TY - THES

T1 - Numerische Analyse ausgewählter Versagensmechanismen bei hochbelasteten Verzahnungen

AU - Berner, Michael

N1 - gesperrt bis 26-02-2020

PY - 2019

Y1 - 2019

N2 - 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.

AB - 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.

KW - Verzahnung

KW - Zahnrad

KW - Zahnradschaden

KW - Versagensmechanismus

KW - Grübchenbildung

KW - Flankenbruch

KW - transmission

KW - gear

KW - tooth

KW - damage

KW - pitting

KW - flank breakage

M3 - Masterarbeit

ER -