Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.18419/opus-4072
Authors: Li, Huiping
Title: Untersuchungen zum realen Bewegungsverhalten von Losteilen in Fahrzeuggetrieben
Other Titles: Investigation of real movement behaviours of idle gears in automotive transmissions
Issue Date: 2006
metadata.ubs.publikation.typ: Dissertation
Series/Report no.: Berichte aus dem Institut für Maschinenelemente;119
URI: http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:93-opus-26275
http://elib.uni-stuttgart.de/handle/11682/4089
http://dx.doi.org/10.18419/opus-4072
ISBN: 3 - 936100 - 20 - 9
Abstract: In dieser Arbeit wurde das realen Bewegungsverhalten des Losrads erstmals genau untersucht. 1. Die Untersuchungsergebnisse bei gerade verzahnten Zahnradpaarungen führten zu dem Ergebnis, dass bei niedriger Drehzahl nur ein starker Verdrehflankenstoß in einer Schwingungsperiode existiert: Wenn die Schwingungsanregung stark ist, existiert kein direkter Zusammenhang zwischen den Verdrehflankenstößen und dem Drehzahlverlauf des Festrads. 2. Bei niedriger Drehzahl ist im Unterschied zur geradverzahnten Zahnradpaarung kein starker Verdrehflankenstoß im Drehzahlverlauf des schrägverzahnten Losrads erkennbar. Ein direkter Zusammenhang zwischen den Verdrehflankenstößen und dem Festraddrehverlauf existiert für starke Schwingungsanregung ebenso nicht. 3. Die Axialbewegung des Losrads ist eine Kombination aus der tranlatorischen Bewegung um die Wellenachse (X-Achse) und den Rotationsbewegungen um die Y-und Z-Achsen. Je nach dem Betriebszustand in den verschiedenen Drehzahlbereichen, kann die translatorische Bewegung oder die Kippbewegung in der Axialrichtung dominieren. 4. Die Axialstöße verstärken wiederum die Verdrehflankenstöße. 5. Die Lautstärke der Klappergeräusche durch die Aufhebung des Axialspiels deutlich reduziert werden kann. Um die komplette Unterdrückung der Klappergeräusche zu erreichen, muss noch ein zusätzliches Reibmoment auf das Losrad ausgeübt werden. Zwei Lösungskonzepte für die aktiven Maßnahmen wurden ausgearbeitet. Die Experimente bestätigen die Lösung der „Axialverspannung“. 1. Wenn das Losrad in der Axialrichtung leicht verspannt werden kann, werden gesamte Schwingungen deutlich gedämpft und die Klappergeräusche reduziert. Für diese Lösung reicht eine einfache Steuerung aus. 2. Lösung „Gegenschwingung“ funktioniert nur unter der Voraussetzung, dass es keine Verzugszeit im Regelkreis gibt. Die reale Verzugszeit der Elektromagneten verursacht tödliche Resonanzschwingung in der Simulation. Deshalb ist die Lösung „Gegenschwingung“ in der Praxis nicht realisierbar. Diese Arbeit hat gezeigt, dass eine Eliminierung der Axialstöße eine effektive Möglichkeit ist, die Klappergeräusche zu reduzieren. Es ist daher sinnvoll diese Ergebnisse weiter zu entwickeln und nach Lösungen zur Eliminierung der Axialstöße zu suchen. Dies kann z.B. durch die Reduzierung des Axialspiels, aktive Eingriffe in die Axialkraft oder die Ausübung eines Moments erreicht werden, ohne dass der Wirkungsgrad oder die Schaltbarkeit des Getriebes nennenswert beeinträchtigt wird. Eine komplette Unterdrückung der Klappergeräusche, wie z.B. durch zusätzliche Reibmomente, muss unter Berücksichtung der Verschlechterung des Wirkungsgrads und der Schaltbarkeit erforscht werden. Ob ein guter Kompromiss in der Praxis möglich ist, sollte genauer untersucht werden.
The research in this dissertation encompassed the investigation of real movement behaviours of idle gears in automotive transmissions as well as the development of active measures to eliminate or reduce these unpleasant rattling noises. The real movement behaviours of the idle gear were studied in detail with the rattling test stand, a specially designed elementary gearbox and the selected sensors. With help of sufficient experiments and analysis the following conclusions were made: • For the rattling of straight gears at low rotary speeds (for example 300 U/min), one intensive torsional flank impact exists between the fixed and the idle gears during one vibration period. The vibration stimulation becomes stronger with higher speeds. From a certain rotary speed (for example 800 U/min), the torsional flank impacts exist irregularly in the vibration period, so that no relationship can be identified between the flank impacts and the circumferential movement of the fixed gear. • For the rattling of helical gears and at low rotary speeds, no intensive torsional flank impact can be discerned. At high speeds it is also impossible to find a relationship between the rotary flank impacts and the circumferential movement of the fixed gear. • The axle movement of the idle gears is a combination of the translatory movement of the shaft axle (X-axle) and the rotary movements about the Y- and Z-axles. Depending on the rotary speeds, either the translatory movement or the tipping movement about the shaft axle can dominate the complete movements. • The axle impacts increase the intensity of torsional flank impacts. • Without the axle clearance the sound level of the rattling noises are perceived as slighter and pleasanter. The rattling noises can only be completely eliminated with an additional friction moment applied to the idle gears. Two concepts - “axial restraint” and “counteracting vibration”- of active measures to reduce the rattling noises have been devised. The experiments confirmed the first concept “axial restraint”. The rotary moment of the idle gear is slowed down lightly and the axle movement is restrained. Therefore the total vibrations are significantly damped down and the rattling noises are reduced. The open loop control is sufficient for this solution. The second solution “counteracting vibration” can act positively for the reduction of the rattling noises only if the electromagnets act without time delay in the closed loop control. Due to the response time of the electromagnets, this solution is not realizable in practice. The simulation shows, that the “counteracting vibration” concept can even release critical resonance vibrations because of the time delay. The research achievements are helpful for new recognition of rattling noises and the development of the measures to reduce these noises.
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