Simulative and experimental investigation of impacts on gear wheels

Ziegler, Pascal; Eberhard, Peter

doi:10.1016/j.cma.2008.06.007

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“…Table 1 As shown in [2] and [4], in a modally reduced elastic multibody model, the number of eigenmodes up to an eigenfrequency of about 80 kHz is necessary to get precise contact forces. In this study, the chosen number of eigenmodes will be checked to satisfy this requirement to get correct results.…”

Section: Simulation Resultsmentioning

confidence: 99%

Simulation of Elastic Gears with Non-Standard Flank Profiles

Phu¹,

Eberhard²,

Ziegler³

2013

Archive of Mechanical Engineering

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There exist cases where precise simulations of contact forces do not allow modeling the gears as rigid bodies but a fully elastic description is needed. In this paper, a modally reduced elastic multibody system including gear contact based on a floating frame of reference formulation is proposed that allows very precise simulations of fully elastic gears with appropriately meshed gears in reasonable time even for many rotations. One advantage of this approach is that there is no assumption about the geometry of the gears and, therefore, it allows precise investigations of contacts between gears with almost arbitrary non-standard tooth geometries including flank profile corrections.This study presents simulation results that show how this modal approach can be used to efficiently investigate the interaction between elastic deformations and flank profile corrections as well as their influence on the contact forces. It is shown that the elastic approach is able to describe important phenomena like early addendum contact for insufficiently corrected profiles in dependence of the transmitted load. Furthermore, it is shown how this approach can be used for precise and efficient simulations of beveloid gears.

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Section: Simulation Resultsmentioning

confidence: 99%

Simulation of Elastic Gears with Non-Standard Flank Profiles

Phu¹,

Eberhard²,

Ziegler³

2013

Archive of Mechanical Engineering

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“…Die Klapper-und Rasselgeräusche sind primär bei stirnradverzahnten Handschalt-und Doppelkupplungsgetrieben vorzufinden [1]. Aufgrund der geringen mittleren Belastung gegenüber der dynamischen Belastungen ist eine rasselnde Bewegung zudem bei Steuerrädern im Steuertrieb zu beobachten [11]. In der Literatur wird das generierte Geräusch bei Steuerrädern teilweise auch als Zahnradhämmern aufgrund der auftretenden kurzzeitigen und hohen Kontaktkräfte oder allgemein als Steuertriebsgeräusch bezeichnet [11,12]; der Entstehungsmechanismus ist aber ähnlich zum Rasseln und daher wird in diesem Bericht konsequent die Bezeichnung Rasseln verwendet.…”

Section: Abb 1 Problemstellung Und Lösungsansatz 2 Stand Der Technikunclassified

Experimentelle Untersuchung von Einflussgrößen auf das Rasselgeräuschverhalten von Stirnrädern

Namhoff

Kasten

Brimmers

et al. 2021

Forsch Ingenieurwes

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ZusammenfassungDie Reduzierung von Störgeräuschen spielt eine wesentliche Rolle im Entwicklungsprozess eines Automobils. Neben dem tonalen Getriebeheulen ist das impulsartige Rasselgeräusch in der Fahrerkabine relevant. Das Getrieberasseln entsteht durch eine Drehungleichförmigkeit im Triebstrang, die durch den ungleichförmigen Verbrennungsprozess des Verbrennungsmotors aufgeprägt wird. Die Zahnflanken heben bei Überschreitung einer bestimmten Winkelbeschleunigungsamplitude voneinander ab und bewegen sich innerhalb ihres Verdrehflankenspiels, sodass Schwingungsstöße entstehen. In diesem Bericht wird die experimentelle Untersuchung der Einflüsse Anregungsfrequenz, Schleppmoment und Schmierstoff auf das Rasselgeräuschverhalten von Stirnrädern vorgestellt. Die Rasselgrenze ist durch einen signifikanten Anstieg im Körperschall- und Drehbeschleunigungspegel sowie durch Impulse im Zeitverlauf des Körperschalls und der Drehbeschleunigung zu erkennen. Die Anregungsfrequenz der Drehzahlschwankung beeinflusst die Anzahl an Verdrehflankenstößen pro Umdrehung und führt tendenziell bei einer Zunahme zu einer verringerten Rasselgrenze. Nach Überschreiten der Rasselgrenze erfolgt eine Annäherung der Körperschallpegel von aufgeprägten Drehzahlschwankungen unterschiedlicher Anregungsfrequenzen und ab einer bestimmten Drehzahlschwankungsamplitude sind die Körperschallpegel miteinander vergleichbar. Bei steigendem Schleppmoment nimmt die Drehzahlschwankungsamplitude tendenziell zu, bei welcher die Prüfverzahnung anfängt zu rasseln. Die Rasselgrenze wird durch das Schleppmoment beeinflusst – nach dem Überschreiten der Rasselgrenze weichen jedoch weder die Körperschallpegel noch die Drehbeschleunigungspegel bei unterschiedlich wirkenden Schleppmomenten signifikant voneinander ab. Der Schmierstoff zeigt bei den gewählten Versuchsparametern den höchsten Einfluss auf das Rasselgeräuschverhalten der Prüfverzahnung beim Vergleich der Schmierstoffe SAE 0W-16 und SAE 85W-90. Die Körperschallverläufe weisen im Zeitbereich bei Betrachtung der Abklingkurven bei konstanter Drehzahlschwankungsamplitude auf eine höhere Dämpfung des Schmierstoffs SAE 85W-90 mit höherer Schmierstoffviskosität hin. Der Dämpfungseffekt des Öls nimmt mit zunehmender Anregungsfrequenz bei konstanter Drehzahlschwankungsamplitude ab.

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“…The impact analysis is of great importance to the study of the vibration reduction technology of spiral bevel gear. Much research on the meshing impact of cylindrical gears [16][17][18][19] can be found. The initial meshing position and meshing stiffness are analyzed by geometric method.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Impact analysis and vibration reduction design of spiral bevel gears

Fang

2019

Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part K:

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To minimize the running vibration of spiral bevel gear, an optimization design method for vibration control is presented with the model of meshing impact. Firstly, based on the impact model of spiral bevel gears considering tooth deformation, the initial meshing position, meshing stiffness, and the meshing impact is studied. Secondly, the effects of load torque and rotation speed on meshing impact are analyzed. Thirdly, a mathematical model for pinion generator is built with following parameters: tool parameters, initial machine settings, and polynomial coefficients of auxiliary flank modification motion. The polynomial coefficients of the auxiliary flank modification motion are determined by optimizing the minimum impact velocity. Finally, a numerical simulation is performed. The results shows that load torque and pinion rotational speed impose significant influences on the impact. The impact velocity increases with the increase of load torque and pinion rotation speed. With load torque increasing, impact force tends to increase first and then decrease because of meshing stiffness changes, finally impact force increases dramatically due to additional load. The advantages of spiral bevel gear under the optimization of impact velocity in meshing impact are obviously. The accuracy and scientificity of the method presented in the paper for calculating the initial meshing point and meshing stiffness of complicated tooth surfaces is verified. The optimized gear obtained by the optimization method presented in the paper is also proved that owns the lowest meshing impact in the design load range. The proposed optimization method can reduce meshing impact and improve the dynamic meshing performance of spiral bevel gear. This method also can be used for optimum design of other types of gears.

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Simulative and experimental investigation of impacts on gear wheels

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Simulation of Elastic Gears with Non-Standard Flank Profiles

Simulation of Elastic Gears with Non-Standard Flank Profiles

Experimentelle Untersuchung von Einflussgrößen auf das Rasselgeräuschverhalten von Stirnrädern

Impact analysis and vibration reduction design of spiral bevel gears

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