Numerische Analyse ausgewählter Versagensmechanismen bei hochbelasteten Verzahnungen

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

Abstract

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der numerischen Analyse ausgewählter Versagensmechanismen bei hochbelasteten Verzahnungen. Es handelt sich hierbei um die Schädigungsmechanismen Grübchenbildung und Flankenbruch. Ziel dieser Arbeit war es, ein Tool zu entwickeln, welches im Stande ist, den lokalen Beanspruchungszustand hinsichtlich Grübchenbildung und Flankenbruch zu bewerten. Zu Beginn wird ein Überblick über die auftretenden Beanspruchungen in einem Zahn eines Zahnrades gegeben. Eine Festigkeitshypothese muss einige Anforderungen erfüllen, um die Beanspruchungszustände in einem Zahn bewerten zu können. Zu diesem Zweck wurden verschiedene Festigkeitshypothesen untersucht und die Schubspannungsintensitätshypothese für die weitere Umsetzung ausgewählt. Diese Theorie für Grübchenbildungs- und Flankenbruchgefährdung wurde durch ein selbst entwickeltes Tool in Python umgesetzt und es wurden Untersuchungen an unterschiedlichen Kegelradpaaren durchgeführt. Mit dieser Theorie ist es möglich den lokalen Beanspruchungszustand des Zahnes eines Zahnrades zu bewerten und den Auslastungsgrad unter Berücksichtigung lokaler Werkstoffeigenschaften zu ermitteln. Die Basis dieser Berechnungen bilden die Ergebnisse aus Finite – Elemente – Simulationen. Mithilfe einer Sensitivitätsanalyse konnte das Tool abgestimmt und der Einfluss wichtiger Parameter bestimmt werden. Weiters wurde ein Konzept der Berücksichtigung der Lastzyklenzahl eingeführt. Das letzte Kapitel der Arbeit untergliedert sich schlussendlich in zwei Teile. Im ersten Teil erfolgt die Anwendung des Tools auf Kegelräder eines Kegelraddifferentials und der zweite Teil beschäftigt sich mit achsversetzten Kegelrädern, den sogenannten Hypoidrädern. Anschließend wurden die Ergebnisse mit den Ergebnissen aus der Verzahnungsprüfung verglichen. Sowohl bei der ausgewählten Kegelrad- als auch bei der Hypoidverzahnung konnten die numerischen Analysen das Eintreten von Grübchenbildung und Flankenbruch unter einer bestimmten Belastung bestätigen. Mit diesen Ergebnissen ist es möglich, Eintreten von Grübchenbildung und Flankenbruch bei einem Zahn eines Zahnrades zu bestimmen. Durch die Miteinbeziehung der Lastzyklenzahl kann eine konservative Abschätzung hinsichtlich der Lebensdauer durchgeführt werden. Dieses Berechnungsverfahren soll den Grundstein für erste Bewertungen der Grübchen- und Flankenbruchtragfähigkeit von Kegelradsätzen legen und in weiterer Folge im Auslegungsprozess von künftigen Kegelradpaaren einen Beitrag zur Tragfähigkeitsbewertung hinsichtlich Grübchenbildung und Flankenbruch leisten.

Details

Titel in ÜbersetzungNumerical analysis of specific failure modes of high loaded gears
OriginalspracheDeutsch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
Datum der Bewilligung12 Apr. 2019
StatusVeröffentlicht - 2019