Requirements on bearings, static and dynamic balancing of a rotating ring in a tire test bench

Abstract

Ziel dieser Arbeit ist die Simulation eines Reifenprüfstandes zur Untersuchung von Schallemissionen, welcher im Zuge des Tire Road Interaction Measurement (TRIM) Projekts erstellt wurde. Es handelt sich um einen Innenringprüfstand dessen rotierender Ring mit Restunwucht mittels hydrostatischer Gleitlager gelagert wird. Der geregelte Antrieb erfolgt über den Testreifen. Das Modell wird mithilfe der MKS-Simulationssoftware SIMPACK (1) erstellt und untersucht. Es handelt sich um ein Starrkörpermodell mit 17 Freiheitsgraden. Der elastische Reifen wird über ein Kraftelement in Kombination mit einer speziellen Markerkonfiguration implementiert. Über den geregelten Antrieb lassen sich beliebige Geschwindigkeitsprofile vorgeben, um stationäre und instationäre Betriebszustände zu simulieren. Es wird eine Asphalt- und eine Betonfahrbahn mit Plattenversatz in radialer Richtung modelliert. Die Lagerberechnung, Fundamentauslegung und Regleroptimierung erfolgt mit MATLAB/Simulink (2). Untersuchungen im Zeit und Frequenzbereich werden durchgeführt. Die Lagerbelastungen im statischen Gleichgewichtszustand und im geregelten Betrieb werden ermittelt. Der Einfluss von ausgewählten Parametervariationen auf das Modellverhalten werden untersucht. Es erfolgen Simulationen von Anfahrvorgängen und Optimierungen. Die Ergebnisse zeigen, dass eine Realisierung des Prüfstandkonzepts technisch möglich und der Einsatz hydrostatischer Gleitlager zur Lagerung des rotierenden Ringes geeignet ist. Die vorgegebenen Testgeschwindigkeiten können bei einer Wuchtgüte von G 100 problemlos gefahren werden. Die statische Unwucht stellt die ungünstigste Unwuchtkonfiguration des Rotors dar. Die zusätzlich durch das Überfahren der versetzten Betonplatten induzierten Schwingungen sind gering. Der Antrieb des Ringes über den Testreifen stellt eine ökonomische Alternative zum Einsatz eines Linearantriebes dar. Die teilweise Versorgung der Radiallager über Mehrkreispumpen reduziert die Investitionskosten. -------------- (1) SIMPACK ist Teil der 3DEXPERIENCE Plattform des Unternehmens Dassault Systemes, Rue Marcel Dassault 10, 78140 Vélizy-Villacoublay, Frankreich. (2) MATLAB und Simulink sind eingetragene Warenzeichen des Unternehmens The MathWorks Inc., Apple Hill Drive 1, Natick, Massachusetts, USA.

The aim of this work is the simulation of a tyre test bench for the investigation of noise emissions. It was developed in the course of the Tire Road Interaction Measurement (TRIM) project. It is an inner ring test bench whose rotating ring with residual unbalance is supported by hydrostatic plain bearings. The controlled drive is provided by the test tyre. The model is created and tested using the mbs-simulation software SIMPACK (1). It is a rigid body model with 17 Degrees of Freedom (DOF). The elastic tire is implemented by a force element in combination with a special marker configuration. Any speed profile can be specified via the controlled drive in order to simulate stationary and transient operating states. An asphalt and a concrete roadway with slab offset in radial direction is modelled. The bearing calculation, foundation design and controller optimization is done with MATLAB/Simulink (2). Investigations in time and frequency domain are conducted. The bearing loads in the static equilibrium state and in controlled operation are determined. The influence of selected parameter variations on the model behaviour is investigated. Simulations of start-up processes and optimizations are carried out. The results show that it is technical possible to implement the test bench concept and that the use of hydrostatic plain bearings is suitable for supporting the rotating ring. The specified test speeds can be easily achieved with a balancing quality of G 100. The static unbalance represents the most unfavourable unbalance configuration of the rotor. The additional vibrations induced by driving over the staggered concrete slabs are low. The drive of the ring via the test tyre represents an economical alternative to the use of a linear drive. The partial supply of the radial bearings via multi-circuit pumps reduces the investment costs. ------------ (1) SIMPACK is part of the 3DEXPERIENCE Platform of the company Dassault Systemes, 10 Rue Marcel Dassault, 78140 Vélizy-Villacoublay, France. (2) MATLAB and Simulink are registered trademarks of the company The MathWorks Inc., 1 Apple Hill Drive, Natick, Massachusetts, USA.