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Messdatenbasierte Analyse des vibroakustischen Verhaltens von Wälzlagern bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen

 
: Hensel, Eric; Bräunig, Jan; Kunze, Holger; Drossel, Welf-Guntram; Langer, Thomas

Schlecht, B. ; TU Dresden, Institut für Maschinenelemente und Maschinenkonstruktion:
Dresdner Maschinenelemente Kolloquium, DMK 2015 : 8. und 9. Dezember 2015
Dresden: TUDpress, 2015
ISBN: 978-3-95908-030-9
pp.417-434
Dresdner Maschinenelemente Kolloquium (DMK) <2015, Dresden>
German
Conference Paper
Fraunhofer IWU ()
Wälzlagerakustik; Getriebeakustik

Abstract
Die akustischen Eigenschaften von Getrieben stellen heutzutage Qualitätsmerkmale dar, welche in unterschiedlichsten Bereichen der Industrie immer mehr an Bedeutung gewinnen.
Vor allem durch den Einsatz neuer Antriebstechnologien rückt die Charakterisierung der Geräuschquelle "Getriebe" immer mehr in den Vordergrund. Neben den Verzahnungstufen, welche in Getrieben als Hauptanregungsquelle angesehen werden können, sind noch weitere Getriebekomponenten zu nennen, die Körperschall in die Struktur eintragen können. Ein Beispiel für diese zusätzlichen Anregungsquellen sind im Getriebe eingesetzte Wälzlager. Aufgrund der stetig steigenden Anforderungen an die Akustik eines Systems muss das vibroakustische Verhalten von Wälzlagern in die akustische Systembewertung einfließen, vor allem wenn es sich um Getriebe handelt, in denen keine Verzahnungsstufen vorhanden sind und eventuell auftretende Maskierungseffekte entfallen. Die vorliegende Veröffentlichung befasst sich mit den Zusammenhängen charakteristischer Wälzlagerordnungen und unterschiedlichen Betriebsbedingungen, wobei die Interaktionen der verschiedenen Parameter statistisch auf Basis durchgeführter Messungen ermittelt werden. Die experimentellen Daten wurden an einem speziellen Wälzlagerprüfstand der Firma NKE Austria GmbH erfasst. Der genannte Prüfstand besteht neben den notwendigen Nebenaggregaten, wie beispielsweise der Schmierölversorgung, aus einer von einem Elektromotor angetriebenen Getriebewelle, auf der drei Wälzlager gleichen Typs montiert sind. Das Fehlen einer Verzahnungsstufe begünstigt die Untersuchung des vibroakustischen Wälzlagerverhaltens, da die Lager neben der Antriebseinheit und den Nebenaggregaten die einzigen Körperschallquellen im System darstellen. Mit Hilfe eines hydraulischen
Belastungssystems ist es möglich, unterschiedliche Lastzustände der Wälzlager durch die Variation von Radial- und Axialkraft zu realisieren. Im Rahmen der Untersuchungen wurde das akustische Lagerverhalten in Abhängigkeit der Parameter Drehzahl, Temperatur sowie der axialen und der radialen Lagerbelastung analysiert. Die Erfassung der Schwingungen des Systems erfolgte mit Hilfe von Beschleunigungssensoren sowie berührungslos durch den Einsatz eines 3D-Laserscanning- Vibrometers. Dazu wurden unterschiedliche Messstellen am System gewählt. Die
Signalerfassung mit den Körperschallsensoren erfolgte an den Gehäusestrukturen der drei verbauten Wälzlager. Die berührunglose Messung wurde auf der rotierenden Welle und analog zu den Beschleunigungsaufnehmern auf den Lagergehäusen durchgeführt. Im vorliegenden Fall wurden drei Radial-Rillenkugellager vom Typ 6330-M-C3 untersucht. Auf Basis einer statistischen Versuchsplanung wurde ein Versuchsprogramm erstellt, welches den durch die Einflussgrößen aufgespannten Parameterraum ausreichend genau abtastet, um die spätere Bewertung der Zusammenhänge sicherzustellen. Im ersten Schritt der Auswertung wird das Hauptaugenmerk auf die Charakterisierung der spektralen Signalanteile gelegt. Dies ist erforderlich, um Störanteile, welche beispielsweise von den Nebenaggregaten verursacht werden können, identifizieren zu können und in der statistischen Auswertung sowie der zugrunde liegenden Signalverarbeitung zu berücksichtigen. Zur Realisierung dieser spektralen Anteile werden Drehzahlhochläufe und Ruhepegelmessungen herangezogen. Ziel ist es unter anderem, Grenzen für
Ordnungsextraktionen zu definieren, um die Aufsummierung über mögliche Störanteile zu verhindern.
Im Anschluss an die Charakterisierung spektraler Signalanteile erfolgt die Beschreibung der statistischen Analyse und die der Auswertung zugrunde liegende Signalverarbeitung. Zur Bewertung der Zusammenhänge zwischen den genannten Betriebsparametern und den charakteristischen Wälzlagerordnungen werden statistische Regressionsmodelle auf Basis der durchgeführten Messungen erstellt. Die Messdaten sowie die daraus abgeleiteten Regressionsmodelle werden durch verschiedene statistische Verfahren analysiert und
bewertet. Abschließend werden die genannten Zusammenhänge für ausgewählte Ordnungen aufgezeigt und eingehend analysiert. Damit wird ein Beitrag zum Verständnis des vibroakustischen Verhaltens von Wälzlagern in Abhängigkeit der untersuchten Betriebsparameter geleistet.

: http://publica.fraunhofer.de/documents/N-370645.html