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antriebstechnik 3/2017

antriebstechnik 3/2017

FVA AKTUELL

FVA AKTUELL Anregungsoptimierte Flankenkorrektur durch topologische Korrekturen Ermüdungslebensdauerprognose von Verbundlagern Im Rahmen des FVA Forschungsvorhabens 338 VI wurden die Ableitung, Systematisierung und Validierung teilungsperiodischer Modifikationen als Weiterentwicklung reiner Flankenwelligkeiten untersucht, sodass deren Fertigbarkeit durch gesteigerte Korrekturbeträge verbessert bzw. ermöglicht wird. Auf Basis der im Forschungsantrag vereinbarten Verzahnungshauptgeometrie wurden Forschungsvorhaben Auslegungsstrategien für derartige teilungsperiodische Korrekturen entwickelt, FVA 338 VI IGF-Nr. 18145 N um bei ähnlich „optimalem“ Anregungsverhalten wie bei der reinen Flankenwelligkeit lokal größere Korrekturbeträge zu realisieren – stets unter der Anpassung an Modifikationen zur Sicherstellung der Tragfähigkeit. Die Auslegung kann dabei im – Gegensatz zur ausschließlichen Verwendung von Standardkorrekturen – separat bezüglich der Größen „Tragfähigkeit“ und „Anregungsverhalten“ erfolgen. Die abgeleiteten Flankenformen lassen sich in partielle Welligkeiten bzw. modifizierte Welligkeiten, die den Verlauf der Kontaktsteifigkeit ausnutzen, einteilen. In Abstimmung mit den projektbegleitenden Ausschüssen wurden die vielversprechendsten Varianten in ein umfassendes Versuchsprogramm aufgenommen und die Detailauslegungen erarbeitet. Die abgeleiteten Flankenmodifikationen bieten im Vergleich zur reinen Flankenwelligkeit Überhöhungen der notwendigen Korrekturamplituden um bis zu Faktor fünf. Vor allem die periodischen Kopf-/Fußrücknahmen und die bereichsweise eingegrenzten Welligkeiten erlauben deutliche Steigerungen der Korrekturbeträge bei gleichzeitig optimalem Anregungsverhalten. Anhand der Modifikationsbeschreibungen erfolgte das Schleifen der Versuchsräder bei der Firma Reishauer. Die per Wälzschleifen hergestellten Räder wurden an der Forschungsstelle topologisch vermessen, die Ergebnisse dokumentiert und diese für Nachrechnungen im Vergleich zur Auslegung und zu den Ergebnissen der Prüfläufe verwendet. Die Messversuche am Dynamikprüfstand der Forschungsstelle umfassten die Ermittlung der quasistatischen Drehwegabweichung sowie Beschleunigungsmessungen. Die Auswertung der Ergebnisse konnte die Effektivität der abgeleiteten Flankenwelligkeiten zur Anregungsoptimierung einerseits nachweisen. Andererseits ließen sich durch die vorhandenen Unterschiede im Anregungsverhalten die Möglichkeiten zur Realisierbarkeit der abgeleiteten Flankenformen zueinander sowie im Vergleich zu den ebenfalls getesteten Standardmodifikationen einstufen. So erzielten einige Räder mit den abgeleiteten teilungsperiodischen Korrekturen (periodische Kopfrücknahme) Torsionsbeschleunigungspegel, die bezüglich der ersten Eingriffsordnung um bis zu 10 dB unter denen der besten Standardkorrekturen lagen. Hinsichtlich der ebenfalls in der Auslegung optimierten zweiten Eingriffsordnung wurden bei den Flankenwelligkeiten am Prüfstand zum Teil deutliche Verschiebungen der anregungsoptimalen Lastbereiche verzeichnet. Das IGF-Vorhaben 18145 N der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. (FVA) wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Autor: Bernhard Kohn, TU München Forschungsstelle für Zahnräder und Getriebebau (FZG) Kontakt: Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. (FVA), wDirk Arnold, Tel.: 069/6603-1632 In der derzeit gültigen, genormten Auslegung von Gleitlagern nach VDI 2204 unter dynamischen Belastungen wird die Belastbarkeit des Gleitlagers vereinfacht anhand von statischen Werkstofffestigkeitskennwerten und spezifischen, mittleren Pressungen bestimmt. Dieses Vorgehen ist unter Berücksichtigung der heutigen numerischen Berechnungsmöglichkeiten konservativ und lässt deutliches Potential hinsichtlich der erlaubten Belastungen ungenutzt. Ferner kann nach heutigem Stand keine Auslegung von Gleitlagern im Zeitfestigkeitsbereich durchgeführt werden. Das Ziel des Forschungsvorhabens war es daher eine Ermüdungslebensdauerprognose für Gleitlager abzuleiten und zu validieren. Fokus dieses Forschungsvorhabens waren Weißmetalllegierungen auf Zinnbasis. Zur Erreichung dieses Zieles wurden Material-, Bauteil- und simulative Untersuchungen durchgeführt. Aus Simulationen wurden die lokalen, zeitabhängigen Spannungen im Gleitlager gewonnen, welche die Gleitlagerbzw. Werkstoffbelastung beschreiben. Materialuntersuchungen ergaben dynamische Werkstoffkennwerte zur Beschreibung der Belastbarkeit des Gleitlagerwerkstoffes. In der Anwendung der Quadratischen Versagenshypothese wurden schließlich Belastung und Belastbarkeit des Gleitlagerwerkstoffes in Relation gesetzt, um eine Ermüdungslebensdauerprognose zu erhalten. Bauteiluntersuchungen an Radial- und Axialgleitlagern boten die Grundlage zur Validierung der Prognose. Es konnte eine Korrelation von Ermüdungslebensdauerund Schadensortprognose aus Simulationen und Quadratischer Versagenshypothese mit den Ergebnissen der Versuche gezeigt werden. Das IGF-Vorhaben 17736 N der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. (FVA) wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Autor: M. Sc C. Sous,IME – Institut für Maschinenelemente und Maschinengestaltung, RWTH Aachen und Dipl.-Ing. H. Wünsch, IWM – Institut für Werkstoffanwendungen im Maschinenbau, RWTH Aachen Kontakt: Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. (FVA), Dirk Arnold, Tel.: 069/6603-1632 Forschungsvereinigung Antriebstechnik e. V. Lyoner Str. 18, 60528 Frankfurt Tel.: 069 / 6603-1515 E-Mail: info@fva-net.de Internet: www.fva-net.de Forschungsvorhaben FVA 383 V IGF-Nr. 17736 N 6 antriebstechnik 3/2017

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