antriebstechnik 3/2022

FORSCHUNG UND

FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG EFFIZIENTER AUSLEGUNGSPROZESS FÜR STIRNRADGETRIEBE – TEIL 1 Die Auslegung und Konstruktion von Getrieben erfolgen heutzutage in den meisten Fällen unter Einsatz von spezialisierter Software. Aktuelle Programme implementieren dabei die einschlägigen Normen, insbesondere für die Festigkeitsberechnungen. Die Vorgehensweise bei der Auslegung eines Getriebes wird hier am Beispiel des Programms Kisssoft illustriert. Diese Software führt Festigkeitsberechnungen für die in Getrieben verwendeten Maschinenelemente durch. Bei den Zahnrädern werden zusätzlich die Zahnradgeometrie und Effekte wie Wirkungsgrad und Geräuschentwicklung behandelt. Als modernes Programm enthält Kisssoft auch eine Systembewertung, welche das Getriebe als Gesamtsystem betrachtet und die Konsistenz der einzelnen Auslegungen zueinander sicherstellt. 38 antriebstechnik 2022/03 www.antriebstechnik.de

FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG Allgemein kann die Auslegung von mehrstufigen Stirnradgetrieben in mehrere Abschnitte unterteilt werden. In einem ersten Schritt wird das Pflichtenheft analysiert und ein Getriebekonzept mit einem Kinematikmodell erstellt. Im zweiten Schritt wird die Gesamtübersetzung auf einzelne Getriebestufen verteilt. Danach werden die Stirnradstufen ausgelegt und optimiert. Im vierten Schritt werden Wellen und Lager ausgelegt und eine Systemdeformations- und Lastverteilungsberechnung durchgeführt. Anschließend wird die Mikrogeometrie der Verzahnungen definiert und auf verschiedene Kriterien hin optimiert. Als Beispiel soll ein mehrstufiges Elektrofahrzeuggetriebe dienen, das Schritt-für-Schritt ausgelegt wird. Die Auslegung der Wellen und Lager sowie des Differentials wird hier nicht im Detail behandelt. 1. ANALYSE DES PFLICHTENHEFTS UND ERSTELLUNG DES KINEMATIKMODELLS Für das behandelte Beispiel eines Elektrofahrzeuggetriebes sind folgende Eckdaten gegeben: Der Elektromotor liefert eine Leistung von 80 kW bei einer Drehzahl von 6.000 1/min. Das Fahrzeug soll bei diesen Betriebsbedingungen eine Geschwindigkeit von 80 km/h haben. Das Differential wird hier nicht modelliert, weil der Fokus in vorliegendem Fall auf den Stirnrädern liegt. Einfachheitshalber wird eine Differential-Übersetzung von 1 angenommen (Bild 01). Die Gesamtübersetzung des Getriebes lässt sich mit der folgenden Formel berechnen: Da beim Differential eine Übersetzung von 1:1 angenommen wurde, ist die Gesamtübersetzung gleich der Soll-Übersetzung des Getriebes. Außerdem entnehmen wir folgende Randbedingungen aus dem Pflichtenheft, zusammengefasst in Tabelle 01. Die Übersetzung pro Stufe sollte im Bereich 2 bis 5 liegen. Da eine Soll-Übersetzung von 8.9 verlangt wird, entscheiden wir uns für ein 2-stufiges Stirnradgetriebe. Im nächsten Schritt wird eine Kinematikskizze und ein entsprechendes Modell mit der Systemberechnung von Kisssoft erstellt (Bilder 02 und 03). 2. AUFTEILUNG DER ÜBERSETZUNG Für die Aufteilung der Gesamtübersetzung auf die einzelnen Getriebestufen kann eine Formel aus der Literatur [6], [7] herangezogen werden. Die Übersetzungen für ein 2-stufiges Stirnradgetriebe ergeben sich dann folglich: 02 Kinematikskizze i tot – Gesamtübersetzung, n ein – Eingangsdrehzahl, D Rad – Raddurchmesser, v aus – Fahzeuggeschwindigkeit, Durch Einsetzen der Zahlen ergibt sich die Soll- Übersetzung 01 Getriebeschema www.antriebstechnik.de antriebstechnik 2022/03 39