Comparison of evaluation methods regarding the tooth root stress for spur and helical gears in pulsator tests

Titel in Übersetzung: Vergleich von Evaluierungsmethoden bezüglich der Zahnfußspannung für Gerad- und Schrägverzahnungen im Pulsatorversuch

Florian Fiedler

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

Abstract

Zahnräder zählen zu den wichtigsten und weitverbreitetsten Maschinenelementen. Bei ihrem Einsatz in Getrieben und Maschinenkomponenten ist eine lange Lebensdauer und Zuverlässigkeit eine Grundvoraussetzung. Aufgrund dessen ist die Bestimmung der auftretenden Spannungen und die darauffolgende betriebsfeste Auslegung von essentieller Bedeutung. Neben der Flankenermüdung haben die auftretenden Zahnfußspannungen einen entscheidenden Einfluss auf die Lebensdauer eines Zahnrades. Erhöhte Spannungen können zu Anriss und Bruch eines Zahnes führen und damit die ganze Maschinenkomponente unbrauchbar machen. Im Rahmen dieser Arbeit werden unterschiedliche Evaluierungsmethoden für die Zahnfußspannung, sowohl für geradverzahnte als auch schrägverzahnte Zahnräder, durchgeführt und anschließend miteinander verglichen. Die durchgeführten Methoden unterteilen sich in analytische, numerische und experimentelle Ansätze. Für den analytischen Ansatz erfolgt der Aufbau eines Berechnungsschemas nach ISO 6336-3. Mithilfe einer FE Simulation erfolgt im Anschluss die Ermittlung der Spannungsverhältnisse im Zahnfuß der Zahnräder bei unterschiedlichen Lastniveaus. Für den experimentellen Versuch wird zu Beginn eine Zahnradaufnahme für die Testzahnräder entwickelt und konstruiert. Am Prüfstand erfolgt die Durchführung von statischen und zyklischen Versuchen als auch die Messung der auftretenden Spannungen mithilfe von zuvor angebrachten Dehnungsmessstreifen. Anschließend wird die Evaluierung und Darstellung der Ergebnisse der einzelnen Methoden durchgeführt. Hierfür werden die jeweiligen Ergebnisse der Lastniveaus miteinander verglichen und der Zusammenhang zwischen aufgebrachter Last und auftretender Zahnfußspannung untersucht. Der Vergleich zwischen den analytischen Werten nach ISO 6336-3 mit der FE Simulation zeigt bei drei geprüften Lastniveaus, sowohl bei den geradverzahnten als auch schrägverzahnten Zahnrädern, eine sehr gute Übereinstimmung. So wurden bei der Geradverzahnung eine maximale Abweichung von 4% und bei der Schrägverzahnung eine maximale Abweichung von 8% erreicht Des Weiteren wurde ein direkt propotionaler Zusammenhang zwischen Last und Zahnfußspannung wurde festgestellt. Der Vergleich zwischen den Werten der FE Simulation und den Ergebnissen der Dehnungsmessversuche zeigte bei den untersuchten Lastniveaus für beide Zahnradtypen ebenfalls eine sehr gute Übereinstimmung. So wurde bei der Geradverzahnung eine maximale Abweichung von 8% und bei der Schrägverzahnung eine maximale Abweichung von 4% erreicht. Durch diese Vergleiche konnte festgestellt werden, dass die Spannungen bei den unterschiedlichen Evaluierungsmethoden nahezu ident sind. Dadurch ist die Durchführung der Pulsatortests für die beiden Zahnradtypen validiert.
Titel in ÜbersetzungVergleich von Evaluierungsmethoden bezüglich der Zahnfußspannung für Gerad- und Schrägverzahnungen im Pulsatorversuch
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
  • Montanuniversität
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Grün, Florian, Betreuer (intern)
  • Winter, Gerhard, Mitbetreuer (intern)
Datum der Bewilligung25 Juni 2021
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2021

Bibliographische Notiz

gesperrt bis 11-05-2023

Schlagwörter

  • Zahnfußspannung
  • Pulsatortest

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