Численное моделирование электронно-лучевого плавления и оценка КПД электронного луча

В работе предложена численная модель процесса плавления порошков титановых сплавов в условиях селективного электронно-лучевого сплавления. Приводится сравнение результатов моделирования с экспериментальными данными по сплавлению порошков сплава ВТ6 методом электронно-лучевого плавления при аддитивном производстве деталей. Установлено, что тепловой КПД электронного луча составляет порядка 25%, а 75% энергии пучка теряется.A numerical model of the process of the melting of powders of a titanium alloy VT6 during selective electron-beam melting is proposed. Comparison of numerical results with experimental data on selective electron-beam melting at additive manufacturing of parts is provided. It is established that the thermal efficiency of electron beam is about 25% and 75% of the beam energy is lost

Анализ кинематических схем редуктора для привода подач буровой коронки горношахтного комбайна

Рассмотрены кинематические схемы передач с промежуточными телами качения, выполнен их структурный анализ, сравнительный анализ технических характеристик различных конструкций планетарного редуктора. Выбрана схема планетарного редуктора привода подач буровой коронки

Some Basis Function Methods for Surface Approximation

This thesis considers issues in surface reconstruction such as identifying approximation methods that work well for certain applications and developing efficient methods to compute and manipulate these approximations. The first part of the thesis illustrates a new fast evaluation scheme to efficiently calculate thin-plate splines in two dimensions. In the fast multipole method scheme, exponential expansions/approximations are used as an intermediate step in converting far field series to local polynomial approximations. The contributions here are extending the scheme to the thin-plate spline and a new error analysis. The error analysis covers the practically important case where truncated series are used throughout, and through off line computation of error constants gives sharp error bounds. In the second part of this thesis, we investigates fitting a surface to an object using blobby models as a coarse level approximation. The aim is to achieve a given quality of approximation with relatively few parameters. This process involves an optimization procedure where a number of blobs (ellipses or ellipsoids) are separately fitted to a cloud of points. Then the optimized blobs are combined to yield an implicit surface approximating the cloud of points. The results for our test cases in 2 and 3 dimensions are very encouraging. For many applications, the coarse level blobby model itself will be sufficient. For example adding texture on top of the blobby surface can give a surprisingly realistic image. The last part of the thesis describes a method to reconstruct surfaces with known discontinuities. We fit a surface to the data points by performing a scattered data interpolation using compactly supported RBFs with respect to a geodesic distance. Techniques from computational geometry such as the visibility graph are used to compute the shortest Euclidean distance between two points, avoiding any obstacles. Results have shown that discontinuities on the surface were clearly reconstructed, and th

Auslegung ebener Getriebe mit der Software Mechanism Developer (MechDev)

Das Institut für Getriebetechnik, Maschinendynamik und Robotik (IGMR) der RWTH Aachen University entwickelt aktuell die Software „Mechanism Developer“ (kurz MechDev) zur Analyse und Synthese ebener Mechanismen mit einem sowie mehreren Freiheitsgraden. Fokus der Entwicklung ist es, ein leistungsfähiges Tool für die Lehre und für die Produktentwicklung in der Praxis zu schaffen, welches sich neben seinem Leistungsumfang ebenso durch eine intuitive Bedienung auszeichnet. Dadurch soll die Benutzung auch denjenigen zugänglich gemacht werden, die keinen tieferen getriebetechnischen Hintergrund besitzen. Der vorliegende Beitrag stellt die Anwendung der Software in den Vordergrund. Dazu wird zunächst der aktuelle Funktionsumfang von MechDev zusammengefasst. Dieser umfasst die kinematische Analyse ebener Kurbelgetriebe bestehend aus Dreh- und Schubgelenken und Wälzgelenken sowie die kinetostatische Analyse zur Berechnung der Antriebsmomente aufgrund von Massenkräften, externen Kräften und Feder-Dämpfer-Elementen. Eine Berücksichtigung von Gelenkreibung ist dabei ebenfalls möglich. Darüber hinaus bietet MechDev die Funktion, durch Vorgabe von Bewegungen auch komplexe Kurvengetriebe zu synthetisieren bzw. anhand einer importierten Kurvenscheibengeometrie das Kurvengetriebe zu analysieren. Die Bewegungsvorgabe, welche die Grundlage der Synthese von Kurvengetrieben darstellt, kann ebenso zum Bewegungsdesign von Servomotoren verwendet werden. Des Weiteren ist sowohl die Entwicklung und Analyse von Räder- und Räderkoppelgetrieben möglich. Im Anschluss wird der Funktionsumfang sowie weitere Features anhand eines Anwendungsfalls (Schneidgetriebe) präsentiert. Der Beitrag beinhaltet den kompletten Prozess der Auslegung von der Definition des Getriebes in MechDev bis hin zur interaktiven Optimierung des Antriebsmoments.The Institute of Mechanism Theory, Machine Dynamics and Robotics (IGMR) at RWTH Aachen University is currently developing the software 'Mechanism Developer' (MechDev for short) for the analysis and synthesis of planar mechanisms with one and several degrees of freedom. The focus of the development is to create a powerful tool for teaching and for product development in practice, which is characterized not only by its performance but also by its intuitive usability. Thereby, the use should also be made accessible to those who do not have a deeper mechanism theory background. This article focuses on the application of the software. For this purpose, the current functionality of MechDev is summarized first. This includes the kinematic analysis of planar mechanisms consisting of rotary and prismatic joints and roller joints as well as the kinetostatic analysis for the calculation of drive torques due to inertia forces, external forces and spring-damper elements. Consideration of joint friction is also possible. In addition, MechDev offers the function to synthesize even complex cam gears by specifying motions or to analyze the cam mechanism based on an imported cam geometry. The motion specification, which is the basis for the synthesis of cam mechanisms, can also be used for the motion design of servo drives. Furthermore, both the development and analysis of linkages and mechanisms containing pairs of gears is possible. Subsequently, the functional range as well as further features are presented based on a use case (cutting gear). The paper includes the complete design process from the definition of the gearbox in MechDev to the interactive optimization of the drive torque

Flexibilisierung von Verarbeitungsprozessen mittels servogesteuerter Kurvengetriebe

In der Verpackungsindustrie werden Becher und Schalen u.a. mittels Druckluftformautomaten aus Folienbahnen geformt. Die Kiefel GmbH ist Hersteller solcher Anlagen zum Umformen aus Kunststoffhalbzeugen mittels Warmumformprozessen. Die Herausforderung an die Bewegungstechnik besteht bei diesem Prozess darin, die Taktzeiten möglichst gering zu halten und somit die Produktionsrate zu erhöhen. In der KTR Baureihe der Kiefel GmbH wird die Werkzeugbewegung hauptsächlich über zwei Komponenten bestimmt. Die Geometrie der Bewegungsbahn wird über Kurvenscheiben vorgeschrieben. Der zeitliche Verlauf der Bahn wird über die Drehgeschwindigkeit der Kurvenscheiben mittels eines Servoantriebes variiert. Auch wenn die Kombination von Kurvenscheibe und Servoantrieb verschiedene Vorteile bietet, ist die optimale Synthese beider Komponenten noch unzureichend erforscht. Innerhalb einer Kooperation vom Institut für Getriebetechnik, Maschinendynamik und Robotik (IGMR) der RWTH Aachen University und der Kiefel GmbH wurde das Potential von servogesteuerten Kurvengetrieben für die Flexibilisierung des Tiefziehprozesses untersucht. Dabei sind neue Ansätze zur Auslegung des Gesamtsystems entstanden. Ergebnisse dieser Untersuchung werden innerhalb dieser Veröffentlichung dargestellt. Dabei wird zuerst auf den Thermoformprozess eingegangen, bevor das generelle Potential servogesteuerter Kurvengetriebe beschrieben wird. Anschließend wird ein kleiner Einblick in den gemeinsam entwickelten Auslegungsprozess gegeben. [... aus der Einleitung

Vergleich von dynamisch-interaktiver Geometriesoftware für die Maßsynthese von ebenen Getrieben

Die Nutzung von dynamisch-interaktiver Geometriesoftware im Rahmen der Getriebeentwicklung ist noch nicht fester Bestandteil der Konstrukteurs-Praxis, obwohl solche Programme bereits in einem sehr frühen Stadium derEntwicklung eingesetzt werden können. Da es eine Vielzahl von Geometrie-Programmen mit großen Unterschieden bezüglich der Verwendung von Syntheseverfahren, der grafischen enutzeroberflächen oder auch der Benutzerfreundlichkeit gibt, wird in diesem Beitrag ein objektiver Vergleich von Getriebesoftware vorgestellt. Schlussendlich wird eine Empfehlung gegeben, welche Getriebesoftware effizient für die Lösung einer bestimmten Syntheseaufgabe im Rahmen der Getriebeentwicklung genutzt werden kann.Using dynamic-interactive geometry software within the process of mechanism development has not become common practice, although this software can be applied in an early stage of mechanism development. Available nowadays is a huge number of software differing from the implementable dimensional synthesis procedure, the graphic user interface and the userfriendliness. Thus, an impartial comparison of dynamic-interactive geometry software can be carried out. Finally, a recommendation linking software with a certain synthesis procedure is published

Augmenter la flexibilité des procédés de manipulation automatisés par l'utilisation de la structure reconfigurable PARAGRIP

Afin d’assurer un assemblage automatisé des produits, un concept de manipulation très polyvalent et très flexible est nécessaire. Une des approches possible est l’utilisation de robots coopérant afin d’assurer la maniabilité de l’objet indépendamment de sa taille et de sa forme. L’inconvénient majeur de cette approche est le nombre élevé d’actionneurs nécessaires. 18 actionneurs sur 3 robots sont, par exemple, requis pour obtenir 6 degrés de liberté sur l’objet à déplacer. Cela exige une architecture de contrôle complexe et mène à des coûts élevés. De plus, réarranger des robots industriels représente une perte de temps considérable. Ceux-ci ne sont pas conçus pour être déplacés et nécessitent un calibrage précis. Dans le but de combiner mobilité, flexibilité et polyvalence en un seul concept, un nouveau système de manipulation, appelé PARAGRIP (Parallel Gripping), a été développé. Ce système est constitué de plusieurs bras disposant chacun d’un degré de mobilité de 6. Les bras peuvent être actionnés indépendamment les uns des autres. Des éléments de contact, pouvant être notamment des électro-aimants ou des ventouses, sont montés à l’extrémité des bras. Ils assurent ainsi la fonction d’accouplement rigide temporaire entre le bras et l’objet dans toutes les directions. Après préhension, l’objet fait partie intégrante de la structure cinématique et peut être guidé à l’instar d’une plateforme de mécanisme en boucle fermée, similaire à une architecture de robot parallèle. Le système requiert un total de 6 actionneurs pour avoir 6 degrés de liberté sur l’objet à déplacer. Des actionneurs supplémentaires sont nécessaires pour assurer la préhension de l’objet. L’élément de contact n’étant pas conçu spécifiquement pour l’objet, la manipulation d’objets de formes et de tailles différentes devient possible sans aucune modification physique. Le résultat est un concept de manipulation efficient, très flexible et très polyvalent. Le concept PARAGRIP offre de reconfigurer les chaînes cinématiques avant ou pendant la manipulation de l’objet. Cet article traite de l’augmentation de la flexibilité et de la polyvalence d’un système de manipulation, mais aussi de l’impact d’une structure reconfigurable sur l’efficacité et l’optimisation des coûts de ces systèmes

Leistungssteigerung einer Verpackungsmaschine durch anwendungsorientierte Getriebeauslegung

Getrieben durch einen rapid wachsenden Verbrauchermarkt für Lebensmittel und Getränke, insbesondere in Schwellenländern wie China, Brasilien und Indien, werden an den Verpackungssektor hohe Anforderungen hinsichtlich der Verpackungsqualität und -formen und nicht zuletzt der Stückzahl gestellt. Bei der Entwicklung von Verpackungssystemen stellt die Leistungssteigerung das vorrangige Ziel für die Verpackungsmaschinen- und Packstoffhersteller stellt dar. Die SIG Combibloc Systems GmbH, einer der weltweit führenden Systemanbieter von Packstoff und entsprechenden Füllmaschinen für Getränke und Lebensmittel, hat sich als Ziel gesetzt, die Leistung eines ihrer Verpackungssysteme um 50 % zu steigern