Aufgrund der stetigen Optimierung der Zahnradtragfähigkeit in Oberflächennähe treten vermehrt Ermüdungsschäden auf, deren Rissinitiierung unter der Oberfläche stattfindet. Insbesondere der Zahnflankenbruch wird in jüngerer Vergangenheit vermehrt bei Großgetrieben beobachtet und führt zu einem Totalausfall des Getriebes. Die Schadensart ist bei einsatzgehärteten Zahnrädern durch eine Rissinitiierung unterhalb der gehärteten Randschicht an Fehlstellen im Gefüge charakterisiert. Eine reproduzierbare Erzeugung von Zahnflankenbrüchen im Analogieversuch ist aufgrund der komplexen Beanspruchungssituation aktuell nicht möglich. Das Ziel dieser Arbeit war die Überführung des zahnflankenbruchkritischen Beanspruchungszustandes vom Laufversuch auf einen Analogieversuch und der Aufbau eines Analogieprüfstandes zur Erzeugung von Zahnflankenbrüchen im Analogieversuch. Die wissenschaftliche Originalität liegt in der Separation der Beanspruchungsmechanismen im Analogieversuch, sodass die Einflüsse aus HERTZ’schem Kontakt und Zahnbiegung, Querschub und Stauchung gezielt voneinander separiert werden können. Die wirtschaftliche Originalität liegt in der Prüfung eines Zahnsegmentes anstelle eines gesamten Zahnrades. Dies erlaubt eine ökonomischere und ökologischere Prüfung, da ein geringerer Bedarf an Prüfbauteilen besteht und der Prüfaufbau im Vergleich zur Prüfung im elektrischen Verspannungsprüfstand kleiner und leistungsreduziert gestaltet werden kann. Zur Erreichung des Forschungsziels wurde eine Methode zur Berechnung der Zahnflankenbruchtragfähigkeit erweitert und validiert. Die Methode wurde im Anschluss dazu verwendet, einen zum Laufversuch rechnerisch äquivalenten Beanspruchungszustand in einem Teil des Zahns durch zwei Hydraulikaktuatoren zu erzeugen. Darauf aufbauend wurde ein Analogieprüfstand konzipiert, der die berechneten Belastungen in Langzeitversuchen applizieren konnte. Abschließend wurden experimentelle Versuche mit dem Analogieprüfstand durchgeführt. Das Ergebnis der Untersuchungen war, dass eine Erzeugung von Zahnflankenbrüchen mit dem derzeit existierenden Analogieprüfstand nicht möglich ist. Als mögliche Gründe können statistische Effekte bei der Fehlstellenverteilung, die ortsfeste Position des Aktuators zur Abbildung der Wälzbeanspruchung und die verwendete Vergleichsspannungshypothese zur Ableitung der Pulsatorkräfte angeführt werden. Dennoch ist das Potenzial des Analogieprüfstandes hoch und eine Erzeugung von Zahnflankenbrüchen wahrscheinlich.
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Autor Goergen, Fabian
Gewicht 0.232 kg
Erscheinungsdatum 12.12.2023
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Goergen, Fabian

Analogieversuch zur Erzeugung von Zahnflankenbrüchen an Stirnrädern

ISBN: 978-3-98555-191-0
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Kurzbeschreibung

Die Arbeit befasst sich mit der Übertragung der zahnflankenbruchkritischen Beanspruchung vom Laufversuch auf einen Analogieversuch. Die Übertragung erfolgt mit einer neu entwickelten Tragfähigkeitsberechnung. Das Prüfkonzept ist ein hydraulischer Pulsator mit zwei Aktuatoren, welche zeitversetzt ein Zahnsegment ortsfest belasten. So ist der Prüfstand in der Lage, die aus Hertz’schem Kontakt und Zahnbiegung resultierenden Beanspruchungen im zahnflankenbruchkritischen Volumen abzubilden.

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