Entwicklung einer Methode zur Untersuchung der Zahnfußtragfähigkeit von Schrägverzahnungen auf dem Pulsator
Final Report Abstract
Ziel des Projekts „Entwicklung einer Methode zur Untersuchung der Zahnfußtragfähigkeit von Schrägverzahnungen auf dem Pulsator" war es, eine für verschiedene Schrägungswinkel gültige Vorgehensweise zu Untersuchungen von Schrägverzahnungen auf dem Pulsator zu entwickeln, deren Ergebnisse eine gute Übertragbarkeit mit dem Laufversuch bietet. Durch die Untersuchungen des Einflusses des Belastungsverlaufes auf die Zahnfußtragfähigkeit, sowie vergleichende Untersuchungen von Schrägverzahnungen auf dem Pulsatorprüfstand mit verschiedenen Berührlinien und dem Verspannungsprüfstand wurde dieses Ziel erreicht. Zur Übertragung der Ergebnisse von Pulsator wird zunächst der Einfluss des Belastungsverlaufes auf die Zahnfußtragfähigkeit untersucht, da sich der Belastungsveriauf bei Lauf- und Pulsatoruntersuchungen unterscheidet. Es werden Belastungsverläufe für verschiedene Schrägverzahnungen berechnet und an diskreten Punkten im Zahnfuß ausgewertet. Aus allen Belastungsverläufen werden vier Verläufe ausgewählt, mit denen Versuche an einer Geradverzahnung im Zeitfestigkeitsbereich durchgeführt werden. Der Verlauf mit der größten Abweichung zum Sinusverlauf als Referenz wird im Dauerfestigkeitsbereich mit dem Sinusveriauf und einem Belastungsverlauf für eine Geradverzahnung verglichen. Die Ergebnisse zeigen, dassl alle drei Verläufe vergleichbare Ergebnisse aufweisen und somit bei der Untersuchung von Schrägverzahnungen auf dem Pulsator auf den Sinusverlauf zurückgegriffen wird. Anschließende Untersuchungen an Schrägverzahnungen haben das Ziel, die einzustellende Berührlinie für verschiedene Schrägungswinkel zu ermitteln. Dabei gilt es eine möglichst gute Vergleichbarkeit zwischen Pulsator- und Laufversuch herzustellen. Die Forschungsthese lautet, dass die kritische Berührlinie beim Pulsen von Schrägverzahnungen im Bereich der Berührlinie maximaler Zahnfußspannung liegen soll. Die These greift damit eine implizite Vorschrift des Geradverzahnungspulsens auf, bei dem die Berührlinie am äußeren Einzeleingriff liegen soll. Der äußere Einzeleingriff ist bei Geradverzahnungen generell der Bereich höchster Zahnfußspannung. Zum Überprüfen der These werden Pulsatoruntersuchungen an drei verschiedenen Verzahnungsvarianten mit Schrägungswinkeln von β = 20°, 27° und 33° durchgeführt. Jeweils werden unterschiedliche Berührlinien eingestellt und getestet. Zum Vergleich werden Laufversuche an den gleichen Verzahnungsvarianten auf einem Verspannungsprüfstand durchgeführt. Die Ergebnisse werden ausgewertet und das jeweilige Dauerfestigkeitsniveau bestimmt. Ein Vergleich der Ergebnisse ergibt, dass die Berührlinie maximaler Zahnfußspannung keine gute Vergleichsmöglichkeit zum Laufversuch mit Schrägverzahnungen darstellt. Im Gegensatz dazu ergibt eine Klassifizierung der Ergebnisse durch das beanspruchte Volumen eine gute Korrelation. So werden die Berührlinien anhand eines Quotienten aus der mittleren Zahnfußspannung über der Breite der Verzahnung σF-mean und der maximalen Zahnfußspannung σF-max klassifiziert. Diese Methode zeigt eine gute Übereinstimmung der Pulsator- mit den Laufversuchen. Die fürs Schrägverzahnungspulsen für die getesteten Verzahnungsgeometrien einzustellende Berührlinie liegt somit im Bereich maximalen beanspruchten Volumens. Für eine umfassende Vorschrift zum Schrägverzahnungspulsen liegen derzeit nicht genügend Versuche vor. Insbesondere der Einfluss eines geringen Schrägungswinkels von β < 20° wurde nicht berücksichtigt. Weiterhin wurde der Einfluss der Mittelspannungsempfindlichkeit bislang noch nicht ausreichend untersucht. Hier besteht weiterer Forschungsbedarf.
Publications
- Einfluss des Belastungsverlaufes auf die Zahnfusstragfähigkeit. In: Tagungsband zum Schweizer Maschinenelemente Kolloquium, Rapperswil, Schweiz, 20.-21. November, 2012. Dresden: TUD press, 2012, S.199-213, ISBN: 978-3-942710-90-9
Brecher, C.; Brumm, M.; Rüngeler, M.
- Einfluss des Belastungsverlaufes auf die Zahnfußtragfähigkeit von Stirnradverzahnungen, 53. Arbeitstagung Zahnrad- und Getriebeuntersuchungen, Aachen, 2012
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- Beanspruchungsanalyse beim Schrägverzahnungspulsen, 54. Arbeitstagung Zahnrad- und Getriebeuntersuchungen, Aachen, 2013
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- Pulsator Test for Helical Gears, in: International Conference on Gears, VDl Berichte 2199.1, VDI-Verlag Düsseldorf 2013, ISBN 978-3-18-092199-0, S. 643-655
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- Einfluss des Schrägungswinkels beim Verzahnungspulsen, in: Antriebstechnik : Konstruktion, Entwicklung und Anwendung von Antrieben und Steuerungen 53(3), 15-21
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- Pulsating Helical Gears and Calculation of the Tooth Root Load Carrying Capacity, 5th WZL Gear Conference in the USA, Apprimus Verlag 2014, ISBN 978-3-86359-251-6, S. 59-80
Brecher, C ; Brumm, M.; Rüngeler, M.
- Schrägungswinkeleinfluss beim Verzahnungspulsen, 55. Arbeitstagung Zahnrad- und Getriebeuntersuchungen, Aachen, 2014
Brecher, C.; Brumm, M.; Rüngeler, M.
