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antriebstechnik 8/2018

antriebstechnik 8/2018

GETRIEBE UND

GETRIEBE UND GETRIEBEMOTOREN 05 Harmonische Analysen der Antriebspakete vor und nach der Optimierung Ausgangskonstruktion 1,4 1,2 Amplitude [mm/s] 1 vertikal 0,8 0,6 0,4 0,2 0 0 100 200 300 400 500 Frequenz [Hz] Optimierte Konstruktion Amplitude [mm/s] 1,4 1,2 1 0,8 –30% vertikal 0,6 0,4 0,2 0 0 100 200 300 400 500 Frequenz [Hz] Amplitude [mm/s] 3 2,5 horizontal 2 1,5 1 0,5 0 0 100 200 300 400 500 Frequenz [Hz] Amplitude [mm/s] 3 2,5 2 –60% horizontal 1,5 1 0,5 0 0 100 200 300 400 500 Frequenz [Hz] Zahnsicherheiten nur leicht ab, ohne sich einem kritischen Bereich zu nähern. Der resultierende theoretische Anregungspegel LA der neuen Verzahnung lag um 6 dB (LA0 = 1 N/mm) unter dem Wert der Standardvariante. Im nächsten Schritt wurde die Berechnung des optimierten Antriebspakets um eine harmonische Analyse erweitert. Eine Modalanalyse liefert Frequenzen und Formen, kann aber keine Aussage liefern, welche Schwingungsamplituden in einem Bauteil tatsächlich auftreten. Bei einer harmonischen Analyse werden die Ergebnisse der Modalanalyse durch die Zugabe einer Anregung gewichtet, sodass man Spektren und Schwingungsamplituden von Varianten untereinander vergleichen kann. In dem vorliegenden Fall erfolgte die rechnerische Anregung durch Einleiten einer Kraft an einem Referenzpunkt und Koppelung auf die Struktur des Hohlrades der Planetenvorstufe. Ausgewertet wurden die Beschleunigungen an mehreren Stellen des Antriebs. Die Summenkurven zeigten eine deutliche Reduzierung des Schwingungsniveaus der optimierten Variante im Vergleich zur Ausgangskonstruktion. Besonders in horizontaler Richtung nahm die Amplitude der kritischen Eigenresonanzfrequenz um 60 % ab. Schwinggeschwindigkeit an der Antriebswelle im Verhältnis zur Ausgangskonstruktion [%] Ausgangskonstruktion vertikal 100 66 horizontal 100 72 axial 100 29 Optimierte Konstruktion Tabelle 02: Relative Schwinggeschwindigkeit am Betriebspunkt im Vergleich zwischen der Ausgangskonstruktion und der optimierten Variante Experimentelle Validierung mittels Prüfstandsversuch Beide Varianten wurden auf einem Lastprüfstand schwingungstechnisch untersucht und die Ergebnisse mit den Simulationen und Rechnungen validiert. Der Betriebspunkt für die Messungen lag bei 440 kW und motorseits 1 000 min -1 , wobei der Antriebsmotor am Trafo betrieben wurde. Um Resonanzerscheinungen im Hochlauf bis 1 200 min -1 zu erfassen, wurde der Antrieb anschließend im Umrichterbetrieb bis maximal 250 kW betrieben. Zuerst wurden die Verformungen des Antriebspakets im stationären Betriebspunkt unter Last ausgewertet. Die Versteifungsmaßnahmen resultierten in bis zu 75 % geringeren Verformungen der optimierten Variante an der Antriebswelle der Stirnradvorstufe im Vergleich zur Ausgangskonstruktion. Deutliche Reduzierung der Schwingungsneigung Schwingungsmessungen im Betrieb ergaben für das optimierte Antriebspaket an der Antriebswelle der Stirnradvorstufe im Vergleich zur Ausgangskonstruktion eine deutliche Abnahme der Schwing geschwindigkeit. Der stärkste Rückgang um 71 % wurde in axialer Richtung verzeichnet, aber auch in vertikaler (– 34 %) und horizontaler Richtung (– 28 %) waren die Maßnahmen erfolgreich. Hochläufe ergaben bei der optimierten Variante keine ausgeprägten Resonanzbänder. Zuletzt wurde anhand der Schwingungsspektren verifiziert, welche schwingungstechnischen Maßnahmen zu dem tatsächlichen Rückgang der Schwingungen führten. Der ausgewertete Messpunkt lag antriebsseitig an der Stirnradstufe. Der stärkste Rückgang wurde 20 antriebstechnik 8/2018

GETRIEBE UND GETRIEBEMOTOREN 06 Prozentuale Verbesserung der Auslenkungen nach der Optimierung Absenkungen (vertikal) Verschiebungen (horizontal) –75% –50% –70% –10% bei der Zahneingriffsfrequenz der Stirnradvorstufe verzeichnet, deren Amplitude um bis zu 80 % zurückging. Dies war eindeutig auf die geringere Anregung aus der neuen Verzahnung zurückzuführen. Bei der Zahneingriffsfrequenz der Planetenvorstufe nahm die Amplitude in vertikaler Richtung deutlich ab, während der Trend in horizontaler Richtung nicht so eindeutig war. Im energetischen Mittel nahmen aber auch hier die Amplituden ab. Gleiches galt für die Zahneingriffsfrequenz der Planetenendstufe. Die Schwingungen aus der Antriebsfrequenz nahmen teilweise deutlich ab, was in der steiferen Struktur und damit auch besseren Positionierung der Teile zueinander im Betrieb begründet liegt. Prüfergebnisse bestätigten Simulationsdaten Die Untersuchungen zeigten den Vorteil des Einsatzes von Simulationswerkzeugen für eine zielgerichtete und kostengünstige Optimierung innerhalb des Entwicklungsprozesses. Speziell bei der Optimierung von schweren Antrieben mit großer mechanischer Leistung lässt sich die Anzahl der kosten- und zeitintensiven schwingungstechnischen Versuche deutlich reduzieren und auf das für eine Verifikation nötige Maß beschränken. www.sew-eurodrive.de PRECISION GEARS Seit 50 Jahren führend in hochpräzisen Verzahnungen Zahnräder und verzahnte Wellen 100 – 2.000 mm Alle Fertigungsschritte im Haus 28.000 m² Produktionsfläche Eigene Härterei ZWP Zahnradwerk Pritzwalk GmbH Freyensteiner Chaussee 15 www.zahnradwerk.com D-16928 Pritzwalk

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