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antriebstechnik 4/2018

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MAGAZIN FVA AKTUELL

MAGAZIN FVA AKTUELL Lagersitze im Planetenrad Aufgrund der tendenziell steigenden dynamischen Tragzahlen und der damit einhergehenden höheren spezifischen Belastungen ist das Wälzlagerwandern zu einem wichtigen Auslegungsmerkmal avanciert. Wälzlagerwandern bezeichnet Relativbewegungen im Lagersitz, welche infolge der Belastungen und der Rotationsbewegungen hervorgerufen werden. Dies führt zu abrasivem Verschleiß bzw. zur Passungsrostbildung in den Lagersitzen. Wälzgelagerte Planetenräder stellen dabei einen speziellen Problemfall dar, da es zu einer Überlagerung von zwei sich begünstigenden Wandermechanismen (Zahnradwandern und Wälz­ Forschungsvorhaben FVA 479 VI lagerwandern) kommt. IGF-Nr. 18311 BG Ziel des Forschungsvorhabens war die Bestimmung der wirkenden Wandermechanismen im mehrfach gelagerten Planetenrad-Lagersitz sowie eine darauf basierende Ableitung von Berechnungsmodellen zur Ermittlung der Wandergrenze. Weiterhin sollten alle relevanten Einflussfaktoren zur Reduzierung bzw. Eliminierung der Wanderneigung bei schrägverzahnten Planetenrädern identifiziert und definiert werden. Hierfür wurden grundlegende experimentelle Untersuchungen und realitätsnahe FE-Analysen mit nahezu identischen geometrischen Größen und Randbedingungen durchgeführt. Dabei wurden die unterschiedlichen Wandermechanismen der Planetenradlagerung identifiziert und die Simulationsmethodik an den umfangreichen experimentellen Ergebnissen validiert. Die Abbildung zeigt die Ergebnisse hinsichtlich des tangentialen Schlupfes bei Variation des Reibwertes und der Zahnnormalkraft. Es wird deutlich, dass mit steigendem Reibwert die Wandergrenze der Planetenradlagerung angehoben wird (gestrichelte Verläufe, s Wta = 0) und bei höheren Radiallasten eine Richtungsänderung der Wanderbewegungen auftritt. Für die Auswahl geeigneter gestalterischer Maßnahmen wurde ein Schaubild aufbereitet, welches alle untersuchten Parameter zusammenfasst. Basierend auf den Ergebnissen dieses Vorhabens wurde ein Berechnungsmodell entwickelt, um bereits in den frühen Phasen der Produktentwicklung kritische Wanderbewegungen der Lagerringe im Planetenrad erkennen und ausschließen zu können. Dazu wurde ein kombinierter Ansatz gewählt, bestehend aus einer lokalen Betrachtung der auftretenden und übertragbaren Schubspannungen im Bereich des Zahneingriffes und einer Betrachtung der Schlupfzustände im Bereich der höchstbelasteten Wälzkörper mit dem Softwareprogramm SimWag2.1 Z88 . Das Berechnungsmodell kann die Wandergrenze von Planetenradlagerungen sicher vorhersagen. Der erweiterte analytische Ansatz weist ebenfalls gute Ergebnisse auf und kann für eine schnelle Vorauslegung genutzt werden. Das IGF-Vorhaben 18311 BG 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. Autoren: Tom Schiemann, Institut für Konstruktions- und Antriebstechnik, TU Chemnitz und Genadi Dimov, Lehrstuhl für Maschinenelemente und Getriebetechnik, TU Kaiserslautern Kontakt: Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. (FVA), Dirk Arnold, Tel.: 069/6603-1632 Freilauf Lebensdauer – kombinierte Radial- und Drehmomentbelastung 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 694 I IGF-Nr. 17157 N Als Freilauf wird ein Maschinenelement bezeichnet, welches eine richtungsabhängige Drehmomentübertragung ermöglicht. Derzeit werden Freiläufe in Hinsicht auf Beanspruchung und Lebensdauer mit den FVA-Berechnungsprogrammen LD und JFRED ausgelegt. In dieser Berechnungsumgebung wird zur Bestimmung der Lebensdauer lediglich der anzustrebende Fall einer reinen Drehmomentbelastung verwendet. In praktischen Anwendungen konstruktiv nicht vermeidbare Zusatz belastungen (radiale Kräfte, Wellenverkippung) bleiben unberücksichtigt. Eine Wellenverkippung bzw. eine radiale Zusatzbelastung führt der Erwartung nach zu einer Überhöhung der Belastung auf der Seite der Krafteinleitung, während die gegenüberliegende Seite entlastet wird. Dabei hat die Schädigung der höher belasteten Stelle einen größeren, lebensdauermindernden Einfluss, als die Entlastung eine Lebensdauererhöhung hervorrufen kann. Mithilfe von Simulation und Versuch wurden Erkenntnisse bezüglich der Wirkmechanismen und der Lastverteilung von kombiniert belasteten Freiläufen ermittelt. Hier hat sich gezeigt, dass die Kopplung der Berechnungsvorgänge von Freiläufen und Zylinderrollenlagern zur Abschätzung der resultierenden Beanspruchungen eines radial belasteten Freilaufs zielführend ist. Die bis zu diesem Zeitpunkt gängige Lebensdauerbestimmung durch Berechnung der Einzelerlebenswahrscheinlichkeiten für den Außenring, den Innenstern und den Klemmrollensatz wurde mit der für jeden Kontaktpunkt vorliegenden Beanspruchung erweitert. Die Bestimmung der Einzelerlebenswahrscheinlichkeiten der drei genannten Komponenten kann nun für jeden einzelnen Kontakt durchgeführt werden und resultiert in einer guten Näherung der Lebensdauerbestimmung in Bezug auf die Versuchsergebnisse. Aufbauend auf den Versuchs- und Simulationsergebnissen wurde damit das bestehende Berechnungsmodell angepasst, sodass der Einfluss von radialen Zusatzlasten und einer Verkippung berücksichtigt werden kann. Das angepasste Modell kann nun von den Anwendern in den üblichen Berechnungsprogrammen implementiert werden. Das IGF-Vorhaben 17157 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. Autoren: Technische Universität Clausthal, Institut für Maschinenwesen (IMW), Clausthal-Zellerfeld Kontakt: Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. (FVA), Peter Exner, Tel.: 069/6603-1610 6 antriebstechnik 1-2/2018 4/2018

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