Akustiksimulation von Getrieben in Abaqus

Abstract

Die Geräuschentwicklung eines E-Bike-Antriebs kann ein wichtiger Faktor bei der Kaufentscheidung sein. Diese Geräusche entstehen hauptsächlich durch den Kontakt der Zahnräder im Getriebe. Um den Einfluss verschiedener Zahnradbeschichtungen oder Geometrien auf die Schallabstrahlung zu ermitteln, müssen derzeit Versuche auf Prüfständen durchgeführt werden. Um mögliche Kosten- und Zeiteinsparungen zu erzielen, wird im Rahmen des Forschungsprojektes BLEMA versucht, diesen Prozess durch Simulation zu ersetzen. Im ersten Teil dieses Projektes wurden die Lagerkräfte des Getriebes mittels Mehrkörpersimulation berechnet. Der zweite Teil, und Schwerpunkt dieser Masterarbeit, umfasste die Simulation der Schallabstrahlung des Getriebegehäuses aufgrund dieser Lagerkräfte. Zusätzlich wurde ein Workflow entwickelt, um alle Simulationsschritte so weit wie möglich zu automatisieren. Für die Berechnung der Schallabstrahlung wurde die Methode der äquivalenten abgestrahlten Schallleistung (ERP) gewählt. Zuerst wurde eine Finite-Elemente Simulation in Abaqus durchgeführt, um die Knotengeschwindigkeiten der Struktur zu bestimmen. Danach wurde auf Basis dessen die Methode des ERP als Python-Skript implementiert, um für eine beliebige Struktur die Schallleistung und Schallintensität zu berechnen. Der Workflow wurde schließlich auf ein ideales, perfektes Zahnrad und auch auf ein reales, gemessenes Zahnrad angewandt. Das Python-Skript für die Bewertung der Akustik generiert einige Plots für die Schallleistung der Struktur, zusätzlich wird auch die Schallintensität in die Abaqus-Ergebnisdatei gespeichert, so dass die Daten in Abaqus visualisiert werden können. Die hier vorgestellte Methode ist im Vergleich zu einer Fluid-Struktur-gekoppelten Simulation wesentlich schneller und kann schon früh im Entwicklungsprozess eingesetzt werden. Durch die Verwendung von Python-Skripten kann diese Simulation sehr gut in den Workflow integriert werden. Verschiedene Zahnräder können mit diesem Workflow mit sehr geringem manuellem Aufwand simuliert und miteinander verglichen werden.

Datum der Bewilligung	2024
Originalsprache	Deutsch (Österreich)
Betreuer/-in	Wolfgang Steiner (Betreuer*in)