DE102007042762A1 - Apparatus and method for reducing rattle noise in a gear transmission - Google Patents
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Abstract
Es wird eine Einrichtung zur Reduzierung von Rasselgeräuschen in einem Zahnradgetriebe vorgeschlagen, welche ein an der der Synchronisierung (2) abgewandten Seite des angetriebenen Zahnrades (1) eines Zahnradpaares montiertes verzahntes, ringförmiges und in Umfangsrichtung federndes Federelement (3) umfasst, welches die gleiche Zähneanzahl und Zahngeometrie aufweist wie das angetriebene Zahnrad (1) und derart mit dem Zahnrad (1) verbunden ist, dass dessen Zähne (6) bezüglich der Zähne (7) des Zahnrades (1) um eine vorgegebene Abweichung winkelversetzt angeordnet sind, so dass, wenn das angetriebene Zahnrad (1) mit dem antreibenden Zahnrad (4) im montierten Zustand in Eingriff steht, das Federelement (3) vorgespannt ist.It is proposed a device for reducing rattle noise in a gear transmission, which comprises a on the side facing away from the synchronization (2) side of the driven gear (1) of a pair of gears mounted toothed, annular and circumferentially resilient spring element (3) having the same number of teeth and tooth geometry such as the driven gear (1) and connected to the gear (1) such that its teeth (6) are angularly offset with respect to the teeth (7) of the gear (1) by a predetermined deviation such that the driven gear (1) is engaged with the driving gear (4) in the assembled state, the spring element (3) is biased.
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Reduzierung von Rasselgeräuschen in einem Zahnradgetriebe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Des weiteren bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Reduzierung von Rasselgeräuschen in einem Zahnradgetriebe.The The present invention relates to a device for reduction of rattle noise in a gear transmission according to the The preamble of claim 1. Furthermore, the Invention to a method for reducing rattle noise in a gear transmission.
Rassel- und Klappergeräusche entstehen durch Schwingungen unbelasteter Zahnräder und Schaltungsteilen innerhalb ihres funktions- und fertigungsbedingten Spiels und werden üblicherweise durch Torsionsschwingungen der Getriebewellen verursacht.Rattle- and rattling noises are caused by vibrations of unloaded Gears and circuit components within their functional and production-related game and are usually by Caused torsional vibrations of the transmission shafts.
Wenn die Amplitude der Torsionsschwingungen eine Schwelle überschreitet, heben die nicht geschalteten Losräder des Getriebes von ihrer Zugflanke ab und schwingen innerhalb des Zahnflankenspiels hin und her, wobei die Amplitude der Torsionsschwingungen vom Massenträgheitsmoment des Losrads und dem auf das Losrad verzögernd wirkenden Schleppmoment abhängt; die Stöße beim Auftreffen der Losteile an den Spielgrenzen sind die Ursache für die entstehenden Geräusche, welche sowohl in der Neutralstellung des Getriebes als auch während der Fahrt auftreten können. Die Torsionsschwingungen der Getriebewellen werden durch die Ungleichförmigkeit der Motordrehzahl aufgrund des periodischen Verbrennungsprozesses verursacht, wobei die Maßnahmen zur Verbrauchs- und Emissionsreduzierung die Ungleichförmigkeit des Verlaufs der Motordrehzahl erhöhen.If the amplitude of the torsional vibrations exceeds a threshold, lift the non-shifted idler gears of the transmission from their traction edge and swing within the backlash back and forth, where the amplitude of the torsional vibrations of the moment of inertia of the loose wheel and the delaying acting on the idler gear Drag torque depends; the shocks at Impact of the loose parts on the game boundaries are the cause of the resulting noise, which in both the neutral position of the transmission as well as while driving can occur. The torsional vibrations of the gear shafts are due to the nonuniformity the engine speed due to the periodic combustion process causing the measures to reduce consumption and emissions increase the non-uniformity of the course of the engine speed.
Die Schwingungen der Zahnräder werden direkt oder über Lager als Körperschall auf die Wellen des Getriebes übertragen, wobei der größte Teil über die Wellenlagerungen an das Gehäuse übertragen wird, wo die Schwingungen oft aufgrund von Resonanzeffekten in nachteiliger Weise verstärkt werden. Vom Getriebegehäuse wird ein Teil der Schwingungen direkt als Luftschall abgestrahlt, wobei ein anderer Teil als Körperschall über die Getriebeaufhängungen an die Karosserie weitergeleitet wird.The Vibrations of the gears are directly or over Bearing transmitted as structure-borne noise to the shafts of the transmission, the largest part about the shaft bearings is transmitted to the housing, where the vibrations are often adversely enhanced due to resonance effects. from Gearbox becomes part of the vibrations directly as Airborne sound emitted, with another part as structure-borne noise over the transmission suspensions forwarded to the body becomes.
Zur Reduzierung der Rasselgeräusche ist aus dem Stand der Technik bekannt, in einer Kupplungsscheibe angeordnete Torsionsdämpfer zu verwenden, wobei dadurch der Nachteil entsteht, dass aufgrund der Anordnung des Torsionsdämpfers in der Nähe des Mittelpunktes der Kupplungsscheibe der Bauraum beschränkt wird, was zu Problemen bei der Isolierung führt.to Reduction of rattle noise is known in the art known, arranged in a clutch disc torsion damper to use, thereby creating the disadvantage that due the arrangement of the torsion damper in the vicinity the center of the clutch disc of the space limited which leads to problems with the insulation.
Eine weitere Möglichkeit die Rasselgeräusche zu reduzieren, besteht darin, dass Zwei-Massenschwungräder verwendet werden; diese werden in der Regel bei Luxusfahrzeugen oder bei Fahrzeugen mit sehr hoher Geräuschentwicklung eingesetzt. Durch die Verwendung von Zwei-Massenschwungrädern wird die Schwingungsfrequenz derart verlagert, dass sie in einem nicht verwendeten Bereich liegt; üblicherweise liegt die Schwingungsfrequenz unterhalb der Leerlaufdrehzahl des Fahrzeugmotors. In nachteiliger Weise resultiert die Verwendung von Zwei-Massenschwungrädern in einer signifikanten Kostenerhöhung. Zudem kann beim Anlassen des Motors die auftretende Resonanz zu einer Beschädigung der Zwei-Massenschwungräder führen. Ein weiteres Problem kann bei sportlicher Fahrweise entstehen; hierbei können die Massen bei einer schnellen Kupplungsbetätigung aufeinanderprallen, wodurch eine sehr hohe Drehmomentspitze entsteht.A Another possibility to reduce the rattle noise, is that two-mass flywheels are used; These are usually used in luxury vehicles or vehicles used with very high noise. By the Using two-mass flywheels becomes the vibration frequency relocated to lie in an unused area; usually the oscillation frequency is below the idle speed of the Vehicle engine. Disadvantageously, the use results of two-mass flywheels in a significant cost increase. In addition, when starting the engine, the resonance occurring Damage to the two-mass flywheels to lead. Another problem can be with sporty driving arise; Here, the masses in a fast Clutch operation collide, creating a very high torque peak arises.
Des weiteren ist aus dem Stand der Technik bekannt, zur Reduzierung der Rasselgeräusche Tilger zur Schwächung der Resonanzerscheinungen zu verwenden. Hierbei weist der Tilger dieselbe Resonanzfrequenz aber eine entgegengesetzte Phase auf. Der konstruktive Aufwand bei der Verwendung von Tilgern erweist sich aufgrund der erforderlichen Abstimmung als hoch.Of Another is known from the prior art, for reduction the rattling noise absorber to weaken the To use resonance phenomena. Here, the absorber has the same Resonant frequency but an opposite phase. The constructive Effort in the use of absorbers proves due to the required vote as high.
Aus dem Stand der Technik ist auch bekannt, Maßnahmen zur Reduzierung der Rasselgeräusche zu ergreifen, welche auf einer Modifikation der Zahnräder basieren.Out the prior art is also known measures to reduce to seize the rattle noise, which on a modification the gears are based.
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Rahmen der
Des weiteren ist vorgeschlagen worden, zwischen einer Synchronisierung und dem zugeordneten Zahnrad sowie zwischen den Bauteilen einer Synchronisierung Wellringfedern anzuordnen, wodurch eine Reibungskraft erzeugt wird, um eine Schwingung der Bauteile zu reduzieren.Of Another has been suggested between a synchronization and the associated gear and between the components of a synchronization To arrange corrugated springs, whereby a frictional force is generated, to reduce vibration of the components.
Aus
der
Hierbei ist vorgesehen, dass zwischen dem ersten und dem zweiten Zahnrad der zusätzlichen Welle ein vorgespanntes Federelement vorgesehen ist, um auf das Antriebszahnradpaar und das Abtriebszahnradpaar ein Feder moment zur Unterdrückung der Zahnradgeräusche zu übertragen, wobei das Federmoment größer ist als das Trägheitsmoment des Antriebs- oder des Abtriebszahnradpaares. Diese Konstruktion erfordert einen hohen Herstellungs- und Montageaufwand; des weiteren werden durch die zusätzliche Welle, die nicht der Momentübertragung dient, das Gewicht und der erforderliche Bauraum in nachteiliger Weise erhöht.in this connection is provided that between the first and the second gear the additional shaft is provided with a prestressed spring element, To the drive gear pair and the output gear pair a spring moment to transmit the gear noise, wherein the spring moment is greater than the moment of inertia the drive or the output gear pair. This construction requires a high manufacturing and assembly costs; Furthermore be through the extra wave, not the moment transfer serves, the weight and the required space in disadvantageous Way increased.
Die
Des
weiteren ist aus der
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Reduzierung von Rasselgeräuschen in einem Zahnradgetriebe anzugeben, welche kostengünstig herstellbar und montierbar ist und die Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten Einrichtungen vermeidet. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Reduzierung von Rasselgeräuschen in einem Zahnradgetriebe anzugeben.Of the present invention is based on the object, a device to reduce rattle noise in a gear drive specify which is inexpensive to produce and assemble and the disadvantages of the known from the prior art devices avoids. Another object of the invention is a method to reduce rattle noise in a gear drive specify.
Diese Aufgabe wird für eine Einrichtung zur Reduzierung von Rasselgeräuschen in einem Zahnradgetriebe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst; ein Verfahren zur Reduzierung von Rasselgeräuschen in einem Zahnradgetriebe ist Gegenstand des Patentanspruchs 9. Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen und Vorteile gehen aus den entsprechenden Unteransprüchen hervor.These Task is for a device for reducing rattle noise in a gear transmission by the features of claim 1 solved; a method for reducing rattle noise in a gear transmission is the subject of claim 9. Other inventive embodiments and advantages will be apparent from the corresponding subclaims.
Demnach wird vorgeschlagen, mittels eines an der der Synchronisierung abgewandten Seite des angetriebenen Zahnrades eines Zahnradpaares eines Zahnradgetriebes angebrachten verzahnten, ringförmigen und in Umfangsrichtung federnden Federelementes, welches mit den Zähnen des Antriebszahnrades in Wirkverbindung steht, eine Gegenkraft Fci zu erzeugen, deren Betrag gleich oder größer ist als der Betrag der Kraft, die aufgrund der durch die Ungleichförmigkeit der Motordrehzahl entstehenden Winkelbeschleunigung und des Massenträgheitsmomentes J des Antriebszahnrades verursacht wird.Accordingly, it is proposed by means of a on the side facing away from the synchronization of the driven gear of a gear pair of a gear transmission toothed, annular and circumferentially resilient spring element, which is in operative connection with the teeth of the drive gear, to generate a counter force F ci whose amount is equal to or greater than the amount of Force caused by the angular acceleration resulting from the engine speed nonuniformity and the moment of inertia J of the drive gear.
Gemäß der Erfindung weist das ringförmige Federelement eine Außenverzahnung mit der gleiche Zähneanzahl und Zahngeometrie auf, wie das angetriebene Zahnrad und wird derart montiert, dass dessen Zähne bezüglich der Zähne des Zahnrades um eine vorgegebene Abweichung winkelversetzt angeordnet sind. Wenn das angetriebene Zahnrad mit den antreibenden Zahnrad (Antriebszahnrad) im montierten Zustand in Eingriff steht, ist das Federelement vorgespannt, wobei die Vorspannkraft der berechneten Gegenkraft Fci entspricht.According to the invention, the annular spring element has an external toothing with the same number of teeth and tooth geometry as the driven gear and is mounted such that its teeth are angularly offset with respect to the teeth of the gear by a predetermined deviation. When the driven gear is engaged with the driving gear (driving gear) in the assembled state, the spring element is biased, the biasing force corresponding to the calculated counterforce F ci .
Das Federelement kann erfindungsgemäß mit dem angetriebenen Zahnrad mittels Laserstrahlschweißen oder Stromschweißen verbunden werden. Es ist auch möglich, die beiden Teile durch Verpressen oder durch Formschluss miteinander zu verbinden. Hierbei wird zur Herstellung der Verbindung radial betrachtet der innere Teil des Federelementes verarbeitet, so dass die Zähne des Federelementes nicht mit dem Zahnrad bzw. mit den Zähnen des Zahnrades direkt verbunden sind.The Spring element according to the invention with the driven Gear by means of laser beam welding or current welding get connected. It is also possible the two parts To connect by pressing or by positive engagement with each other. This is considered for the preparation of the connection radially of inner part of the spring element processed so that the teeth of the spring element not with the gear or with the teeth of the gear are directly connected.
Im Rahmen einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, zusätzlich zur mittels des Federelementes erzeugten Gegenkraft eine Gegenkraft zu erzeugen, die durch Reibung zwischen dem Federelement und dem angetriebenen Zahnrad erzeugt wird. Hierbei ist im Rahmen einer ersten Ausführungsform vorgesehen, dass das Federelement eine Tellerfedergeometrie aufweist, so dass nach der Montage die Zähne des Federelementes gegen die Zähne des Zahnrades aufgrund der durch die Tellerfedergeometrie erzeugten Normalkraft gedrückt werden.in the Within the scope of an advantageous development of the invention, it is proposed in addition to the counterforce generated by means of the spring element to generate a counterforce caused by friction between the spring element and the driven gear is generated. Here is in the frame a first embodiment, that the spring element has a diaphragm spring geometry, so that after assembly the Teeth of the spring element against the teeth of the gear due to the normal force generated by the diaphragm spring geometry be pressed.
Alternativ zu der Tellerfedergeometrie des Federelementes kann vorgesehen sein, dass die dem Federelement zugewandte Seite des angetriebenen Zahnrades konkav ausgebildet ist, so dass nach der Montage des plan ausgeführten Federelementes eine Normalkraft erzeugt wird, welche die Zähne des Federelementes gegen die Zähne des Zahnrades drückt.alternative to the diaphragm spring geometry of the spring element can be provided that the spring element facing side of the driven gear is concave, so that after the assembly of the plan executed Spring element is generated a normal force, which the teeth of the spring element presses against the teeth of the gear.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:The Invention will be described below with reference to the accompanying drawings exemplified in more detail. Show it:
Erfindungsgemäß wird davon ausgegangen, dass die Winkelbeschleunigung ẇ der Getriebewellen aufgrund der Ungleichförmigkeit der Motordrehzahl variiert, wodurch Rasselgeräusche aufgrund des Zahnflankenspiels entstehen und davon, dass die drehenden Massen ein von der Geometrie und dem Herstellungsmaterial abhängiges Massenträgheitsmoment J aufweisen.According to the invention, it is assumed that the angular acceleration ẇ of the transmission shafts varies due to the non-uniformity of the engine speed, whereby rattling noises arise due to the backlash and that the rotating masses have a depending on the geometry and the manufacturing material mass moment of inertia J.
Wenn das Antriebszahnrad aufgrund der Ungleichförmigkeit der Motordrehzahl beschleunigt wird, wird aufgrund der Wirkverbindung mit dem ange triebenen Zahnrad dieses mitbeschleunigt; wenn jedoch nach dieser Beschleunigung das Antriebszahnrad, z. B. aufgrund einer Zylinderdekompression des Verbrennungsmotors abgebremst wird, erfolgt ein Stoß zwischen einem Zahn des angetriebenen Zahnrades und einem Zahn des Antriebszahnrades, da das angetriebene Zahnrad aufgrund der Trägheit nicht so stark abgebremst wird, wodurch das Rasseln entsteht.If the drive gear due to the nonuniformity of Engine speed is accelerated, due to the operative connection mit the accelerated gear this accelerated; but when after this acceleration, the drive gear, z. B. due to a Cylinder decompression of the engine is decelerated, takes place Shock between a driven gear tooth and a tooth of the drive gear, since the driven gear due The inertia is not slowed down so much, causing the Rattles arise.
Daher wird vorgeschlagen, am angetriebenen Zahnrad eines Zahnradpaares eine Gegenkraft Fci auf das antreibende Zahnrad auszuüben, deren Betrag gleich oder größer ist als der Betrag der Kraft, die aufgrund der Winkelbeschleunigung und des Massenträgheitsmomentes J des antreibenden Zahnrades verursacht wird. Dadurch bleiben die Zähne des angetriebenen Zahnrades mit den Zähnen des Antriebszahnrades stets in Wirkverbindung, was in einer Vermeidung der Stöße und somit der Rasselgeräusche resultiert.Therefore, it is proposed to apply to the driven gear of a gear pair, a counterforce F ci on the driving gear whose amount is equal to or greater than the amount of force caused by the angular acceleration and the moment of inertia J of the driving gear. As a result, the teeth of the driven gear with the teeth of the drive gear always remain in operative connection, resulting in avoiding the shocks and thus the rattle noise.
Es gilt: Fci = Tci/r, mit Tci = Gegenmoment in Nm und r = Radius der Ausübung der Gegenträgheitskraft am Zahnrad in m.The following applies: F ci = T ci / r, where Tci = counter torque in Nm and r = radius of the counter force applied to the gear in m.
Für das Gegenmoment gilt auch: Tci = Jzz × ẇ, wobei Jzz das Massenträgheitsmoment bei Rotation um die z-Achse, d. h. die Drehachse des Zahnrades ist. Es gilt auch: mit m = Masse des Zahnrades in kg, D = Außendurchmesser des Zahnrades in m (Grunddurchmesser, da die Massenverteilung am Außendurchmesser eines Zahnrades nicht kontinuierlich ist) und d = Innendurchmesser des Zahnrades in m.For the counter torque also applies: Tci = J zz × ẇ, where J zz is the mass moment of inertia when rotating about the z-axis, ie the axis of rotation of the gear. It also applies: with m = mass of the gear in kg, D = outer diameter of the gear in m (basic diameter, since the mass distribution on the outer diameter of a gear is not continuous) and d = inner diameter of the gear in m.
Demnach gilt:mit V = Volumen des angetriebenen Zahnrades, I = Breite des Zahnrades, ρ = Dichte, für den Fall von Stahl 7850 kg/m3 Accordingly: with V = volume of the driven gear, I = width of the gear, ρ = density, in the case of steel 7850 kg / m 3
Die Kraft Fci ist durch die maximale Winkelbeschleunigung der Getriebewellen, den Außendurchmesser und den Innendurchmesser des Zahnrades und der Dichte des Zahnradmaterials wie folgt bestimmbar.The force F ci can be determined by the maximum angular acceleration of the gear shafts, the outer diameter and the inner diameter of the gear and the density of the gear material as follows.
Aus den obigen Gleichungen ergibt sich für die Gegenkraft Fci: wodurch diese berechnet werden kann.From the above equations we obtain for the counterforce F ci : whereby this can be calculated.
Gemäß der
Erfindung und bezugnehmend auf
Das
ringförmige Federelement
Die Federauslenkung in Umfangsrichtung ist bei bekannter erforderlicher Vorspannkraft als Funktion der Vorspannkraft, des Elastizitätsmoduls des Federmaterials und dimensionsbezogener Parameter des Federelementes bestimmbar, so dass das Federelement entsprechend montiert werden kann.The Spring deflection in the circumferential direction is required in known Preload force as a function of the preload force, the modulus of elasticity the spring material and dimensional parameter of the spring element determinable, so that the spring element can be mounted accordingly can.
Die
Biegespannung τb ist durch folgende
Formel gegeben: mit L = Kontaktlänge
eines Zahnes des Federelementes zum korrespondierenden Zahnrad des
Antriebszahnrades, b = Dicke des Federelementes und h = Breite der
Zähne des Federelementes. Die Parameter L, b und h sind
in
Gemäß der
Erfindung wird die Federauslenkung bzw. Deflexion SFci (also
die Auslenkung eines Zahnes des Federelementes
Des weiteren ist die maximal erlaubte Federauslenkung Smax durch folgende Formel gegeben: mit τbmax = maximal erlaubte Biegespannung des Federmaterials.Furthermore, the maximum permitted spring deflection S max is given by the following formula: with τ bmax = maximum permitted bending stress of the spring material.
Die
maximal erlaubte Federauslenkung gilt für die Vorspannung
des Federelementes
Gegenstand
der
In
Im
Rahmen einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der
Erfindung, die Gegenstand der
Durch diese Konzeption wird die Gesamtgegenkraft erhöht, was die Verwendung des Federelementes bei höher belasteten Zahnrädern ermöglicht, ohne die maximal erlaubte Biegespannung des Federmaterials zu überschreiten. Zudem kann die Belastung des Federelementes reduziert werden, was in einer höheren Lebensdauer desselben resultiert.By this conception increases the total counterforce, which the use of the spring element at higher loaded Gears allows without the maximum allowable Bending stress of the spring material to exceed. moreover the load of the spring element can be reduced, resulting in a higher lifetime of the same results.
Zur
Erzeugung der Reibungskraft weist gemäß einer
ersten Ausführungsform der Erfindung, die Gegenstand der
Eine
weitere Möglichkeit zur Erzeugung der Normalkraft FN ist Gegenstand der
Selbstverständlich fällt auch jede konstruktive Ausbildung, insbesondere jede räumliche Anordnung der Einrichtung zur Reduzierung von Rasselgeräuschen in einem Getriebe an sich und soweit technisch sinnvoll, unter den Schutzumfang der vorliegenden Ansprüche, ohne die Funktion des Einrichtung, wie sie in den Ansprüchen angegeben ist, zu beeinflussen, auch wenn diese Ausbildungen nicht explizit in den Figuren oder in der Beschreibung dargestellt sind.Of course Every constructive training, especially every one, also falls spatial arrangement of the device for the reduction of Rattle noise in a transmission in itself and as far as technical useful, within the scope of the present claims, without the function of the device as stated in the claims is indicated to influence, even if these training is not explicit are shown in the figures or in the description.
- 11
- angetriebenes Zahnradpowered gear
- 22
- Synchronisierungsbauteilsynchronization component
- 33
- Federelementspring element
- 44
- antreibendes Zahnrad, Antriebszahnraddriving Gear, drive gear
- 55
- Zahn des Antriebszahnradestooth of the drive gear
- 66
- Zahn des Federelementestooth of the spring element
- 77
- Zahn des angetriebenen Zahnradestooth of the driven gear
- AA
- Lage des Federelementes im vorgespannten Zustandlocation of the spring element in the prestressed state
- BB
- Richtung der Gegenkraftdirection the drag
- CC
- Lage des Federelementes ohne Auslenkunglocation of the spring element without deflection
- DD
- Lage des Federelementes bei maximaler Auslenkunglocation the spring element at maximum deflection
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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