Metodika stanovení modifikací ozubení podle zátěžných podmínek převodovky.

Jan Pavlík

Doctoral thesis

Methodology for the Calculation of Gearing Modifications according to Gearbox Loading.

Abstract:

Předkládaná disertační práce se zabývá problematikou vytváření reálných záběrových stop na ozubených soukolích za účelem snížení akustické emise. Aktuální téma snižování hluku ozubených soukolí, při současném trendu zachování co nejnižší hmotnosti automobilové převodovky, představují pro výrobce ohromné investice do vývoje. Tento trend vývoje udávají zejména Evropskou unií přísně předepsané limity, které specifikují maximální množství vypouštěných škodlivých emisí a hluku osobního automobilu. Zefektivnění vývojových činností při návrhu ideální geometrie ozubení přináší výrobci značné finanční a časové úspory. Díky tomu je nezbytné zavádět nové postupy nejen v oblasti návrhu ozubení, ale i v rámci výroby. To ovšem nese rizika spojená s neprobádanou problematikou a její náročnou implementací na řešený problém. V úvodní kapitole je nejprve představený současný trend vývoje hnacích agregátů a následně jsou analyzovány aktuální znalosti definující základní postupy vedoucí k návrhu tichého ozubení z hlediska geometrie zubů. Dále jsou zpracovány směry vývoje tichého ozubení v praxi, jelikož automobilní převodovka je a vždy bude výsledkem celé řady konstrukčních, výrobních a technologických kompromisů. Zadání práce vychází z potřeb technického vývoje firmy ŠKODA AUTO a.s., kdy na reálných soukolích v sériové převodovce se prakticky ověřují mimo jiné i nově vyvíjené teoretické základy s využitím dostupných technologií. Díky tomu je možné všechny nové poznatky okamžitě uplatnit v procesu optimalizací převodových skříní. V práci je podrobně popsána metodika vytváření reálných záběrových stop včetně zpracovaných návrhů vedoucích k možnému získávání skutečných součinitelů záběru profilu a krokem. Dále se práce zabývá možnými metodickými postupy vedoucích ke stanovení optimálních velikostí a použitých typů mikrogeometrických modifikací. K tomuto účelu se využívají informace získané z reálných záběrových stop ozubení a průběhu hluku z těchto ozubení naměřených v kabině osobního automobilu, které jsou zpracovány do datových souborů. Pomocí geometrické analýzy, strojového učení v software Python a aplikaci neuronových sítí jsou vyhodnoceny datové soubory. Na závěr je detailně zpracována zrychlená optimalizační zkouška mikrogeometrie ozubení, aplikována přímo v sériové převodovce. Její použití teoreticky umožňuje rychlou detekci parametrů vedoucích ke snížení akustické emise.

Abstract:

The dissertation thesis follows up the issue of creating real contact patterns on gearing in order to reduce acoustic emission. The topic of reducing gear noise with the current trend of keeping the weight of the car transmission as low as possible represents a huge investment in development for manufacturers. This trend is mainly indicated by the strictly prescribed limits by the European Union, which specify the maximum level of emissions gasses and noise for passenger cars. Streamlining of development activities in the design of the ideal gear geometry brings significant financial and time savings to manufacturers. Thanks to this, it is necessary to introduce new procedures not only in the field of gear design, but also in production. However, this carries the risks associated with unexplored issues and its difficult implementation on the problem. The introductory chapter first presents the current trend in the development of powertrain units and then analyses the current knowledge defining the basic procedures leading to the design of silent gearing in terms of tooth geometry. Furthermore, the directions of development of silent gearing in practice are elaborated, because the automobile gearbox is and always will be the result of a number of design, production and technological compromises. The topic of this thesis is based on the needs of the technical development of the ŠKODA AUTO a.s., where on real gears in the serial gearbox are practically verified known things and newly developed theoretical foundations using available technologies. Thanks to this, all new knowledge can be immediately applied in the process of gearbox optimization. The thesis describes in detail the methodology of creating real contact patterns, including processed proposals leading to the possible determination of real coefficients of transverse contact ratio and overlap contact ratio. Furthermore, the thesis deals with possible methodological procedures leading to the determination of the optimal size and types of microgeometric modifications. For this purpose, the information obtained from real contact patterns and from the noise measurement in the cab of a car, which are processed into data files. With using geometric analysis, machine learning in Python software and the application of neural networks, a data files are evaluated. Finally, an accelerated optimization test of gear microgeometry is elaborated in detail, applied directly in the serial gearbox. Its use allows fast detection of parameters leading to a reduction acoustic emission.

Keywords

Ozubení, Záběr zubů, Záběrové stopy, Převodovka, Hluk, Strojové učení, Python, Měření, Modifikace ozubení, Automotive

Keywords

Gearing, Gear mesh, Contact pattern, Gearbox, Noise, Machine learning, Python, Measurement, Gear modification, Automotive

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 23. 6. 2020

Thesis defence

• Date of defence: 25. 11. 2020
• Supervisor: Zdeněk Folta
• Reader: Zdeněk Poruba, Vojtěch Dynybyl, Jaroslav Prokop

VSB – Technical University of Ostrava

Fakulta strojní

Doctoral programme / field:
Strojní inženýrství / Stavba výrobních strojů a zařízení