Entwicklung einer innovativen Methode zur Beurteilung der Anregung im Getriebe basierend auf psychoakustischen Berechnungsansätzen
Final Report Abstract
Das Ziel des Forschungsvorhabens war die Entwicklung einer Methode, die es gestattet, die gehörbezogene Geräuschbewertung in der Auslegung von Zahnradgetrieben zu berücksichtigen. Dieses Ziel wurde mit der Erarbeitung des vibroakustischen Zusammenhangs zwischen der Verzahnungsanregung und der Geräuschwahrnehmung sowie der Ableitung einer Methode zur rechnerischen Abbildung dieses Zusammenhangs erreicht. Die Grundlage zum Erreichen dieses Ziels stützt sich auf vier Aspekte. Die Ausgangslage bildet das Verständnis und die Übertragung der psychoakustischen Bewertungsverfahren für Luftschall auf das Verzahnungsgeräusch. Das Verzahnungsgeräusch wird wiederum durch verschiedene Anregungseffekte im Zahneingriff hervorgerufen, sodass der zweite Schwerpunkt des Vorhabens auf der Untersuchung der einzelnen Anregungseffekte in der Auswirkung auf das Verzahnungsgeräusch lag. Der dritte zentrale Aspekt des Vorhabens wurde durch den Zusammenhang zwischen der quasistatischen sowie der dynamischen Anregung und der Signalcharakteristik des Verzahnungsgeräuschs gebildet. Auf Grundlage dieser Ergebnisse wurden Korrelationsbetrachtungen durchgeführt, die die psychoakustische Signalanalyse des Verzahnungsgeräusches in der Verzahnungsauslegung ermöglichen. Die zum Erreichen des Vorhabenziels durchgeführten Arbeiten gliedern sich hauptsächlich in sechs Teilschritte. Zunächst wurde eine Analyse bestehender psychoakustischer Bewertungsverfahren für Geräusche in Hinblick auf verzahnungsspezifische Charakteristiken vorgenommen und wesentliche Aspekte der Geräuschanregung von Verzahnungen herausgestellt. Im zweiten Schritt wurde ein experimenteller Versuchsgegenstand definiert. Dieser umfasst die Konzeptionierung, Fertigung und Untersuchung eines Versuchsaufbaus und von Prüfradsätzen, die sich in ihrem radsatzspezifischen Anregungsverhalten unterscheiden. Ein wesentliches Resultat dieses Arbeitsschrittes ist ein Prüfsystem, das die Untersuchungen des unterschiedlichen Anregungsverhaltens verschiedener Verzahnungsgeometrien in Hinblick auf den vibro- und psychoakustischen Zusammenhang zwischen der Anregung, dem Körperschall und dem Luftschall gestattet. Mit diesem System wurden umfangreiche experimentelle Versuchsläufe durchgeführt und für alle definierten Prüfradsätze die vibroakustischen Messgrößen rotorsynchron erfasst. Dabei erfolgte zunächst eine psychoakustische Bewertung der Luftschallemission bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen. Mit diesen Analysen wurde ein entscheidender Einfluss der Geometriegestaltung der Verzahnung auf die psychoakustischen Geräuschmerkmale der Lautheit und Tonalität festgestellt, während für die Attribute der Schärfe und Rauigkeit nur eine geringe Einflussnahme ermittelt werden konnte. In weiteren Untersuchungen wurde der Einfluss des umgesetzten Prüfsystems auf die vibroakustische Geräuschentstehung betrachtet. Mit Hilfe von Analysen des Strukturschwingungsverhaltens konnten dabei Eigenschwingformen des Versuchsgetriebes identifiziert werden, die entscheidenden Einfluss auf die Übertragung der Verzahnungsanregung in Schalldruck und damit auf die Signalcharakteristik der Luftschallemission haben. Weitere Analysen der Lagervorspannung, der Lagerart und der Ölviskosität zeigten nur geringe Einfluss auf die Geräuschwahrnehmung. Weiterhin wurden Korrelationsanalysen zwischen der Verzahnungsanregung und dem Luftschall in Hinblick auf die psychoakustischen Merkmale durchgeführt. Dabei wurde eine weitestgehend hohe Übereinstimmung festgestellt, die durch Berücksichtigung des vibroakustischen Übertragungsverhaltens und von Fremdgeräuschen im Luftschall weiter gesteigert werden kann. Darauf aufbauend wurde im letzten Schritt eine Simulationsmethode abgeleitet, die auf der Berechnung des dynamischen Anregungsverhaltens und der Luftschallsynthese beruht. Auf Basis der Validierung dieser Methode mit Hilfe der experimentellen Versuchsläufe steht nun ein Verfahren zur Verfügung, das eine wahrnehmungsbezogene Geräuschbewertung auch bislang nicht gefertigter Verzahnungen in der Auslegung gestattet.
Publications
- Maschinenakustische Schwingungsübertragung bei der psychoakustischen Bewertung der Geräuschanregung von Zahnradgetrieben. in: VDI-Berichte Nr. 2170, VDI-Verlag GmbH, Düsseldorf, 2012, S. 125-136
Brecher, C.; Brumm, M.; Carl, C.
- Psychoakustische Bewertung der Geräuschanregung von Verzahnungen. in: 38. Jahrestagung für Akustik - Fortschritte der Akustik - DAGA 2012, Deutsche Gesellschaft für Akustik e.V., 19.-22. März 2012 in Darmstadt, Hrsg.: Hanselka, H., Fortschritte der Akustik DAGA 2012, Deutsche Gesellschaft für Akustik e.V. (DEGA) Berlin 2012, ISBN 978-3-939296-04-1, S. 35-36
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- Systematic Approach for the Psychoacoustic Analysis of Dynamic Gear Noise Excitation. AGMA Technical Paper 12FTM09, American Gear Manufacturers Association Alexandria/ USA 2012, ISBN 978-1-61481-040-7
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- Application of Psychoacoustics on the Machinery Noise Emission of Gear Transmissions. In: AIA-DAGA 2013, International Conference on Acoustics, Merano- Including the 40th Italian (AIA) Annual Conference on Acoustics and the 39th German Annual Conference on Acoustics (DAGA) , Hrsg.: (DEGA), Deutsche Gesellsch. f. Akustik Berlin 2013, ISBN 978-3-939296-05-8 , S. 1095-1096
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- Experimental analysis and numerical simulation of the psychoacoustic evaluation of gearbox noise. in: VDI-Berichte Nr. 2199, VDI-Verlag GmbH, Düsseldorf, 2013, S. 753-764
Brecher, C.; Brumm, M.; Carl, C.
