Studienabschlussarbeiten

Diese Arbeit befasst sich mit der Modellierung und dynamischen Simulation eines theoretischen Referenzmodellsoretischen Modells [7]. Das Studienmodell, das einer zweidimensionalen Tensegrity-Struktur entspricht, wurde in [7] am Lehrstuhl für Technische Mechanik der Technischen Universität Ilmenau veröffentlicht. Leider wurde festgestellt, dass das Referenzmodell während der Simulation nicht wie geplant funktionierte, da die Simulation in einer dreidimensionalen Umgebung durchgeführt wurde, wie in 3.1 beschrieben. Infolgedessen passte sich das Referenzmodell nicht an, da die Kräfte nicht ausreichten, um die dritte Dimension zu erhalten. Infolgedessen wird ein neues Modell mit der gleichen Anzahl von Zug- und Druckstäben, aber einer anderen Form und Geometrie erstellt. Um die fehlende Stabilität zu erreichen, hat die neu entwickelte Form drei Kontaktpunkte mit dem Boden. Zunächst wurden zwei Gleichgewichtszustände festgelegt, zwischen denen das Modell wechseln sollte. Anschließend wird die Konstruktion mit einem Softwareprogramm von Alaska modelliert, um das dynamische Verhalten der Struktur zu analysieren. Alle Verfahren zur Entwicklung des Modells werden werden in diesem Papier als die Prinzipien der Kontaktmechanik und die Berechnungsweise von Alaska beschrieben. Die Längen der Federn werden mit Hilfe von Funktionen mit linearer Zeit verändert, um die Kippsequenz zu erreichen. Auf diese Weise konnten wir die Federkräfte kontrollieren. Diese Forschung führte zu einer Kippsequenz, die auf zwei Gleichgewichtszuständen basiert, die in einer Schleife wiederholt werden, um eine ununterbrochene einachsige Bewegung zu erzeugen. In dieser Arbeit werden die daraus resultierenden kinematischen Informationen aufgezeichnet und dokumentiert. Der Reibungskoeffizient wird geändert, um das Verhalten des Modells in verschiedenen experimentellen Situationen zu untersuchen. Situationen zu untersuchen. Auch die kinetischen Ergebnisse werden aufgezeichnet

Untersuchungen haben gezeigt, dass das Hinzufügen nachgiebiger Elemente zu den Robotergelenken die Energieeffizienz des bipedalen Roboters steigern kann, wobei nichtlineare elastische Elemente besser als lineare elastische Elemente sind. Diese Arbeit befasst sich auf drei Synthesen von Mechanismen unter Hinzufügen von nachgiebigen Elementen( Gelenk mit gebeugten elliptischen nachgiebigen Element , Elliptische Nachgiebige Element als Gelenk und Elliptische Nachgiebige Element als Gelenk und mit gebeugten elliptischen nachgiebigen Elementen ). Unter Verwendung des Euler-Bernoulli-Balkens als Modell wurde die Programmiersoftware verwendet, um die von den drei Mechanismen erzeugten Momentkennlinien für Drehwinkel zwischen -0,4 und 0,4 rad zu berechnen. Nachgiebige Mechanismen, eine neu entstehende disziplinäre Richtung in der Mechanismusforschung, decken ein sehr breites Spektrum an Themen ab. Obwohl in diesem Arbeit einige Simulationen zu dem Thema durchgeführt wurden, sind aufgrund der kurzen Zeit weitere Forschungen in den folgenden Bereichen erforderlich: 1. Für die Untersuchung nachgiebiger Elemente konzentriert sich dieser Arbeit nur auf ein ellptische nachgiebige Element und versäumt es, eine vergleichende Analyse der Leistung anderer nachgiebiger Element mit komplexeren Strukturen durchzuführen. 2. Für den Analyseteil wurde nur eine einfache Simulationsanalyse dafür durchgeführt, und bei der Simulation wurde nur die Wirkung von verschiedene Mechanismen auf die Momente berücksichtigt, während die Wirkung von wie z.B die Abmessungen auf die Elemente nicht berücksichtigt wurde. 3. Aufgrund der Bedingungen wurden in diesem Arbeit nur theoretische Analysen und Simulation durchgeführt, und es wurde keine angewandte Forschung dazu durchgeführt. Die neue Sachen müssen den Naturgesetzen entsprechen, um sich entwickeln zu können. Die Entwicklung der Maschinen von reiner Steifigkeit zu einer Kombination aus Steifigkeit und Flexibilität entspricht genau den Naturgesetzen. Die überwiegende Mehrheit der Lebewesen (einschließlich des Menschen) besteht aus einer Mischung aus Starrheit und Flexibilität, wobei der gesamte Körper eine komplexer, flexibler Körper. Obwohl viele praktische Produkte mit nachgiebigen Strukturen in Übereinstimmung mit diesem Naturgesetz entworfen wurden, wie z. B. Flatterflugzeuge, ist die Entwicklung nachgiebiger Mechanismen bei weitem nicht ausreichend und viele Probleme müssen noch gelöst werden. Nachgiebige Mechanismen haben eine vielversprechende Zukunft, aber sie stehen auch vor vielen Herausforderungen und erfordern weitere gründliche Forschung. Diese Arbeit befasst sich auf drei Synthesen von Mechanismen unter Hizufügen von nachgiebigen Elementen( Gelenk mit gebeugten elliptischen nachgiebigen Element , Elliptische Nachgiebige Element als Gelenk und Elliptische Nachgiebige Element als Gelenk und mit gebeugten elliptischen nachgiebigen Elementen ). Unter Verwendung des Euler-Bernoulli-Balkens als Modell wurde die Programmiersoftware verwendet, um die von den drei Mechanismen erzeugten Momentkennlinien für Drehwinkel zwischen -0,4 und 0,4 rad zu berechnen.

Die Zeitanzeige der Turmuhr des Heimatmuseums in Dröbischau erfolgt über ein historisches mechanisches Uhrwerk. Dieses wird nach derzeitigem Stand durch regelmäßiges manuelles Aufziehen am Laufen gehalten. Durch eine Automatisierung soll der Bediener von der körperlichen Routinearbeit entlastet werden. Dazu wird im Rahmen dieser Arbeit ein Antriebssystem entwickelt, mit dem der Uhrenaufzug selbstständig und zuverlässig erfolgen kann, ohne die Funktionsfähigkeit des bisherigen Uhrwerks zu beeinträchtigen. Zunächst wird eine Bestandsaufnahme durchgeführt, auf deren Basis anschließend die Definition der Anforderungen an das System erfolgt. Im Zuge des weiteren Entwicklungsprozesses werden geeignete Konzepte und Umsetzungen für die Aktorik, Sensorik und Steuerung des Antriebssystems erarbeitet. Um den Ablaufmechanismus des Uhrwerks durch den Antrieb nicht zu blockieren, wird eine Schleppscheibenkupplung entwickelt, die eine Verzögerung der Drehbewegungsübertragung ermöglicht. Der Aufbau eines Funktionsmodells gewährt eine Veranschaulichung des gewählten Konzepts und ermöglicht den Nachweis der Funktionsfähigkeit. Durch eine kritische Betrachtung des Ergebnisses werden Erkenntnisse über die Eignung des entwickelten Antriebs gewonnen. Dabei wird ersichtlich, dass die erarbeitete Konstruktion die definierten technischen und wirtschaftlichen Festanforderungen erfüllt. Sofern auch ein anschließender Langzeittest erfolgreich überstanden wird, steht einer Umsetzung des Antriebs am Uhrwerk mit der vorgeschlagenen Entwicklung nichts entgegen.

Als nachgiebiger Mechanismus wird ein System bezeichnet, dessen Beweglichkeit vorrangig oder ausschließlich durch dessen Nachgiebigkeit bestimmt wird. Diese Nachgiebigkeit wird heutzutage nicht mehr nur als Nachteil aufgefasst, sondern wird in vielen Anwendungsbereichen gezielt eingesetzt. So gewinnen nachgiebige Mechanismen sowohl in der Forschung als auch in der Industrie zunehmend an Stellenwert. Während bei der statischen Analyse solcher Mechanismen in den letzten Jahren viele Fortschritte gemacht wurden, wurde das dynamische Verhalten bisher vergleichsweise wenig erforscht. Ziel dieser Masterarbeit ist es, die dynamische Analyse von nachgiebigen Mechanismen durch die Berechnung von Eigenfrequenzen voranzutreiben. Bisher ist deren Ermittlung nur mit zeitaufwändigen 3D-FEM-Simulationen oder über Starrkörpermodelle und Lagrange-Gleichungen möglich. Auf Basis einer analytischen Methode wird ein Algorithmus entwickelt, um die Berechnung der Eigenfrequenzen von nachgiebigen Mechanismen zu vereinfachen und zu beschleunigen. Es werden vollständige oder teilweise nachgiebige Mechanismen mit konzentrierter und/oder verteilter Nachgiebigkeit im dreidimensionalen Raum betrachtet. Das zu untersuchende System soll dabei aus einer beliebigen Anzahl an stabförmigen elastischen Segmenten zusammengesetzt sein, die miteinander verbunden und monolithisch gefertigt sind. Außerdem wird eine grafische Benutzeroberfläche entwickelt, die es ermöglichen soll, die Erstellung und die Berechnung des Systems möglichst zeiteffizient zu bewerkstelligen. Eine Verifizierung der Ergebnisse erfolgt durch 3D-FEM-Simulationen mit ANSYS Workbench und durch eine zusätzliche Validierung mit einem Experiment. Die Auswertung zeigt gute Übereinstimmungen mit den Referenzmodellen. Die Ergebnisse dieser Arbeit ermöglichen eine verlässliche und effiziente Berechnung der Eigenfrequenzen und dient der Erleichterung weiterführender Arbeiten hinsichtlich der dynamischen Analyse von nachgiebigen Mechanismen.

Diese Masterthesis behandelt die Untersuchung eines neuartigen Kettenfahrzeug-Laufwerks. Im Gegensatz zu konventionellen Kettenfahrzeug-Laufwerken, besitzt das hier betrachtete Laufwerk zwei Kettenmodule mit je zwei Antriebsrädern. In dieser Arbeit soll das Schwingungsverhalten sowie die Drehmomentverteilung untersucht werden. Die Untersuchung des Laufwerks erfolgt mittels Lagrange-Formalismus sowie der MKS-Software NX SimCenter 3D. Zunächst wird der Stand der Forschung in Bezug auf Kettenfahrzeug-Laufwerke und deren analytische Beschreibung mittels Lagrange näher erläutert. Im Anschluss daran werden wichtige Parameter des Kettenfahrzeuglaufwerks aufgenommen. Es wird die analytische Modellbildung mittels Lagrange-Formalismus folgen. Hierbei wird das Kettenfahrzeug-Laufwerk als Einmassenschwinger mit einem Massenträgheitsmoment beschrieben. Dieser wird hinsichtlich der Hub- sowie der Nickbewegung untersucht. Die Feder- und Dämpferelemente des vorderen Moduls werden zu jeweils einem Federdämpferbein zusammengefasst. Für das hintere Modul wird dies analog ausgeführt. Es werden jeweils das vordere und das hintere Federdämpferbein mittels Sinusfunktionen angeregt, um Unebenheiten des Untergrunds zu simulieren. Für die Modellbildung in NX SimCenter 3D werden sämtliche Bauteile des Laufwerks als Volumenkörper dargestellt. Diese werden mittels Drehgelenken, Schubgelenken und Federdämpferelementen gekoppelt. Die Ketten der jeweiligen Module werden mittels des Tools Discrete-Drivetrain modelliert. Die Federungs- sowie Dämpfungseffekte der Kette werden mittels des Befehls Buchse dargestellt. Für die Schwingungsanalyse wird das Laufwerkmodell mittels konstanten Geschwindigkeiten im Aufbau, den Laufrollen und den Antriebsrädern bewegt. Für die Drehmomentanalyse wird das vordere Antriebsrad mit einem linear ansteigenden Drehmoment angetrieben. Für die Parameterstudie für die Feder- sowie Dämpferparameter wird das analytische Modell verwendet. Hierbei werden die kritischen Geschwindigkeiten untersucht. Zudem wird der Amplitudenverlauf näher betrachtet. Für die Untersuchung der geometrischen Abmessungen wird die statische Vorspannung der Kette beleuchtet. Hierfür wird das Modell in NX SimCenter 3D verwendet. Es wird der Amplitudenverlauf der Nick- sowie der Hubbewegung analysiert. Im Anschluss wird die Geschwindigkeit des Laufwerks und die Geschwindigkeit des Antriebsrads in Bezug auf das aufgebrachte Drehmoment untersucht. Hierbei wird das Drehmoment untersucht, welches benötigt wird, um die Massenträgheit des Laufwerks zu überwinden und zu beschleunigen. Anhand der Ergebnisse der Parameterstudien werden die geforderten Feder- sowie Dämpferparameter für das Laufwerk abgeleitet. Weiterhin wird mittels der Drehmomentanalyse der Drehmomentbedarf des Laufwerks berechnet. Abschließend werden Forderungen für das Laufwerk und dessen Antrieb aufgestellt.