Herleitung einer analytischen Optimierungsmethode für Beveloidräder durch lokale Anpassung der Verzahnungsdaten

Abstract

ZusammenfassungBei schneidend oder windschief angeordneter An-und Abtriebswelle (kleine Achswinkel bis 30°) bieten Beveloidverzahnungen, auch konische Verzahnungen genannt, eine Möglichkeit, Bauraum und Gewicht einzusparen. Aufgrund der zueinander geneigten Grundzylinder liegt jedoch keine gemeinsame Eingriffsebene vor, weshalb Beveloidradpaarungen im Allgemeinen nur punktförmig an einer Breitenposition der Zahnflanke abwälzen. Dieser punktförmige Kontakt führt bei nicht modifizierten Beveloidradpaarungen zu hohen lokalen Flankenpressungen. Um wie bei Zylinderrädern einen konjugierten, linienartigen Eingriff zu erzielen, sind bei Beveloidrädern derzeit komplexe, iterative Modifikationen der Flankenfeingeometrie notwendig. Daher wird in diesem Bericht ein analytischer Ansatz hergeleitet, der eine Bestimmung der modifizierten Flankenfeingeometrie für Beveloidräder in beliebiger Achslage ermöglicht. Grundlage dieses Optimierungsansatzes ist die stirnschnittweise Anpassung der Verzahnungsdaten, sodass ein konjugierter Eingriff erzielt wird. Erste Untersuchungen zeigen, dass eine zusätzliche tangentiale Modifikation die korrekte Position der Stirnschnitte entlang der Zahnbreite gewährleistet. Hierzu wird ein analytischer Ansatz basierend auf dem Verzahnungsgesetz verwendet, welcher die evolventische Zahnform im Stirnschnitt nicht verändert. Die Wirksamkeit der Modifikation wird mit lastfreien Kontaktsimulationen für drei exemplarisch modifizierte Beveloidradpaarungen gezeigt. Das Tragbild ist wie beim konjugierten Eingriff voll ausgebildet und der Drehfehler ist vergleichbar gering zu nicht modifizierten Beveloidrädern.

Experimentelle Untersuchung des Abwälzverhaltens von Beveloidverzahnungen mit lokal angepassten Verzahnungsdaten entlang der Zahnbreite

“…Die in den Beiträgen [12] und [13] des Verfassers dargestellte analytische Berechnungsmethode ermöglicht durch die lokale Anpassung der Verzahnungsdaten entlang der Zahnbreite ebenfalls die Kompensation des Ease-Offs. Die resultierende Mikrogeometrie wird in lastfreien Kontaktsimulationen untersucht und zeigt das Potenzial dieser Berechnungsmethode auf.…”

“…Motiviert durch die vielversprechenden Simulationsergebnisse von modifizierten Beveloidradpaarungen in [13] wird eine experimentelle Untersuchung des Abwälzverhaltens durchgeführt, um die analytische Berechnungsmethode zu validieren. Hierzu wird ein Prüfstandsaufbau verwendet, mit dem eine windschiefe Achslage eingestellt werden kann.…”

“…Marino et al [12,13] leiten ebenfalls eine analytische Berechnungsmethode mit lokal angepassten Verzahnungsdaten entlang der Zahnbreite her, um bei Beveloidverzahnungen in windschiefer Achslage einen konjugierten Eingriff anzunähern. In simulativen Untersuchungen mit BECAL kann die Wirksamkeit der Zahnflankenmodifikationen gezeigt werden.…”

“…Es fehlen jedoch Prüfstandsversuche, um das Abwälzverhalten zu bestätigen. Bisher wird das Übertragungsverhalten von Beveloidradpaarungen mit lokalen Verzahnungsdaten [13,20] entlang der Zahnbreite ausschließlich in simulativen Kontaktanalysen untersucht.…”

“…In diesem Bericht werden am institutseigenen Drehübertragungsprüfstand (DÜP) lastfreie Abwälzversuche mit einer stirnschnittweise optimierten Beveloidradpaarung durchgeführt. Ziel ist es, die experimentell ermittelten Tragbilder und Drehfehlerverläufe mit den Simulationsergebnissen zu vergleichen und so die Berechnungsmethode aus [12,13] zu validieren. Abb.…”