DER KONSTRUKTEUR 11-12/2023

SOFTWARE & PROTOTYPING

SOFTWARE & PROTOTYPING GERÄUSCHVERHALTEN VON ZAHNRADANTRIEBEN MIT KUNSTSTOFFZAHNRÄDERN PRODUKTE UND ANWENDUNGEN In Antriebssträngen können alle verformbaren Elemente Energie ableiten, wenn sie dynamischen Verformungen ausgesetzt sind. Die interne Dämpfung dieser Elemente, insbesondere Lagerungen, Wellen und Zahnrädern, hat bedeutende Auswirkungen auf die Energiedissipation. Deshalb spielt die Dämpfung eine wichtige Rolle bei der Konstruktion von Getrieben, wenn Geräusche, strukturelle Instabilität und Ermüdungsbruch von Bauteilen minimiert werden sollen. Die Dämpfung im Zahneingriff ist bekanntermaßen ein wichtiger Einflussfaktor des dynamischen Systemverhaltens unter bestimmten Betriebsbedingungen. Ohne Dämpfung erzeugen unerwünscht induzierte Schwingungen Geräusche, vergrößern dynamische Lasten und beschädigen potenziell die Verzahnungen und die Lager. Bekanntlich weisen Kunststoffe höhere Dämpfungswerte als Stahl auf. Daher ist der Hauptgegenstand der vorliegenden Un- Prof. Dr. Ing. Saeed Ebrahimi, Dr.-Ing. Ulrich Kissling, Ms.C, Sebastian Matkovič, Software Developer, Kisssoft AG, Bubikon, Schweiz tersuchung die Frage, wie Geräusche, Schwingungen und Rauigkeit (NVH – Noise-Vibration-Harshness) durch das Vorhandensein viskoser Dämpfungen im Zahneingriff beeinflusst werden. Dazu werden Leitlinien vorgestellt, wie die Dämpfung im Zahneingriff angepasst werden kann, um das gewünschte NVH- Verhalten eines Getriebesystems zu erreichen. In diesem Zusammenhang wurde in Kisssoft ein dynamisches Berechnungsverfahren „Forced response“ – ein Analysetool für erzwungene 74 DER KONSTRUKTEUR 2023/11-12 www.derkonstrukteur.de

SOFTWARE & PROTOTYPING 01 Zweistufiges Getriebemodell Schwingungen – entwickelt, mit dem Ingenieure die Analyse eines Antriebssystems schnell und effizient durchführen können. Um ein gutes Geräuschverhalten (NVH) zu erreichen kann innerhalb der gegebenen Spezifikationen für das Drehmoment/ Drehzahl die Wahl eines Radkörperwerkstoffs mit höheren Dämpfungseigenschaften zielführend sein. Die dynamischen Lagerreaktionskräfte werden auf der Grundlage der Drehwegabweichung der Zahnräder, Wellen-Unwuchten etc. unter Berücksichtigung der Trägheitsmomente und Massen berechnet. ANALYSE DER ERZWUNGENEN SCHWINGUNGEN Untersucht wird ein zweistufiges Getriebe in zwei Varianten, eins mit Zahnrädern aus Kunststoff und eins mit Stahl-Zahnrädern. Beide Varianten haben die gleichen Eingabeparameter (Belastung, Drehzahl, Anzahl Lastzyklen) und sind so ausgelegt, dass die Fuß- und Flankensicherheit ähnlich ist. Aus diesem Grund sind die Kunststoffzahnräder größer und haben größere Durchmesser. Die Festigkeit der Kunststoffzahnräder wird nach VDI 2736 berechnet, die der Stahlzahnräder nach ISO 6336. Das Gehäuse besteht bei beiden Varianten aus dem gleichen Werkstoff. Basierend auf der Kraftanregung durch die Zahnräder wird die Analyse der erzwungenen Schwingungen durchgeführt und die transienten Lasten werden an den Lagerstellen berechnet. Im ersten Schritt der Analyse der erzwungenen Schwingungen wird der Dynamikfaktor K v berechnet. Der Dynamikfaktor entspricht dem Verhältnis der maximalen dynamischen Anregungslast zwischen den ineinandergreifenden Zahnrädern zur statischen Kontaktkraft. K v des ersten Zahnradpaars beider Modelle ohne Dämpfung im Zahneingriff ist Bild 02 zu entnehmen. Der www.derkonstrukteur.de DER KONSTRUKTEUR 2023/11-12 75