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Körperschallverhalten eines Stirnradgetriebes

 

Bei einem zwischen Elektromotor und Verdichter eingesetzten Stirnradgetriebe mit Doppelschrägverzahnung wurden bei Testläufen für die Rad- und Gehäuseschwingungen sehr schmalbandige Resonanzen beobachtet. Eine Ordnungsanalyse zeigte, dass diese vornehmlich bei der Zahneingriffsfrequenz und deren Vielfachen auftreten. An den Resonanzstellen wurden zusätzlich einseitige Seitenbänder beobachtet.

Um dieses Verhalten zu analysieren, wurde das in der oberen Abbildung dargestellte FE-Modell erstellt. Ein Vergleich von rechnerischer und experimenteller Modalanalyse zeigt eine relative Vorhersagegenauigkeit von besser als 1% für die etwa 120 auftretenden Eigenfrequenzen bis 6 [kHz].

Den im Betrieb beobachteten schmalbandigen Resonanzen konnten bezüglich ihrer Frequenzlage, ihrem Dämpfungsverhalten und ihren Betriebsschwingformen Moden der beiden Radscheiben zugeordnet werden. Die mittlere Abbildung zeigt exemplarisch eine relevante Radeigenform bei etwa 5,6 [kHz].

Wird bei der erzwungenen Schwingungssimulation die Raddrehung nicht berücksichtigt, ergeben sich jedoch charakteristische Abweichungen zu den Messergebnissen. Wie in der unteren Abbildung gezeigt, liefert die Simulation für das stehende Rad jeweils nur Einzelresonanzen (grün), während in der Messung Resonanzpaare (blau) auftreten.

Wird die Drehung des Rades dagegen berücksichtigt, ist die Übereinstimmung der Resonanzstellen wieder besser als 1%, was die rote Kurve in der unteren Abbildung zeigt. Wie in der Messung stellen sich auch in der Simulation für jede Radeigenfrequenz zwei Resonanzen ein.

Die bei der Messung zusätzlich beobachteten einseitigen Seitenbänder resultieren ebenfalls aus der Raddrehung.

PDF-Download

FE-Modell des Radsatzes mit angeschlossenen Kupplungen

Radeigenform bei etwa 5,6 [kHz]

Ordnungsschnitt entlang 2-facher Zahneingriffsfrequenz
oben: Messung; unten: Simulation ohne / mit Einfluss der Raddrehung

© ISMB Dautermann GmbH