Einfluss von Korrekturen und Fertigungsabweichungen auf die Schwingungsanregung von ...

18 Pages·2011·0.11 MB·German

InstitutfürMaschinen-undFahrzeugtechnik–LehrstuhlfürMaschinenelemente
TechnischeUniversitätMünchen
Einfluss von Korrekturen und Fertigungsabweichungen
auf die Schwingungsanregung von Stirnrädern
ThomasGriggel
VollständigerAbdruckdervonder
FakultätfürMaschinenwesenderTechnischenUniversitätMünchen
zurErlangungdesakademischenGradeseines
Doktor-Ingenieurs
genehmigtenDissertation.
Vorsitzender: Univ.-Prof.Dr.-Ing.M.Zäh
PrüferderDissertation: 1. Univ.-Prof.Dr.-Ing.B.-R.Höhn
2. Univ.-Prof.Dr.-Ing.habil.H.Ulbrich
DieDissertationwurdeam06.07.2010beiderTechnischenUniversitätMünchen
eingereichtunddurchdieFakultätfürMaschinenwesenam27.09.2010angenommen.

Berichte aus dem Maschinenbau
Thomas Griggel
Einfluss von Korrekturen und Fertigungs-
abweichungen auf die Schwingungsanregung
von Stirnrädern
Shaker Verlag
Aachen 2011
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Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen
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http://dnb.d-nb.de abrufbar.
Zugl.: München, Techn. Univ., Diss., 2010
Copyright Shaker Verlag 2011
Alle Rechte, auch das des auszugsweisen Nachdruckes, der auszugsweisen
oder vollständigen Wiedergabe, der Speicherung in Datenverarbeitungs-
anlagen und der Übersetzung, vorbehalten.
Printed in Germany.
ISBN 978-3-8322-9902-6
ISSN 0945-0874
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Badlands,BruceSpringsteen

EinflussvonKorrekturenundFertigungsabweichungenaufdieSchwingungsanregung
vonStirnrädern V
Vorwort
DievorliegendeArbeitentstandwährendmeinerTätigkeitalsWissenschaftlicherMit-
arbeiteramLehrstuhlfürMaschinenelemente,ForschungsstellefürZahnräderundGe-
triebebau(FZG)derTechnischenUniversitätMünchen.GrundlagedieserArbeitbilden
mehrerevonderForschungsvereinigungAntriebstechnike.V.(FVA)initiierteundfinan-
zierteForschungsvorhaben,sowiedasvonderBayerischenForschungsstiftunggeför-
derteundvonderFa.FRENCOGmbHunterstützteForschungsvorhaben„Geräusch-
diagnoseWälzprüfung“.
MeinDankgiltallen,diezumGelingenmeinerArbeitbeigetragenhaben,insbesondere
meinemDoktorvater,HerrnProf.Dr.-Ing.Bernd-RobertHöhn,fürdieMöglichkeit,
anderFZGalsFachhochschulabsolventzupromovierenundfürdasangenehme
ArbeitsumfeldamLehrstuhl.
HerrnProf.Dr.-Ing.habil.HeinzUlbrichfürdieDurchsichtderArbeitunddieÜber-
nahmedesKoreferats.Weiterhindafür,dassermirdieAssistentenstelleander
FZGvermittelthat.
Herrn Prof. Dr.-Ing. Michael Zäh für die Übernahme des Prüfungsvorsitzes und
dieangenehmeAtmosphärewährendderPrüfung.
meinem Forschungsgruppenleiter, Herrn Dr.-Ing. Peter Oster, für meine Anstel-
lung an der FZG und die Möglichkeit in seiner Forschungsgruppe „dynamisch“
zuarbeiten,fürausreichendenFreiraum,fürUnterstützungundHilfestellungzur
rechtenZeit,fürdasvieleGelernteundfürdieschönenWorteanmeinerDoktor-
feier.
meinemKollegenundspäterenForschungsgruppenleiter,HerrnDr.-Ing.Michael
Otto,fürdietolleZeit„imSpaßbüro“,diezahlreichenHilfestellungenbeimeiner
täglichenArbeitunddieDurchsichtmeinerArbeit.
denMitarbeiterinnenundMitarbeiternderFZGfürdieguteZusammenarbeit,den
Kolleginnen und Kollegen aus Werkstatt, Prüffeld, Elektrolabor, Werkstofflabor,
3D-VermessungundSekretariat.
meinenZimmerkollegenStoyan,MichaelH.undJenssowieallenKolleginnenund
KollegenimAssistentenkreisfürdaseinmaligeArbeitsklima.
den zahlreichen Studenten für ihren Einsatz im Rahmen von Prüfstands- und
Messtätigkeiten sowie Studienarbeiten, ohne die die Durchführung der Projekte
VI
nichtmöglichgewesenwäre.BesondererDankgilthierbeiAlexander,Jakob,Ma-
ximilian,MiodragunddenbeidenStefans.
meiner Schwägerin Inge für das Korrekturlesen meiner Arbeit und ausreichend
Style
meinenSchwiegerelternChristlundIngofürihreTochterKarin
meinem Bruder und Markus für ihre andauernde Freundschaft, für geistreiche
Diskussionenund„gute“Musik
meinerFrauKarinfürihreLiebe,fürdieschönegemeinsameZeitimAlltagund
aufReisenundfürAlles,wasunsnochgemeinsamerwartet.
meinen Eltern für die Möglichkeit mein Leben nach meinen eigenen Wünschen
undVorstellungenzugestalten,fürihrebedingungsloseLiebeundHilfezurrech-
tenZeitundfürihrenStolzundihreFreudeüberdasErreichte.
München,imFebruar2011
EinflussvonKorrekturenundFertigungsabweichungenaufdieSchwingungsanregung
vonStirnrädern VII
Inhaltsverzeichnis
0 ZeichenundEinheiten.................................................. XI
1 Einleitung ............................................................... 1
2 ProblemstellungundZielsetzung....................................... 2
3 StandderTechnik....................................................... 4
3.1 ModellvorstellungenzuGetriebeschwingungenund-geräusch ............ 4
3.2 AnalytischesModellzurelastischenVerzahnungsberechnung............. 7
3.3 Anregungskennwerte..................................................... 14
3.3.1 Modellbildung ......................................................... 15
3.3.2 Kennwertbildung....................................................... 19
3.3.3 AnwendungsbereichderKennwerte.................................... 24
3.4 AuslegungvonFlankenkorrekturen ....................................... 27
3.4.1 FürTragfähigkeit....................................................... 27
3.4.2 FürAnregung.......................................................... 33
3.4.3 FürWirkungsgrad...................................................... 43
3.5 Verzahnungsprüfung ..................................................... 46
3.5.1 VermessungvonZahnrädern .......................................... 46
3.5.2 TolerierungvonZahnrädern............................................ 50
3.5.3 EinflussvonFertigungsabweichungenaufdieAnregung................ 53
4 KennwertederVerzahnungsanregung.................................. 55
4.1 BeurteilungderVerzahnungsanregung.................................... 55
4.1.1 EinflussderBetriebsdrehzahl.......................................... 55
4.1.2 EinflussdesFrequenzbereichs......................................... 60
4.2 AbleitungvonGrenzkriterienzurBeurteilunggefertigterZahnräder........ 61
4.3 UrsachenfindungvonSchwingungsphänomenenimSpektrum ............ 66
4.3.1 StudiezurAuswirkungvonAbweichungen.............................. 66
4.3.1.1Teilungsabweichungen.............................................. 68
4.3.1.2Profillinienwinkelabweichungen...................................... 70
4.3.1.3Profilformabweichungen............................................. 71
4.3.1.4Flankenlinienwinkelabweichungen................................... 72
4.3.1.5Flankenformabweichungen.......................................... 73
4.3.1.6Rundlaufabweichung................................................ 74
4.3.2 Zusammenfassung .................................................... 75
VIII Inhaltsverzeichnis
5 Auslegung anregungsarmer Flankenkorrekturen mit optionaler Be-
trachtungvonTragfähigkeitundWirkungsgrad........................ 76
5.1 AuslegungderFlankenkorrekturenmittelsVariationsrechnung............. 76
5.1.1 Optimierungsstrategien................................................ 79
5.1.2 Vorrechnung........................................................... 81
5.1.3 Hauptrechnung........................................................ 84
5.1.3.1Tragfähigkeit........................................................ 85
5.1.3.2AnregungsverhaltenundVerzahnungsverluste....................... 86
5.1.4 BeurteilungderErgebnissedesAuslegungsalgorithmusDZPopt........ 88
5.1.5 „SimulatedAnnealing“alszusätzlicheOptimierungsstrategie ........... 91
5.2 AuslegungderFlankenkorrekturenmittelsgeschlossenerLösung ......... 94
5.2.1 FormulierungdesGleichungssystems.................................. 94
5.2.2 LösungdesGleichungssystems........................................100
5.3 OptimierungeinesBeispielgetriebesmitDZPopt ..........................102
5.3.1 Auslegungsvariante1..................................................105
5.3.2 Auslegungsvariante2..................................................106
5.3.3 Auslegungsvariante3..................................................107
5.3.4 Auslegungsvariante4..................................................108
6 DiagnoseverfahrenzurÜberprüfunggefertigterVerzahnungen........112
6.1 AufbaudesDiagnoseverfahrens ..........................................112
6.1.1 Übersicht..............................................................112
6.1.2 DatenschnittstellenfürTopographiedateninDZP.......................113
6.2 ValidierungdesDiagnoseverfahrens......................................115
6.3 UntersuchungenzumEinsatztopographischerZahnraddatenimDiagno-
severfahren ..............................................................123
6.3.1 Prüfverzahnungen.....................................................123
6.3.2 TopographischeVermessungderZahnräder............................125
6.3.3 BerechnungdesAnregungsverhaltensderrealenVerzahnungmitDZP .128
6.3.4 Versuchsaufbau .......................................................131
6.3.4.1Prüfstand...........................................................131
6.3.4.2Messaufbau ........................................................132
6.3.5 VersuchsdurchführungundMessauswertung...........................133
6.3.6 VergleichundDiskussionderBerechnungs-undVersuchsergebnisse...133
6.3.6.1Prüfpaarung1 ......................................................134
6.3.6.2Prüfpaarung2 ......................................................135