Neues FVA Projekt: Validierung Verzahnungsmodellierung für Systemsimulation (MKS)

Validierung Verzahnungsmodellierung für Systemsimulation (MKS)

Im Kontext sich stetig verkürzender Produktlebenszyklen ermöglichen Methoden der virtuellen Produktentwicklung (VPE), die Anzahl an physischen Prototypen zu verringern. Dadurch können Entwicklungskosten gespart und -zeiten verringert werden. Um zusätzlich die kontinuierlich steigenden Anforderungen an Individualisierung und die damit einhergehende Variantenvielfalt bewältigen zu können, sind numerische Modelle als ein Werkzeug von VPE unerlässlich.

Gleichzeitig steigen die Anforderungen, die die Kunden insbesondere an die unter dem Begriff NVH (Noise, Vibration, Harshness) zusammengefasste akustische Eigenschaft und das Komfortverhalten von Produkten stellen. Insbesondere im Kraftfahrzeugmarkt ist das NVH-Verhalten häufig ausschlaggebend für das Kaufverhalten. Dabei stellen Verzahnungsanregungen aufgrund von periodisch veränderlichen Eingriffssteifigkeiten sowie Formabweichungen einen der dominanten Anregungsmechanismen dar. Im Zuge der fortschreitenden Elektrifizierung der Mobilität und dem damit einhergehenden Wegfall des maskierenden Geräuschs des Verbrennungsmotors rücken Getriebegeräusche noch stärker in den Fokus, da sie vom Fahrer aufgrund ihrer tonalen und/oder rasselnden Geräuschcharakteristik als besonders unangenehm empfunden werden können. Insbesondere die Auslegung flexibler Radkörper im Zuge der Ausschöpfung des Leichtbaupotenzials zur Steigerung der Leistungsdichte stellt eine Herausforderung dar, da die Nachgiebigkeit der Radkörper mit den Zahneingriffssteifigkeiten in Wechselwirkung steht. Um bereits im frühen Stadium des Entwicklungsprozesses mögliche Auffälligkeiten im NVH-Verhalten identifizieren und Optimierungsmaßnahmen ableiten zu können, haben sich im Kontext der VPE die Methoden der elastischen Mehrkörpersimulation (eMKS) im Entwicklungsalltag etabliert. Eine recheneffiziente, hinreichend genaue und universell einsetzbare Methodik zur Modellierung von Verzahnungsanregungen und -steifigkeiten ist daher unerlässlich, um bereits in frühen Phasen des Entwicklungsprozesses Optimierungsmaßnahmen bzgl. des akustischen Verhaltens identifizieren und bewerten zu können. Dabei ist insbesondere in dem von Verzahnungsanregungen dominierten höheren Frequenzbereich von einigen kHz die ortsrichtige Kraftaufprägung der Verzahnungsanregungen in der eMKS notwendig, um das flexible Verhalten der Radkörper und Wellen korrekt im Transferpfad von der Anregung zur Schallabtrahlung berücksichtigen zu können. Daher ist im Rahmen des vorangegangenen Forschungsvorhabens FVA 764 I eine Methodik entwickelt worden, die es ermöglicht, auf Basis einer Vorabberechnung von Steifigkeitskennfeldern die Verzahnungsanregungen recheneffizient und ortsrichtig in der eMKS berücksichtigen zu können. Im Zuge dessen ist eine Verifizierung der kommerziell verfügbaren Methode in SIMPACK nach Weber-Banaschek durchgeführt worden. Insbesondere im dynamischen Verhalten sind dabei Abweichungen bzgl. der lastabhängigen Eigenfrequenz der durch die Verzahnungssteifigkeit geprägten Mode aufgetreten.

Eine ausführliche Validierung der entwickelten Methode ist daher im Hinblick auf die Abbildung der quasistatischen Zahneingriffssteifigkeiten, des strukturdynamischen Anregungsverhaltens und der lastabhängigen Eigenfrequenzen der durch die Verzahnungssteifigkeit geprägten Mode notwendig, um weiteren Entwicklungsbedarf aufzuzeigen.

Ziel des Vorhabens ist es, dem Entwicklungsingenieur eine validierte Methode zur Verfügung zu stellen, die auch eine vorwärts gerichtete Modellierung mit nur geringen Unsicherheiten erlaubt.

Das Projekt 764 II der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. (FVA) wird über Eigenmittel finanziert.