Flank modifications for optimal excitation behaviour

Abstract

Considering the layout of flank micro geometries for gearboxes, several goals must be fulfilled namely a high load carrying capacity, a low noise mesh design for a desired load range and the manufacturability. A conventional approach in order to achieve these features relies on various combinations of standard modifications. Normally compromises regarding the different design goals have to be picked from a mass calculation and the different mesh orders cannot be optimized independently using standard modifications. Pitch periodic flank modifications that directly compensate for the transmission error provide an alternative approach. Since these modifications just shift the level of each line of action in order to eliminate the inconstant part of the elastic deformations in the mesh, they can be designed separately after the load distribution was optimized. Theoretical studies show that these flank forms promise very low excitation levels at a chosen target load range while the target of a high load carrying capacity is achieved in another design stage. Experimental investigations with ground specimen funded by FVA/AiF at the FZG dynamics test rig underline these statements. The measured torsional acceleration levels prove that the theoretical advantages of the suggested flank forms – in comparison to standard modifications – can be realised. Limitations of this kind of flank designs result from the complexity of the flank forms or the implications of the gear main geometry on the modifications.

Zusammenfassung

Die Feingestalt von Stirnrädern in Getrieben muss den unterschiedlichen Zielen einer hohen Tragfähigkeit, einer geringen Geräuschanregung über einem bestimmten Lastbereich und der Umsetzbarkeit in der Fertigung zugleich gerecht werden. Konventionelle Ansätze, die Standardkorrekturen in Massenrechnungen kombinieren, machen im Allgemeinen Kompromisse erforderlich und erlauben keine unabhängige Optimierung verschiedener Eingriffsordnungen. Hier bieten teilungsperiodische Korrekturen eine alternative Herangehensweise, indem diese die Drehwegabweichung eines zuvor bereits tragfähigkeitsoptimierten Eingriffes direkt ausgleichen und somit eine getrennte Auslegung hinsichtlich Tragfähigkeit und Geräusch ermöglichen. Rechnerische Studien zeigen, dass diese Flankenformen zu einem theoretisch sehr niedrigen Anregungsniveau über einem breiten Lastbereich führen, während die Tragfähigkeitsziele uneingeschränkt erfüllt werden. Experimentelle Untersuchungen am Dynamikprüfstand der FZG mit Prüflingen, die in FVA/AiF-geförderten Forschungsvorhaben hergestellt wurden, bestätigen diese Vorteile auch im Vergleich zu ebenfalls getesteten Standardkorrekturen u. a. auf Basis der gemessenen Torsionsbeschleunigungspegel. Einschränkungen bei den gezeigten periodischen Korrekturen ergeben sich noch infolge der zum Teil komplexen Korrekturformen und der noch nicht schwerpunktmäßig untersuchten Abhängigkeit von der vorliegenden Verzahnungshauptgeometrie.