Vliv nekonvenčních materiálů na dynamické vlastnosti nosných dílců obráběcích strojů

Abstract

Disertační práce se zabývá přínosem vláknových kompozitů do konstrukce nosných dílců obráběcích strojů, u kterých jsou kladeny vysoké požadavky na statickou a dynamickou tuhost. Je zaměřena na analýzu smykadel, která jsou navržena jako celokompozitní konstrukce nebo jako hybridní konstrukce, jež jsou tvořené vnějším kovovým pláštěm a vnitřní kompozitní výztuží. S využitím metod experimentální modální analýzy jsou zkoušeny různé typy konstrukcí smykadel a analyzovány jejich vlastnosti v podobě samotných smykadel i v sestavě obráběcího stroje, nebo uzlu stroje, případně alespoň s vlivem spojovacích rozhraní. Pro vyhodnocení jsou použita referenční celokovová tělesa stejných vnějších rozměrů a připojovacích rozhraní. Spolu s výsledky experimentálních zkoušek byly provedeny výpočtové práce založené na metodě konečných prvků. Jejich výstupem jsou postupy pro relevantní modelování a výsledky možné hmotnostní redukce dílů. Výsledky ukazují vliv vstupní tuhosti, tlumení a hmotnosti při změně materiálové struktury na vlastnosti nosného tělesa – smykadla. Zároveň je zde zkoumán vliv daných změn na dynamické chování sestavy nosných těles obráběcího stroje.

The dissertation thesis Influence on Non-Conventional Materials on Dynamic Behaviour of Machine Tool Structural Part is focused on application of fibre composites to structural parts with high static and dynamic stiffness demands. Z-axis glides or spindle rams are analysed when designed as composite designs or hybrid material structures, which combine metal designs with inner composite reinforcements. Using methods of experimental modal analysis, different designs were analysed both in terms of structural body and in the assembly of machine tool or simplified assembly with the influence of machine tool connection interfaces. For the results evaluation, a comparison with isotropic reference parts of corresponding outer dimensions and connection interfaces positioning is used. Together with experimental analysis, finite element based analysis were performed with aim to analyse possible weight reduction of new light weight designs with static stiffness corresponding to the reference steel or ductile cast iron based parts. Results demonstrate the influence of the stiffness, mass and damping change on the behaviour of Z-axis glides, and also on the behaviour of the machine tool structural parts assembly.