при соединении (приведении в действие тормоза) диск якоря прижимается к ротору с помощью тормозных колодок, которые могут перемещаться в осевом направлении на валу с помощью пружин сжатия (см. Рисунок 1). Это прижимается к корпусу двигателя, и тормозной момент создается через фрикционное соединение. Тормоз отпускается (тормоз отпускается) через электромагнит, который снимает диск якоря с ротора. При соединении якорный диск воздействует на ротор импульсным способом. Это стимулирует вибрации в тормозной системе, которые приводят к нежелательному звуковому излучению. Для уменьшения этого звукового излучения целесообразно введение демпфирующих элементов. Для этого в настоящее время используются дополнительные демпфирующие элементы. [4]
Эти дополнительные демпфирующие элементы характеризуются повышенными затратами на изготовление и сборку. С точки зрения функциональной интеграции и сокращения количества этапов изготовления и сборки следует стремиться к прямой интеграции демпфирующих конструкций. Использование потенциала процессов аддитивного производства для интеграции демпферов частиц обещает улучшения.
Диск якоря с дополнительным изготовлением с функцией демпфирования
Рассматривается пружинный тормоз с номинальным крутящим моментом 80 Нм и диаметром якоря диска 190 мм и толщиной якоря диска 10 мм. Чтобы интегрировать демпфирующую функцию в диск якоря, была вставлена сегментированная полость, состоящая из восьми отдельных камер (см. Рисунок 2). Усиление в местах винтовых соединений улучшает поглощение ударных сил при сцеплении тормоза. Производство осуществлялось с помощью системы лазерного плавления типа SLM280HL из нержавеющей стали 316L (1.4404).
Использование немагнитного материала из нержавеющей стали делает невозможным исследование обычного пружинного тормоза с магнитным приводом, так как диск якоря должен был притягиваться электромагнитом для отпускания (отпускания тормоза). Вновь разработанная функциональная модель была использована для отпускания тормоза с использованием механических принципов. Для экспериментального определения характеристик демпфирования были проведены измерения уровня звукового давления в процессе переключения пружинного тормоза. Сравнение уровня звукового давления тормоза с обычным диском якоря без функции демпфирования с уровнем звукового давления аддитивного диска якоря с интегрированной функцией демпфирования дает информацию о демпфирующем поведении.
Снижение шума переключения было подтверждено
Измерения звукового давления проводились с помощью измерителя уровня звука на расстоянии 1 м от тормоза. Частотный фильтр с характеристикой C был использован для оценки фактического уровня звукового давления [5]. Статистическая проверка выполняется пятью измерениями за операцию переключения.
Звуковое излучение, когда пружинный тормоз был соединен, можно уменьшить в среднем на 7,86 дБ (C), добавив демпфирующие частицы с аддитивным покрытием к диску якоря (см. Рисунок 3). Это подчеркивает применимость аддитивно изготовленных демпферов частиц на практике. Несмотря на большой разброс измеренных значений для якорного диска аддитивного производства, испытания подтвердили субъективно ощутимое снижение шума переключения. Разброс измеренных значений может быть объяснен затвердеванием порошка от вибраций. Дальнейшие исследования запланированы для этого.
литература
[1] Гебхардт, А.: Генеративный производственный процесс: Аддитивное производство и 3D-печать для создания прототипов; Инструментальное; Производство, 1-е изд., Ред. Карл Хансер Фахбухверлаг, 2013, с. 672.
[2] Künneke, T., Zimmer, D.: Функциональная интеграция демпфирующих конструкций аддитивного производства с изгибными вибрациями, в: Компоненты и конструкции, изготовленные с добавкой. 1-я конференция рабочей группы DVM "Компоненты и конструкции добавочного производства", Берлин. 02.-03.11.2016, с. 61-74.
[3] Künneke, T., Zimmer, D.: Функциональная интеграция демпфирующих конструкций аддитивного производства с изгибными вибрациями, в: Аддитивное производство компонентов и конструкций, Springer Vieweg Verlag, ISBN 978-9-658-17779-9, Wiesbaden, 2017, pp. 151-160.
[4] Веккер М. Вклад в снижение шума на пружинных тормозах. Der Andere Verl., Uelvesbüll, 2013, стр. 139.
[5] DIN EN 61672-1. Электроакустика. Измерители уровня звука. Часть 1. Требования, вып. 17.140.50, Берлин, 2014.
* Томас Кюннеке (магистр наук), профессор, доктор технических наук Детмар Циммер, кафедра строительной и приводной техники, а также Исследовательский центр прямого производства, Университет Падерборн