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Berechnung Rollwinkel Exzenter Band

Universität / Fachhochschule

Tags: b=R*x+e*sin(x), x=?

 
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Bogenmass

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20:12 Uhr, 23.06.2017

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b=Rx+esin(x)
x=?

Wer kann da helfen?
Benötige bei der Wickelgleichung eines Bandes um einen Exzenter hilfe.
Vielen Dank im Voraus!

Für alle, die mir helfen möchten (automatisch von OnlineMathe generiert):
"Ich bräuchte bitte einen kompletten Lösungsweg." (setzt voraus, dass der Fragesteller alle seine Lösungsversuche zur Frage hinzufügt und sich aktiv an der Problemlösung beteiligt.)
Online-Nachhilfe in Mathematik
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Roman-22

Roman-22

21:08 Uhr, 23.06.2017

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Deine Aufgabe ist leider nur numerisch näherungsweise lösbar.
Wenn x relativ nahe bei 0 ist könntest du sin(x) durch die ersten ein oder zwei Glieder der zugehörigen Potenzreihe (sin(x)=x-x36+x5120-+...) ersetzen und eine Näherungsformel angeben.

Bogenmass

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21:16 Uhr, 23.06.2017

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Vielen Dank, ich hätte gerne die Formel für den Winkel in der Reihe entwickelt mit einer Genauigkeit von ca. 5% als Funktion der Länge des Bandes. Das würde mir genügen!
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Roman-22

Roman-22

21:25 Uhr, 23.06.2017

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Die Genauigkeit einer Näherung kann ohne Kenntnis der verwendeten Größen kaum abgeschätzt werden.
Mehr als sin(x)x oder sin(x)x-x36 wird ohnedies nicht praktikabel sein und wie genau diese Näherungen sind, kannst du ja selbst durch eintippen von Werten ausprobieren.

Mit sin(x)x (nur für sehr kleine x) erhältst du die Näherung xbR+e.

Mit sin(x)x-x36 erhältst du bereits die "handliche" Formel
Bild1

Wenn das zu ungenau sein sollte, dann bleibt dir nur übrig, für konkrete Werte von R,b und e das x mithilfe eines numerischen Näherungsverfahrens zu berechnen - da kannst du dann nahezu beliebige Genauigkeit erzwingen.
Bogenmass

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21:33 Uhr, 23.06.2017

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Hier die ungefähren Maße

R= 22mm
e= 6mm
b=0 bis 45mm

Ich glaube aber mit dieser Formel zurecht zu kommen und danke.
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Roman-22

Roman-22

21:40 Uhr, 23.06.2017

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> Ich glaube aber mit dieser Formel zurecht zu kommen
Das bezweifle ich!
Für b=45 mm stellt sich x1,7786101,9 ein. Da passt die Näherung durch ein, zwei Glieder der Potenzreihe überhaupt nicht mehr!
Bogenmass

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21:47 Uhr, 23.06.2017

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Auch nicht bei dieser relativ großen Toleranz von 5%?

Ich denke es einmal mit dieser Formel zu versuchen und melde mich eventuell mit einer weiteren Frage zu diesem Thema später.
Vielen vielen Dank!
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Roman-22

Roman-22

22:09 Uhr, 23.06.2017

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In der Tat scheint die lineare Näherung sin(x)x gar nicht so übel zu sein - erstaunlich.
Ich hänge dir Bilder dran von einer Tabelle in 1 mm Schritten für b und Grafiken, die die Näherung (blau) mit den "genauen" Werten vergleicht.



Table
Plots
Frage beantwortet
Bogenmass

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22:13 Uhr, 23.06.2017

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Ich danke und sage das diese für mich relativ schwere Aufgabe optimal gelöst ist!!!
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Roman-22

Roman-22

09:46 Uhr, 24.06.2017

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Fein!
Trotzdem beträgt für b=45mm die Abweichung bR+e1,607143 vom genauer Wert x1,7785943 bereits rund 9,64%, also deutlich mehr als die großzügig zugestandenen 5%.
Bogenmass

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10:26 Uhr, 24.06.2017

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Das hatte ich auch anhand Ihrer Tabelle gesehen. Haben Sie denn noch eine "relativ" einfache Verbesserung als Vorschlag um auf die 5% zu kommen?

Ich habe X~bR+e in meinen Rechnungsgang eingebracht da mir Ihre "handliche" Formel zu komplex ist.
Antwort
Roman-22

Roman-22

13:25 Uhr, 24.06.2017

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> Haben Sie denn noch eine "relativ" einfache Verbesserung als Vorschlag um auf die 5% zu kommen?
Nicht wirklich. Jedenfalls nicht für beliebige Angabegrößen R und e.
Für konkretes R und e könnte man natürlich leichter eine besser passende Näherungskurve ermitteln als die blaue, die ja nur eine Gerade ist.

Die "handliche" Formel, die ich angegeben hatte ist übrigens leider falsch. D.h. ich habe dir die falsche der drei Lösungen angeschrieben, die die Gleichung dritten Grades, auf die die Aufgabe führt, wenn man sin(x)=x-x36 setzt, hat.
Richtig wäre der Ausdruck, den du als Bild im Anhang siehst. Die imaginäre Einheit j, die da noch auftaucht, könnte man vermutlich durch Vereinfachungen noch wegbringen.
Die Näherung mit dieser Formel ist im gewünschten Bereich allerdings schon ziemlich gut, wie man der beigefügten Grafik entnehmen kann (die grüne Kurve ist diese handliche Näherung).

Wenn sichergestellt ist, dass der Bereich für x immer ca. von 0 bis 1,8 geht, dann könnte man anstelle der Reihe für sin(x) um x=0 auch die Reihe um einen anderen Entwicklungspunkt, zB π4 oder π3, nehmen. dann sind die stärksten Ungenauigkeiten an den Endwerten von b, also hier bei b=0 und b=45 mm.
Die Verwendung der linearen Näherung von sin(x) an der Stelle x=π3 liefert zB
x6b-(33-π)e3(2R+e)
Und damit stellt sich mit den von dir gegebenen Werten für b=45 mm x=1,71781761, eine Abweichung von 3,4% von tatsächlichen Wert.
Aber bei b=0 mm kommt jetzt x=-0,0421824 raus anstelle von x=0.

Du könntest nun für 0mmb15mm die Näherung xbR+e nehmen, für 15mm<b30mm nimmst du die gerade angegebene Näherung und für den restlichen Bereich könntest du mit xb-eR nähern.
Allerdings ist diese Variante nicht mehr eine Lösung für beliebige R,r und b.








Bild1
Bild2
Bild3
Frage beantwortet
Bogenmass

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14:12 Uhr, 24.06.2017

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Alles sehr perfekt! Aber mir leider auch zu KOMPLEX. Da könnte ich auch eine einfache Korektur mit einem Faktor als Prozentsatz des Fehlers machen und hätte sicherlich eine gute Näherung. Da muss ich am Montag zuerst mit meinem Kunden reden ob das überhaupt genauer benötigt wird. Die 5% waren nur ein Daumenwert von mir. Ausserdem handelt es sich bei dem Wickelvorgang nicht um ein Band sondern um einem Bautenzug und da ist sicherlich die Genauigkeit nicht so gefordert.
Ich danke vielmals und melde mich eventuell am Montagabend wieder um dann deine Lösung einzubringen. Schönes Wochenende
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Roman-22

Roman-22

14:23 Uhr, 24.06.2017

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Wie soll das Ganze denn eigentlich implementiert werden. Soll das eine App werden, die nach Eingabe von R,e und b den Winkel ausgibt, oder was?

Eine einfache Variante wäre

x=bR+e für xe+R

x=b-eR sonst.