Validation of a New Method to Compute the Gearing Tooth Root Failure

Titel in Übersetzung: Validierung einer neuen Methode zur Berechnung des Zahnfußbruchs bei Zahnrädern

Maximilian Neururer

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

Abstract

Härten ist eine gängige Methode, um die mechanische Festigkeit von Bauteilen durch Gefügeumwandlung zu erhöhen. In dieser Arbeit werden zwei Mechanismen untersucht, die als Haupttreiber für die Änderung der mechanischen Eigenschaften angenommen werden; zum einen die erhöhte Härte des Oberflächenmaterials und zum anderen die Druckeigenspannung, die durch die Volumenausdehnung während der martensitischen Umwandlung entsteht. Die entwickelte Berechnungsmethode berücksichtigt diese beiden Effekte und ermöglicht damit eine effiziente vereinfachte Berechnung der statischen Festigkeit von Ritzeln. Nach derzeitigem Stand der Technik werden komplette Prozesskettensimulationen zur Modellierung gehärteter Ritzel verwendet. Der Aufwand und die Anzahl der benötigten Parameter dazu ist enorm. Die neue Berechnungsmethode umgeht dieses aufwändige Verfahren. Ziel ist es, synthetisch ein Finite Elemente Modell zu erzeugen, das sowohl ein realistisches Härtebild als auch einen Eigenspannungszustand aufweist ohne die dahinterstehende Gefügeumwandlung zu berechnen. Der Vergleich einer Finite Elemente Simulation mit experimentellen Ergebnissen von statischen Gewaltbruchversuchen dient der Validierung der entwickelten Methode. Es werden vier verschiedene Versionen des Ritzels getestet. Sie unterscheiden sich in der Härtebehandlung. Ritzel 1 weist eine Oberflächenhärte von 650 HV und eine Einhärtetiefe von 0,8 mm auf und wurde von einem Zulieferer hergestellt. Die Spezifikationen dieses Ritzels stimmen also mit dem Serienteil überein. Das Simulationsmodell erreicht eine Genauigkeit von unter 2,2 %. Ein Vergleich des Ergebnisses von Ritzel 1 mit den anderen 3 Ritzeltypen führt zu folgenden Schlussfolgerungen. Das Simulationsmodell kann die Auswirkungen unterschiedlicher Oberflächenhärten reproduzieren. Allerdings sagt das Simulationsmodell durchgängig einen Festigkeitsanstieg bei höherer Einhärtetiefe voraus, während die durchgeführten Gewaltbruchversuche ein abnehmendes Festigkeitsverhalten bei zunehmender Dauer des Härtungsprozesses zeigten. Es wurde angenommen, dass Eigenspannungen der Schlüsselmechanismus hinter diesem Verhalten sind. Die durchgeführten Simulationen zeigen allerdings, dass die Eigenspannung aufgrund der starken Plastizierungen bei den Gewaltbruchversuchen keinen Einfluss auf die Festigkeit haben. Nach derzeitigem Kenntnisstand ist der festigkeitsmindernde Effekt nicht erklärbar. Es stellte sich heraus, dass es einen Mechanismus geben muss, der noch nicht berücksichtigt wurde und der den Unterschied zwischen Simulation und Experiment verursacht.
Titel in ÜbersetzungValidierung einer neuen Methode zur Berechnung des Zahnfußbruchs bei Zahnrädern
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
  • Montanuniversität
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Grün, Florian, Betreuer (intern)
  • Maier, Bernd, Mitbetreuer (intern)
  • Schroll, Christian, Betreuer (extern), Externe Person
Datum der Bewilligung21 Okt. 2022
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2022

Bibliographische Notiz

gesperrt bis 22-09-2027

Schlagwörter

  • Induktionshärten
  • Eigenspannungen

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