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Untersuchung und Berechnung der Wälzfestigkeit im Scheiben- und Zahnflankenkontakt

ISBN: 978-3-86359-374-2

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Kurzübersicht

Die Realisierung hoher Leistungsdichten in Getrieben erfordert präzise Berechnungsmetho-den. In der vorliegenden Arbeit wird ein lokal-numerisches Verfahren zur Berechnung der Wälzfestigkeit auf Grundlage des erweiterten Fehlstellenmodells vorgestellt. Es wird nach der Anstrengung im Bauteilvolumen sowie der oberflächennahen Randzone unterteilt. Zur Validierung wurden Reib- und Ermüdungsversuche im Zwei-Scheibenkontakt und Zahnflan-kenkontakt durchgeführt, die eine quantitative Übertragbarkeit gezeigt haben.

Untersuchung und Berechnung der Wälzfestigkeit im Scheiben- und Zahnflankenkontakt

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Details

Die Wälzfestigkeit ist ein maßgebliches Kriterium für das Einsatzverhalten eines Zahnrads. Der Bedarf nach einem hohen Materialnutzungsgrad in Zahnradgetrieben und der zuneh-mende Einsatz von Sonderverzahnungen, für die keine entsprechenden Rechenverfahren existieren, verlangen eine präzise Tragfähigkeitsberechnung mit lokalen Rechenansätzen. In der vorliegenden Arbeit wird ein lokales Verfahren zur Berechnung der Wälzfestigkeit vorge-stellt. Es wird davon ausgegangen, dass es für ein tribologisch beanspruchtes Volumenele-ment unerheblich ist, in welcher Bauteilgeometrie es verbaut ist. Tragfähigkeitsbestimmend sind nur der lokale, zeitlich veränderliche Spannungstensor bestehend aus Normal-, Tangen-tial- und Temperaturspannungen sowie die lokale Werkstofffestigkeit. Der vorgestellte Be-rechnungsansatz basiert auf dem erweiterten Fehlstellenmodell, sodass der Größeneinfluss in der Grübchentragfähigkeit Berücksichtigung findet.
Die Berechnungsmethode ist nach einer Berechnung der Anstrengung im Bauteilvolumen sowie der oberflächennahen Randzone unterteilt. Für die Volumenbeanspruchung wurde ein thermo-mechanisches FEM-Kontaktmodell aufgebaut, mit dem der Spannungszustand unter Vorgabe von Belastungen und der Kontaktgeometrie ermittelt wird. Zur Berechnung der Oberflächenbeanspruchung wird ein Rechenansatz auf Grundlage der Halbraumtheorie vor-gestellt, mit dem große technische Kontaktflächen in hoher Auflösung analysiert werden können. Der Reibungszustand wird mit einem empirisch-analytischen Makroreibungsmodell unter Berücksichtigung des Schlupfs sowie der Normalkraftasymmetrie berücksichtigt. Die errechnete Beanspruchung wird bewährten Modellen zur Berechnung der Beanspruchbarkeit gegenübergestellt und mit dem erweiterten Fehlstellenmodell ausgewertet. Das Fehlstellen-modell erlaubt es, einzelne lokal berechnete Anstrengungen zu einem Gesamtkennwert für die Wälzfestigkeit des analysierten Maschinenelements zusammenzufassen.
Für die Modellvalidierung wurden vergleichende Untersuchungen zum Reibverhalten und zur Ermüdung im Zwei-Scheibenkontakt und Zahnflankenkontakt durchgeführt. Mit dem Re-chenverfahren lassen sich beide Maschinenelemente hinsichtlich ihrer Wälzfestigkeit be-rechnen. Damit ist es möglich, Erkenntnisse vom Scheibenkontakt als Analogieversuch quantitativ auf die Vorgänge auf der Zahnflanke zu übertragen. Die quantitative Überführbar-keit der Prüfsysteme kann es künftig erlauben, die Baugröße und Geometrie von Prüflingen einfacher zu gestalten und Untersuchungen kosteneffizient durchzuführen.

Zusatzinformation

Autor Löpenhaus, Christoph
ISBN/Artikelnr. 978-3-86359-374-2
Gewicht 0.250 kg
Erscheinungsdatum 17.11.2015
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