Detta arbete sammanfattar en del av den forskning som gjorts på kugghjul och planetväxlar med avseende på egenskaper som lastfördelning, verkningsgrad och ingreppsstyvheter. En jämförelse görs mellan olika metoder för beräkning av ingreppsstyvheter vilken visar på stora skillnader. En planetväxel av typ D simuleras i flerkroppsdynamikprogramvaran MSC ADAMS där egenskaper som lastfördelning, vridstyvhet och utväxling undersöks.

Nowadays, increasing pressure from legislation and customer demands in the automotive industry are forcing manufacturers to produce greener vehicles with lower emissions and fuel consumption.As a result, electrified and hybrid vehicles are a growing popular alternative to traditional internal combustion engines (ICE). The noise from an electric vehicle comes mainly from contact between tyres and road, wind resistance and driveline. The noise emitted from the driveline is for the mostpart related to the gearbox. When developing a driveline, it is a factor of importance to estimate the noise radiating from the gearbox to achieve an acceptable design.Gears are used extensively in the driveline of electric vehicles. As the gears are in mesh, a main intrusive concern is known as gear whine noise. Gear whine noise is an undesired vibroacoustic phenomenon and is likely to originate through the gear contacts and be transferred through themechanical components to the housing where the vibrations are converted into airborne and structure-borne noise. The gear whine noise originates primarily from the excitation coming from transmission error (TE). Transmission error is defined as the difference between the ideal smoothtransfer of motion of a gear and what is in practice due to lack of smoothness.The main objective of this study is to simulate the vibrations generated by the gear whine noise in an electric powertrain line developed by AVL Vicura. The electric transmission used in this study provides only a fixed overall gear ratio, i.e. 9.59, under all operation conditions. It is assumed thatthe system is excited only by the transmission error and the mesh stiffness of the gear contacts. In order to perform NVH analysis under different operating conditions, a multibody dynamics model according to the AVL Excite program has been developed. The dynamic simulations are thencompared with previous experimental measurements provided by AVL Vicura.Two validation criteria have been used to analyse the dynamic behaviour of the AVL Excite model: signal processing using the FFT method and comparison with the experimental measurements.The results from the AVL Excite model show that the FFT criterion is quite successful and all excitation frequencies are properly observed in FFT plots. Nevertheless, when it comes to the second criterion, as long as not all dynamic parameters of the system such as damping or stiffnesscoefficients are provided with certainty in the model, it is too difficult to investigate the accuracy of the AVL Excite model. Another investigation is a numerical design study to analyses how the damping coefficients influence the response. After reducing the damping parameters, the results show that the housing and bearings have the highest influence on the response. If more acceptable results are desired,future studies must be concentrated on these to obtain more acceptable damping values. / För närvarande tvingar ökat tryck från lagstiftning och kundkrav inom bilindustrin tillverkarna attproducera grönare fordon med lägre utsläpp och bränsleförbrukning. Som ett resultat ärelektrifierade och hybridfordon ett växande populärt alternativ till traditionellaförbränningsmotorer (ICE). Bullret från ett elfordon kommer främst från kontakten mellan däckoch väg, vindmotstånd och drivlinan. Bullret från drivlinan är i huvudsak relaterat till växellådan.Vid utveckling av en drivlina är det av betydelse att uppskatta bullret från växellådan för att uppnåen acceptabel design.Utväxlingar används i stor utsträckning i elfordons drivlina. Eftersom kugghjulen är i kontaktuppstår ett huvudproblem som är känt som ett vinande ljud från kugghjulskontakten.Kugghjulsljud är ett oönskat vibro-akustiskt fenomen och uppstår sannolikt på grund avkugghjulkontakterna och överförs via de mekaniska komponenterna till växellådshuset därvibrationerna omvandlas till luftburet och strukturburet ljud. Kugghjulsljudet härstammarhuvudsakligen från exciteringen som kommer från transmissionsfel (TE) i kugghjulskontakten.Överföringsfelet definieras som skillnaden mellan den ideala smidiga rörelseöverföringen hoskugghjulen och rörelsen som sker i verkligheten på grund av ojämnheter.Huvudsyftet med denna studie är att simulera vibrationerna som genereras avkugghjulskontakterna i en elektrisk drivlina utvecklad av AVL Vicura. Den elektriska drivlinan somanvänds i denna studie har endast ett fast utväxlingsförhållande, dvs 9,59, för alladriftsförhållanden. Det antas att systemet är exciterat endast av överföringsfelet och kugghjulensstyvhet i kuggkontakterna. För att kunna utföra NVH-analys under olika driftsförhållanden har enstelkroppsdynamikmodell utvecklats med hjälp av programmet AVL Excite. De dynamiskasimuleringarna jämförs sedan med tidigare experimentella mätningar som tillhandahålls av AVLVicura.Två valideringskriterier har använts för att analysera det dynamiska beteendet hos AVL Excitemodellen:signalbehandling med FFT-metoden och jämförelse med experimentella mätningar.Resultaten från AVL Excite-modellen visar att FFT-kriteriet är ganska framgångsrikt och allaexcitationsfrekvenser observeras korrekt i FFT-diagrammen. Men när det gäller det andra kriteriet,så länge som inte alla dynamiska parametrar i systemet, såsom dämpnings- ellerstyvhetskoefficienter, är tillförlitliga i modellen, är det för svårt att undersöka exaktheten hos AVLExcite-modellen.En annan undersökning som utförts är en numerisk designstudie för att analysera hurdämpningskoefficienterna påverkar responsen. Efter minskning av dämpningsparametrarna visarresultaten att växellådshus och lager har störst inflytande på resultatet. Om mer acceptabla resultatär önskvärda måste framtida studier koncentreras på dessa parametrar för att uppnå mer acceptabladämpningsvärden.

Nowadays, increasing pressure from legislation and customer demands in the automotive industryare forcing manufacturers to produce greener vehicles with lower emissions and fuel consumption.As a result, electrified and hybrid vehicles are a growing popular alternative to traditional internalcombustion engines (ICE). The noise from an electric vehicle comes mainly from contact betweentyres and road, wind resistance and driveline. The noise emitted from the driveline is for the mostpart related to the gearbox. When developing a driveline, it is a factor of importance to estimatethe noise radiating from the gearbox to achieve an acceptable design.Gears are used extensively in the driveline of electric vehicles. As the gears are in mesh, a mainintrusive concern is known as gear whine noise. Gear whine noise is an undesired vibroacousticphenomenon and is likely to originate through the gear contacts and be transferred through themechanical components to the housing where the vibrations are converted into airborne andstructure-borne noise. The gear whine noise originates primarily from the excitation coming fromtransmission error (TE). Transmission error is defined as the difference between the ideal smoothtransfer of motion of a gear and what is in practice due to lack of smoothness.The main objective of this study is to simulate the vibrations generated by the gear whine noise inan electric powertrain line developed by AVL Vicura. The electric transmission used in this studyprovides only a fixed overall gear ratio, i.e. 9.59, under all operation conditions. It is assumed thatthe system is excited only by the transmission error and the mesh stiffness of the gear contacts. Inorder to perform NVH analysis under different operating conditions, a multibody dynamics modelaccording to the AVL Excite program has been developed. The dynamic simulations are thencompared with previous experimental measurements provided by AVL Vicura.Two validation criteria have been used to analyse the dynamic behaviour of the AVL Excite model:signal processing using the FFT method and comparison with the experimental measurements.The results from the AVL Excite model show that the FFT criterion is quite successful and allexcitation frequencies are properly observed in FFT plots. Nevertheless, when it comes to thesecond criterion, as long as not all dynamic parameters of the system such as damping or stiffnesscoefficients are provided with certainty in the model, it is too difficult to investigate the accuracy ofthe AVL Excite model.Another investigation is a numerical design study to analyses how the damping coefficientsinfluence the response. After reducing the damping parameters, the results show that the housingand bearings have the highest influence on the response. If more acceptable results are desired,future studies must be concentrated on these to obtain more acceptable damping values. / För närvarande tvingar ökat tryck från lagstiftning och kundkrav inom bilindustrin tillverkarna attproducera grönare fordon med lägre utsläpp och bränsleförbrukning. Som ett resultat ärelektrifierade och hybridfordon ett växande populärt alternativ till traditionellaförbränningsmotorer (ICE). Bullret från ett elfordon kommer främst från kontakten mellan däckoch väg, vindmotstånd och drivlinan. Bullret från drivlinan är i huvudsak relaterat till växellådan.Vid utveckling av en drivlina är det av betydelse att uppskatta bullret från växellådan för att uppnåen acceptabel design.Utväxlingar används i stor utsträckning i elfordons drivlina. Eftersom kugghjulen är i kontaktuppstår ett huvudproblem som är känt som ett vinande ljud från kugghjulskontakten.Kugghjulsljud är ett oönskat vibro-akustiskt fenomen och uppstår sannolikt på grund avkugghjulkontakterna och överförs via de mekaniska komponenterna till växellådshuset därvibrationerna omvandlas till luftburet och strukturburet ljud. Kugghjulsljudet härstammarhuvudsakligen från exciteringen som kommer från transmissionsfel (TE) i kugghjulskontakten.Överföringsfelet definieras som skillnaden mellan den ideala smidiga rörelseöverföringen hoskugghjulen och rörelsen som sker i verkligheten på grund av ojämnheter.Huvudsyftet med denna studie är att simulera vibrationerna som genereras avkugghjulskontakterna i en elektrisk drivlina utvecklad av AVL Vicura. Den elektriska drivlinan somanvänds i denna studie har endast ett fast utväxlingsförhållande, dvs 9,59, för alladriftsförhållanden. Det antas att systemet är exciterat endast av överföringsfelet och kugghjulensstyvhet i kuggkontakterna. För att kunna utföra NVH-analys under olika driftsförhållanden har enstelkroppsdynamikmodell utvecklats med hjälp av programmet AVL Excite. De dynamiskasimuleringarna jämförs sedan med tidigare experimentella mätningar som tillhandahålls av AVLVicura.Två valideringskriterier har använts för att analysera det dynamiska beteendet hos AVL Excitemodellen:signalbehandling med FFT-metoden och jämförelse med experimentella mätningar.Resultaten från AVL Excite-modellen visar att FFT-kriteriet är ganska framgångsrikt och allaexcitationsfrekvenser observeras korrekt i FFT-diagrammen. Men när det gäller det andra kriteriet,så länge som inte alla dynamiska parametrar i systemet, såsom dämpnings- ellerstyvhetskoefficienter, är tillförlitliga i modellen, är det för svårt att undersöka exaktheten hos AVLExcite-modellen.En annan undersökning som utförts är en numerisk designstudie för att analysera hurdämpningskoefficienterna påverkar responsen. Efter minskning av dämpningsparametrarna visarresultaten att växellådshus och lager har störst inflytande på resultatet. Om mer acceptabla resultatär önskvärda måste framtida studier koncentreras på dessa parametrar för att uppnå mer acceptabladämpningsvärden.

En Power Transfer Unit (PTU) eller vinkelväxel i ett drivsystem för allhjulsdrift är enväxellåda med en hypoid-växel som drevsats. PTUn ar placerad mellan fordonets transmissionoch kardanaxel och används för att fördela momentet från drivsystemet mellanalla hjulen. De dynamiska egenskaperna hos vinkelväxeln är kopplade till de ljud ochvibrationer som uppfattas i bilen, speciellt tonalt ljud som växelvin. Källan till dennavibration kan relateras till transmissionsfelet i växeln. Transmissionsfelet beror pa faktorersom geometri, rotationshastighet och statiskt moment. Om faktorernas inverkankan identieras skapar det möjligheter att reducera felet genom designförändringar. 1D ellersystem-simulering ar en förenklad beskrivning av det dynamiska beteendet av systemet.Det är en flexibel metod som kan ge en uppskattning av systemets egenskaper iett tidigt skede och kan användas i såväl tids- som frekvensdomönen.Denna studie syftar till att bygga en 1-D system-modell av en PTU och studera dessdynamiska beteende. De typer av analyser och resultat som ar möjliga att få från en dynamisk1-D modell av en specic produkt har utvärderats. Befintliga komponenter frånmjukvarans bibliotek har används for att bygga en förenklad modell med lumpade massorav den fysiska systemet. Simuleringar har utförts både i tidsdomänen och frekvensdomänen.System-modellen är mycket användbar för modelling av hela system och av hur delarnaväxelverkar i ett tidigt skede av produktutvecklingen. Beräkningen av nivån på transmissionsfeletsgrundtonen stämmer väl med tillgängliga mätresultat. Rotationshastigheternasvariation då kopplingen kopplar i och ur vinkelväxeln illustrerar tydligt kopplingensinverkan på dynamiken i systemet. Det var dessutom möjligt att erhålla systemets torsionsegenfrekvenseroch modformer från den linjära frekvensanalysen. / A Power Transfer Unit (PTU) of an All-Wheel Drive system is a hypoid gearbox whichis a driveline component, used to distribute power from the powertrain to all the wheelsof a vehicle. The gearbox dynamics is closely related to the gearbox noise and vibration,especially tonal noise like gear whine. The source of this vibration is referred to as thetransmission error in the unit. Transmission error is attributed to various geometricaland operating conditions, which if mapped mathematically, allows the designer to reducethe error by varying the design parameters. The demand in the automotive industry toreduce time to market is high. A lot of time can be saved if system performance can beassessed at the concept stage, even before the detailed design. This is where system-levelsimulation plays a key role. 1-D or system simulation technique studies the dynamicbehaviour of the system in one dimension. This greatly simplies the model and allowsfor the exibility to get early estimates of the system behaviour with respect to time andfrequency. Here, such a system model is built for a hypoid gear based driveline system.This work aims to build a 1-D system model of the PTU and study the dynamic behaviourof the response. The evaluation helps in understanding the capabilities on 1-D systemmodel in simulating a specialised product dynamic characteristics. LMS AMESim wasthe commercial tool used in building the system model. Existing components from thesoftware library were used to build a sketch of a simplied, lumped mass model of thephysical system. The model was then simulated in both the time domain and frequencydomain through a temporal and linear analysis respectively.It is observed that the system model is very useful in early modelling of a system and itsinteractive eects. The fundamental harmonic of the transmission error is predicted wellin the system model. The clutch connect/disconnect behaviour can also be seen in therotary velocity response of the gear. The system eigenfrequencies and mode shapes wereobtained from the linear analysis.

This work describes the use of Multi-Body Simulation (MBS) to create a virtual prototype of a geared drive called Power transfer unit (PTU). PTU is a subsystem of the all-wheel drive driveline responsible for transfer of power between front and rear axles in an Automobile. The objective of the developing the prototype is to simulate the dynamic behavior of the PTU. Focus is on predicting the gear transmission error(TE) and gearbox housing vibration level. A Hypoid gear set, bearings, tubular shaft and housing are the major components in the PTU. This work is carried out at GKN Automotive which specializes in development of Automotive All wheel drive systems. When developing such geared systems one important characteristic analyzed is the noise and vibration it generates. And for companies like GKN it is desirable to predict these characteristics as early as possible for two reasons, to avoid late design changes and to speed up the product development cycle. To achieve this, a validated virtual model which is computationally efficient is desired. The methodology followed contains of two facets, development of the MBS model and validation of the developed model with physical testing. An integrated MBS-FEM approach is used, an FE modal reduction technique is used to create flexible components with which a virtual prototype is built and simulated in an MBS tool MSC ADAMS c . Gear contact and bearings are defined using an analytical approach which considers the nonlinear stiffness and damping. A dynamic analysis and system level modal analysis is performed to predict the TE, housing vibrations and PTU modal parameters. Experimental modal analysis and physical testing on test rig are performed to measure the actual values of the above predicted outputs. Parameters like damping, contact stiffness of the model are then tuned to achieve correlation. When comparing test and prediction, close correlation is seen in the TE and for housing vibration a similar trend is observed with some deviations. Predicted TE is heavily dependent on gear contact parameters. On the modal parameter comparison, a correlation of five modes and mode shapes below 2500Hz is seen which shows the validity of the MBS model. Parameter studies are performed to study the effect of bearing damping and preload on housing vibrations and TE. It is observed that an optimum value of preload and damping is essential to avoid unnecessary vibrations. In conclusion, the model with some fine tuning of damping parameters can be used for virtual noise and vibration analysis of the PTU. / Detta arbete beskriver anv¨andningen av beräkningsmetoden Multi-Body Simulation (MBS) för att skapa en virtuell prototyp av en vinkelväxel (Power Transfer Unit, PTU ). PTU är ett delsystem för fyrhjulsdrift som har funktionen att överföra kraft mellan fram- och bakaxlar i en bil. Målet med att utveckla modellen är att simulera PTUns dynamiska beteende. Fokus ligger på att beräkna vinkelväxelns transmissionsfel och vibrationsnivåer på växellådans hus. De vikitgaste komponenterna i PTUn är hypoidväxeln med kronhjul och pinjong, röraxel, lager och hus. Detta arbete har utförts på GKN Automotive som är specialiserade på utveckling av drivsystem för fyhjulsdrivna bilar. Ljud och vibrationer är viktiga egenskaper att ta hänsyn till under utvecklingen. För företag som GKN är det önskvärt att kunna beräkna dessa egenskaper så tidigt i projektet av två skäl: dels för att undvika sena konstruktionsförändringar och dels att påskynda produktutvecklingscykeln. För att uppnå detta behövs en validerad virtuell modell som är beräkningseffektiv. Den metod som använts innehåller två delar: utveckling av MBS-modellen och validering av den utvecklade modellen med fysisk testning. En integrerad MBS-FEM -mettod har använts. Det innebär att en FE-modal reduktionsteknik andvänds för att skapa flexibla komponenter med vilka en virtuell prototyp byggs och simuleras i ett MBS-verktyg (MSC ADAMS (c) ). Lager och kuggkontakt i växeln definieras med hjälp av en analytisk metod som beaktar den olinjära styvheten och dämpningen. En dynamisk analys och modalanalys på systemnivå har utförts för att beräkna TE, husvibrationer och PTUns modala parametrar. Experimentell modalanalys och testning i rigg gjorts för att mäta motsvarande värden som har beräknats. Parametrar som dämpning och kontaktstyvhet har sedan justerats för att uppnå korrelation. Vid jämförelse av test och förutsägelse ses en god korrelation i TE och för husvibrationer observeras en liknande trend, med vissa avvikelser. Beräknat TE är starkt beroende på parametrar för kuggkontakten i växeln. Vid jämförelse av modala parametrar ses en god korrelation under 2500 Hz mellan fem moder i mätning och beräkning vad gäller frekvens och modform, vilket visar MBS-modellens giltighet. Parameterstudier har utförts för att studera effekten av lagerdämpning och förbelastning på TE och husvibrationer. Ett optimalt värde på förbelastning och dämpning är viktigt för att undvika onödiga vibrationer. Sammanfattningsvis kan modellen med viss finjustering av dämpningsparametrar användas i virtuell ljud- och vibrationsanalys av PTU.