Browsing by Author "Schöler, Timon"

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    Vorauslegung konischer Außenstirnräder für beliebige Achslagen
    (Stuttgart : Institut für Konstruktionstechnik und Technisches Design, 2021) Schöler, Timon; Binz, Hansgeorg (Prof. Dr.-Ing.)
    In dieser Arbeit wurde ein Werkzeug geschaffen, das die effiziente Auslegung der Hauptverzahnungsdaten konischer Außenstirnräder („Beveloidräder“) in einem geschlossenen Berechnungsablauf ermöglicht. Die damit ausgelegten und voroptimierten Hauptverzahnungsdaten ermöglichen eine nachfolgende Optimierung zugunsten eines ausgewogenen Abwälzverhaltens unter Last. Insbesondere hinsichtlich des erforderlichen Bauraums weisen Beveloidverzahnungen für kompakte Antriebssysteme mit kleinen Achswinkeln ein großes Potenzial auf, wie Anwendungsbeispiele im Fahrzeug-, Schiffs- oder auch im allgemeinen Maschinenbau demonstrieren. Für die Beveloidrad-Auslegung werden jedoch geeignete Auslegungsansätze/-werkzeuge benötigt. Nach dem derzeitigen Stand der Technik existieren zwar Formelsätze, die bei weitgehender Vorgabe der Hauptverzahnungsdaten eine geometrische Nachbestimmung der noch freien Verzahnungsparameter ermöglichen. Gesichtspunkte der Tragfähigkeit werden hierbei jedoch vernachlässigt. Ferner ist deren Anwendung bei der Neuauslegung einer Beveloidverzahnung mit aufwendigen Iterationsschleifen, bestehend aus Auslegung, Simulation und wiederholter Anpassung der Hauptverzahnungsdaten, verbunden. Das Ziel dieser Arbeit ist daher eine implementierte und validierte Methode zur Auslegung der Hauptverzahnungsdaten ohne verpflichtende Vorgabe wesentlicher Verzahnungsgrößen. Die erarbeitete Vorauslegungsmethode für Beveloidräder in paralleler, schneidender und windschiefer Achslage basiert auf der initialen Vordimensionierung einer Ersatz-Stirnradverzahnung unter Festigkeitsaspekten. Diese bildet die Grundlage für die Auslegung von zwei spielfreien mittleren Stirnschnitten in paralleler oder schneidender Achslage. Die Auslegung für windschiefe Achsanordnungen erfolgt in einem iterativen Berechnungsverfahren, in dem der Achsversatz und der Achswinkel auf die Auslegungsvorgaben abgestimmt, die übrigen Einbauparameter sowie die Schrägungswinkel berechnet werden. Die Verzahnungsgrenzen finden bei der Bestimmung der Konuswinkel und der Profilverschiebungen Berücksichtigung. Weiterhin ermöglicht die Methode die Umsetzung eines definierbaren Drehflankenspiels sowie die Optimierung der Konuswinkel für ein mittiges Tragbild. Die Kopfkegel werden unter Einhaltung eines vorgebbaren Mindestkopfspiels ausgelegt. Neben einer freien Auslegung sind bei anwendungsspeziefiischen Randbedingungen genauso Vorgaben zur Bestimmung der Konuswinkel, Schrägungswinkel und Profilverschiebungen möglich. In der vorliegenden Arbeit wurde der in [SCHÖLER17A] erarbeitete Algorithmus erheblich verbessert und erweitert. Die Auslegungsmethode wurde in das neu konzipierte Berechnungsprogramm „Vorauslegungssoftware Konischer Stirnräder“ (VoKoS) der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. (FVA) implementiert. Datenschnittstellen sowohl zu FVA-Programmen als auch zur Institutssoftware SimKoS ermöglichen die Weiterverarbeitung der Verzahnungen. Zur autarken, effizienten Nutzung der hergestellten FVA-Berechnungskette wurde ein sog. Handler entwickelt, der gleichzeitig auch Parameterstudien ermöglicht. Die theoretische Validierung der implementierten Vorauslegungsmethode erfolgte in einer umfangreichen Studie mit systematisch variierten Auslegungsgrößen. Die Auswertung der dabei ausgelegten Hauptverzahnungsdaten ergab durchweg plausible Ergebnisse. Die ausgewerteten Wälzabweichungen der Radpaarungen bewegen sich in einer vernachlässigbaren Größenordnung. Mit VoKoS lassen sich Verzahnungen mit Achsversätzen von bis zu rund 50 % der Summe der Wälzkreisradien und bis zu Schrägungswinkeln von ca. 30° mit einem mittigen Tragbild auslegen. Bei ungünstiger Kombination optionaler Vorgaben zur Profilverschiebungsaufteilung/-summe und zu den Schrägungswinkeln tendieren die Tragbilder leicht in Richtung Zehe bzw. Ferse, was jedoch durch eine geringfügige Modifikation, z. B. eines Schrägungswinkels, korrigierbar ist. Neben den theoretischen Untersuchungen wurden an drei ausgelegten Beveloidradpaarungen auch experimentelle Abwälzversuche durchgeführt. Hierfür musste der Drehübertragungsprüfstand des Instituts um die Prüfmöglichkeit mit stufenlos einstellbarem Achsversatz erweitert werden. Anhand der Prüfstandsversuche konnte nachgewiesen werden, dass die Simulationsergebnisse plausibel sind. Insgesamt stimmen die Simulations- und Versuchsergebnisse sehr gut überein. Mit der entwickelten Auslegungssoftware trägt diese Arbeit dazu bei, dass ressourcenschonende Antriebssysteme mit Beveloidrädern zielgerichtet ausgelegt werden können. Damit wird der Weg für eine breitere Verwendung von Beveloidrädern in den unterschiedlichsten technischen Anwendungsbereichen geebnet.