Hochschulschrift:
Dissertation, Technische Universität Ilmenau, 2023
Anmerkungen:
Tag der Verteidigung: 09.05.2023
Beschreibung:
In der vorliegenden Arbeit wird die experimentell gestützte Validierung der Schallleistungsberechnung für PKW-Getriebe dokumentiert. Dadurch soll ein Beitrag geleistet werden zur Verbesserung der strukturdynamischen und akustischen Simulation von Fahrzeuggetrieben. Für die experimentellen Untersuchungen wird ein Getriebeprüfstand mit einem eigens entwickelten zweistufigen Getriebe und komplexen Gehäuse verwendet. Eine Besonderheit stellen dabei die speziell entwickelten Sensoren zur Messung der Anregungskräfte an den Festlagern dar. Zugleich werden die Oberflächenbeschleunigungen des Gehäuses sowie die Schallleistung erfasst. Der Getriebeprüfstand wird als MKS-Modell in zwei verschiedenen Tools aufgebaut. Die einzelnen Komponenten (Lager-, Verzahnungs- und Strukturmodelle) werden zunächst isoliert betrachtet und verifiziert. Beim Vergleich des statischen Drehwegfehlers der Verzahnungsmodelle werden gemessene Flankentopologien berücksichtigt. Um die FE-Modelle der Wellen und des Gehäuses zu validieren, werden experimentell und rechnerisch ermittelte Eigenformen und Übertragungsfunktionen verglichen. Während für die Einzelteile ein sehr guter Abgleich über einen großen Frequenzbereich gelingt, zeigt sich bei der Gehäusebaugruppe, dass die Übereinstimmung mit der Messung stark von der jeweiligen Frequenz abhängt und ab ca. 3 kHz abnimmt. Durch den Einbezug der mit 3D-Scans ermittelten Realgeometrie sowie des Einflusses der Gehäusedichtung kann festgestellt werden, dass diese Faktoren nicht für die Unterschiede verantwortlich sind. Umfangreiche Untersuchungen mit den MKS-Gesamtmodellen für konstante Drehzahlen und Hochläufe erlauben einen gründlichen Abgleich mit gemessenen Lagerkräften und Beschleunigungen. Es wird nachgewiesen, dass fertigungsbedingte Flankenabweichungen der Verzahnungen möglichst vollständig in der Simulation berücksichtigt werden sollten, um gute Ergebnisse zu erhalten. Zur Beurteilung des Schwingungsverhaltens im Betrieb werden dabei die Betriebsschwingungs- und die Ordnungsbasierte Modalanalyse eingesetzt, letztere wird dabei auch auf Simulationsdaten angewandt. Der Vergleich zeigt, dass die mit der MKS berechneten Schwingungsantworten durch die numerische Dämpfung beeinflusst werden. Dies wird auch in der Akustiksimulation erkennbar. Diese wird basierend auf berechneten und gemessenen Lagerkräften mit drei unterschiedlichen Methoden (WBT, IBEM, FEM) durchgeführt. Unter Einbezug der Erkenntnisse zur Schwingungsanregung und -antwort sowie der gemessenen Schallleistungen werden sehr gute Übereinstimmungen erzielt. Außerdem können die Ursachen für Abweichungen sehr differenziert herausgearbeitet und bewertet werden. Dadurch werden Möglichkeiten zur Weiterentwicklung ersichtlich und die Akustikanalyse von Fahrzeuggetrieben entscheidend vorangebracht.