Fertigungsgerechte, automatische Optimierung der Zahnfußtragfähigkeit von Stirnrädern

 

Ausgangssituation

Tragfähigkeitsoptimierte Verzahnungen können einen Beitrag dazu leisten, Gewicht, Bauraum und Kosten bei der Auslegung und Fertigung von Getrieben einzusparen. Um dieses Potenzial auszuschöpfen, werden Methoden benötigt, die es ermöglichen, Verzahnungen tragfähigkeitsoptimiert in Bezug auf ihre Geometrie zu gestalten. Mit dem Vorgängervorhaben FVA 709 I wurde eine effektive Methode zur exakten und effizienten Spannungsauswertung von freien Zahnfußgeometrien auf Basis von gemessenen Stirnprofilen geschaffen. Die Verwendung nichtkonformer FE Netze erlaubt die Abbildung und Auswertung von der Wälztrochoide abweichender Konturen. Nichtkonforme Netze sind Substrukturen im Finite-Elemente-Netz der Zahnkontaktanalyse FE-Stirnradkette, die eine höhere Auflösung als das umgebene Netz besitzen. Damit werden freie Konturen berechenbar, die ohne eine solch hohe Netzauflösung verzerrte Elementen aufweisen würden.

Forschungsziel

Das Ziel des Vorhabens ist die Nutzung der Erweiterungen der FE-basierten Zahnkontaktanalyse aus FVA 709 I zur automatisierten Spannungsoptimierung der Zahnfußgeometrie unter Berücksichtigung der Herstellbarkeit. Ausgehend von einer Startzahnfußgeometrie soll es ermöglicht werden, durch einen implementierten Iterationsalgorithmus zu einer fußsicherheitsoptimierten, freien Zahnfußgeometrie zu kommen. Das Vorhaben stellt die anerkannten Vorzüge der FEM zur lokalen Spannungsoptimierung in den Vordergrund. Insbesondere die fertigungstechnischen Restriktionen des Prozesses werden bei der Optimierung berücksichtigt. Das Tragfähigkeitspotenzial wird in experimentellen Untersuchungen belegt.