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Experimenteller Ansatz zur Lösung des Seitenbandgeräusches von Miniatur-Planetengetrieben

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Schwingungs- und Geräuschspektren von Miniatur-Planetengetrieben weisen in der Regel Komponenten bei bestimmten Frequenzen um die Zahneingriffsfrequenz (Zahndurchgang) und ihre höheren Harmonischen auf, die als Modulationsseitenbänder bezeichnet werden.

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Sie machen einen erheblichen Teil der vom Getriebe erzeugten Vibrationen und Geräusche aus. Seitenbänder haben Einfluss auf die Messung der Geräuschqualität und können wertvolle Hinweise auf Zahnradkombinationen, die Phasenlage der Planeten, Fertigungsfehler wie Exzentrizität, Rundlauffehler im Zahnradsatz, Positionsfehler der Planetenbolzen usw. liefern. Der erste kritische Schritt bei der Entwicklung und Kontrolle der Seitenbandaktivität eines Planetengetriebes ist die Entwicklung eines komprimierten Ansatzes zur Analyse von Modulationsseitenbändern sowie die Beschreibung der Mechanismen, die Seitenbänder verursachen. Der Beitrag beschreibt die Untersuchung von Seitenbändern, die Korrelation mit Testergebnissen und Lösungen zur Minimierung des Rauschens.

EINFÜHRUNG

Heutzutage werden Bewegungslösungen mit Hilfe von Miniaturmotoren und -getrieben in verschiedenen Anwendungen wie Medizin, Industrie, Robotik, Luft- und Raumfahrt usw. eingesetzt. Die meisten dieser Anwendungen verwenden Planetengetriebe aufgrund ihres hohen Leistungsdichteverhältnisses, was jedoch die Komplexität des Systems erhöht und zu Problemen wie Geräuschen führen kann. Einige der Geräuschprobleme entstehen durch das Vorhandensein von Seitenbändern. Da diese Produkte von Menschen in ihrer Arbeitsumgebung verwendet werden, müssen die kritischen Aspekte von Lärm und Vibrationen berücksichtigt werden. Asymmetrische Seitenbänder werden häufig bei Geräuschproblemen von Planetengetrieben beobachtet und unterscheiden sich von den typischen Seitenbändern, die symmetrisch um die Eingriffsordnung (oder Eingriffsfrequenz) des Getriebes angeordnet sind. Die asymmetrischen Seitenbänder werden durch Phasenunterschiede zwischen den verschiedenen Eingriffspunkten hervorgerufen. Die Lage der Seitenbänder kann mit Kenntnis der Zahnradsatzparameter berechnet werden. Die Positionen der ineinander greifenden Zahnräder beeinflussen das Getriebegeräusch auf verschiedene Weise. Eine davon ist die Erzeugung von Seitenbändern (verursacht durch die Modulation) um die Eingriffsfrequenzen oder Eingriffsreihenfolgen, wenn die Zahnradsätze ausgelaufen sind, Teilungsfehler, Positionsfehler der Planetenbolzen und/oder Unwucht aufweisen [1,2].

Es gibt drei Arten von Modulationen: Amplitudenmodulation (AM), Frequenzmodulation (FM) oder Phasenmodulation (PM). Randall beschrieb AM und FM bei der Messung von Getriebegeräuschen [3]. AM erzeugt zwei symmetrische Seitenbänder um die Eingriffsordnung.

(Mittenfrequenz) zwei symmetrische Seitenbänder, eines auf jeder Seite, die allgemein als unteres und oberes Seitenband bezeichnet werden. FM oder PM erzeugt eine praktisch unendliche Anzahl von Seitenbändern. Wenn mehrere Zahnradpaare gleichzeitig ineinandergreifen, wie z. B. bei den in Planetengetrieben weit verbreiteten Planetenradsätzen, ist häufig ein Phänomen zu beobachten: Die Seitenbänder sind nicht mehr symmetrisch, sondern treten nur noch auf einer Seite der Eingriffsordnung auf. Darüber hinaus ist die Rauschamplitude in der Eingriffsordnung deutlich geringer als das/die Seitenband/e oder geht sogar gegen Null. McFadden und Smith lieferten eine mathematische Erklärung [4], die besagt, dass die unterschiedlichen Phasenbeziehungen zwischen den Zahneingriffspunkten die asymmetrischen Seitenbänder verursachen. Die unterschiedlichen Phasenbeziehungen zwischen den Zahneingriffspunkten verursachen die asymmetrischen Seitenbänder. In einem typischen Planetenradsatz erzeugt jeder Eingriffspunkt ein Geräusch. Obwohl jedes Geräusch die gleiche Frequenz und Amplitude hat, sind die Phasen aufgrund der unterschiedlichen Zahneingriffszeit zwischen den Eingriffspunkten nicht identisch.

In diesem Beitrag wird ein experimenteller Ansatz zur Lösung von Planeten-Seitenbandgeräuschen durch NVH-Messungen und Abrissanalyseverfahren vorgestellt. Das Papier hebt den Best of Best (BOB) und Worst of Worst (WOW) Ansatz hervor, um 5 beste und 5 schlechteste Proben durch Geräusch- und Vibrationsmessungen zu vergleichen. Die Geräusch- und Schwingungssignatur hebt das Vorhandensein von Seitenbandgeräuschen in den WOW-Proben hervor, die dann für eine Abrissanalyse herangezogen werden, um die Ursache des Seitenbandgeräusches zu ermitteln.

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