Analyse und Optimierung der Maschinenvibrationen an einem Tribometer

In der vorliegenden Arbeit wird die strukturdynamische Optimierung eines Prüfstands des Labors für Tribologie an der Montanuniversität Leoben untersucht. Der Prüfstand dient der Durchführung tribologischer Versuche und ist mit einem Elektromotor ausgestattet, der Drehzahlen bis zu 8.000 U/min ermöglicht. Aufgrund unzureichender strukturdynamischer Auslegung konnte das volle Leistungspotential des Motors bislang nicht ausgeschöpft werden. Zur Identifikation der dynamischen Eigenschaften des bestehenden Systems wurde zunächst eine experimentelle Modalanalyse durchgeführt. Auf Basis der gewonnenen Daten wurde ein Finite-Elemente-Modell (FEM) erstellt, welches durch Abgleich mit den experimentellen Ergebnissen validiert wurde. Anschließend erfolgte eine schrittweise strukturelle Optimierung des Modells mit dem Ziel, Eigenfrequenzen im Bereich bis 133Hz zu vermeiden. Die daraus abgeleitete Lösung wurde konstruktiv umgesetzt, gefertigt und in den realen Prüfstand integriert. Eine erneute experimentelle Modalanalyse am modifizierten Prüfstand bestätigte die Ergebnisse der numerischen Simulationen und belegte die Wirksamkeit der entwickelten strukturellen Versteifungen. Die modulare Bauweise der Verstärkungsmaßnahmen erlaubt eine flexible Anpassung an unterschiedliche Versuchsszenarien. Abschließend wurde eine Empfehlung erarbeitet, welche Module in Abhängigkeit der jeweils durchzuführenden Versuchstypen zum Einsatz kommen sollen. Die Arbeit belegt die hohe Übereinstimmung zwischen numerischer Simulation und experimenteller Validierung und demonstriert die Effektivität der entwickelten strukturdynamischen Optimierungsmaßnahmen.