Analytische und experimentelle Untersuchungen zum Wirkungsgradverhalten von Achsgetrieben

Hoppert, Maik

Die vorliegende Arbeit ist ein Beitrag zur Wirkungsgradberechnung von Achsgetrieben im Betriebsbereich. Die Optimierung des Achsgetriebes kann bei Fahrzeugen mit längseingebautem Motor bzw. Allradantrieb einen signifikanten Beitrag zur Verbesserung des Wirkungsgrades und damit zur Reduktion der CO2-Emission leisten. Daher besteht der Wunsch den Einfluss der maßgeblichen Parameter auf den Wirkungsgrad bzw. die Verlustleistung bei der Auslegung der Komponenten darzustellen und bewerten zu können. Die Entwicklung entsprechender Methoden ist Gegenstand der Arbeit. Der Fokus liegt hierbei auf dem Einfluss konstruktiver Parameter auf Reibwert und Wirkungsgrad bei der Auslegung der Radsätze. Es wird ein thermo-elasto-hydrodynamisches Mischreibmodell für elliptische Kontakte entwickelt und auf Hypoidradsätze angewandt. Das Verzahnungsverlustmodell wird mit Methoden zur Berechnung der Lager-, Plansch- und Dichtungsverluste zu einem Achsgetriebeverlustmodell erweitert. Der verwendete Prüfstandsaufbau zur Wirkungsgradmessung wird beschrieben und Vergleiche mit experimentellen Ergebnissen werden gezogen. Einen Schwerpunkt der Arbeit bildet die Parameterstudie zum Einfluss makro- und mikrogeometrischer Verzahnungsparameter auf Reibwert und Wirkungsgrad. Anhand der Parametervariation werden qualitative und quantitative Aussagen zum Einfluss der konstruktiven Parameter auf den Wirkungsgrad erarbeitet. Weiterhin wird am Beispiel eines Achsgetriebes aufgezeigt welchen Einfluss die verwendeten Fahrzyklen auf die Zusammensetzung der Verluste besitzen. Die ganzheitliche Betrachtung der Wirkungsgradproblematik schließt mit einer kennfeldbasierten Bewertung von Optimierungsmaßnahmen im Betriebsbereich.

The present thesis is a contribution to the efficiency calculation of axles in the operating range. The optimization of the axles can make a significant contribution to improve the efficiency of drive trains and therefore reduce the CO2 emissions of vehicles with inline engines or all-wheel drives. Thus, there is a desire to investigate and evaluate the effect of the relevant parameters on the efficiency and the power dissipation in the design process. The development of appropriate methods is the objective of the thesis. The main focus is to model the effect of the design parameters of hypoid gears on friction and efficiency. A thermo-elasto-hydrodynamic mixed lubrication model for elliptic contacts is developed and applied to hypoid gear sets. This gear mesh loss model is combined with methods to calculate the bearing, churning and seal losses into an axle loss model. The test setup used for axle efficiency measurement is described and comparisons with experimental results are drawn. One major focus of the work is the parametric study of the effect of macro- and micro-geometry design parameters on hypoid gear friction and efficiency. Based on the parametric study the influence of design parameters on the efficiency is derived in both quality and quantity. Furthermore the effect of drive cycles on rear axle efficiency is identified and a break down of losses for different drive cycles is facilitated. The holistic approach to efficiency analysis in the operating range concludes with a map-based assessment of optimization measures.

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Hoppert, Maik: Analytische und experimentelle Untersuchungen zum Wirkungsgradverhalten von Achsgetrieben. 2016.

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