Hypoidverzahnungen in der Mehrkörpersystemsimulation

Wolf Wieland Wagner

AutorIn

Wolf Wieland Wagner

Titel

Hypoidverzahnungen in der Mehrkörpersystemsimulation

Zitierfähige Url:

https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-937475

Übersetzter Titel (EN)

Hypoid gears in multi-body system simulation

Erstveröffentlichung

2024

Datum der Einreichung

17.01.2024

Datum der Verteidigung

02.07.2024

Abstract (DE)

Für die Auslegung von Kegelrad- und Hypoidverzahnungen ist es von hoher Relevanz, die genaue Achslage der Zahnräder zu kennen, da diese einen erheblichen Einfluss auf das Tragbild hat. Eine veränderte Tragbildlage beeinflusst wiederum die durch die Verzahnung auf die Wellen und Lager wirkenden Kräfte und Momente. Damit kommt es zu einer gegenseitigen Beeinflussung von Verzahnung und Umfeld. Um die Auswirkungen dieser Wechselwirkung beurteilen zu können, bietet sich die Simulation von Getrieben als Mehrkörpersystem (MKS) an. Bei den etablierten Methoden zur Implementierung von Kegelradverzahnungen in MKS-Modellen machen sich jedoch Vereinfachungen in den Berechnungsmodellen und der Geometrieabbildung negativ bemerkbar. Nachgelagerte Tragfähigkeitsberechnungen mit spezialisierten Programmen zur Tragfähigkeitsanalyse wie beispielsweise BECAL sind nur bedingt aussagekräftig, da die zugrundeliegenden Berechnungsansätze für die Verlagerungen und die Lastverteilung unterschiedlich sind. In dieser Arbeit wird die Entwicklung eines MKS-Kraftelementes dargelegt, welches die Geometrieverarbeitung und Lastverteilungsrechnung von BECAL verwendet. Auf Basis der Relativlage der Zahnräder wird eine Zahnkontaktsimulation mit anschließender Lastverteilungsrechnung durchgeführt. Zusätzlich werden Reibungs- und Kontaktdämpfungskräfte berechnet und in die Rückstellkräfte und -momente einbezogen. Das BECAL-Kraftelement stellt ein Werkzeug dar, mit dem es möglich ist, die Auslegung von Hypoidverzahnungen im Gesamtsystem zu beurteilen. Die Wechselwirkungen zwischen Verzahnung und Umfeld lassen sich somit genauer bestimmen als mit den bisher vorhandenen Methoden. Insbesondere die Auswirkung von Mikrogeometriemodifikationen auf das Anregungsverhalten und die Tragfähigkeit können im Gesamtsystem untersucht werden. Weiterhin ist eine zuverlässige Ermittlung der Relativlageabweichungen im Kontext unterschiedlicher Lastfälle möglich. Damit ist ein Tragfähigkeitsnachweis mit nachgelagerten BECAL-Rechnungen möglich.

Abstract (EN)

For the design of bevel and hypoid gears, it is highly relevant to know the exact axis position of the gears, as this has a significant influence on the contact pattern. A changed contact pattern position in turn influences the forces and torques acting on the shafts and bearings through the gearing. This results in a mutual influence between the gearing and the environment. In order to assess the effects of this interaction, the simulation of gearboxes as a multi-body system (MBS) is a suitable method. However, with the established methods for implementing bevel gears in MBS models, simplifications in the calculation models and geometry representation have a negative impact. Subsequent load capacity calculations with specialized programs for load capacity analysis, such as BECAL, are only of limited significance, as the underlying calculation approaches for the displacements and load distribution differ. This thesis presents the development of a MBS force element that uses the geometry processing and load distribution calculation of BECAL. Based on the relative position of the gears, a tooth contact simulation with subsequent load distribution calculation is carried out. In addition, friction and contact damping forces are calculated and included in the resulting forces and torques. The BECAL force element is a tool with which it is possible to optimize the design of hypoid gears.

Freie Schlagwörter (DE)

Hypoidräder, Kegelräder, BECAL, MKS, Verzahnungen

Klassifikation (DDC)

620

Klassifikation (RVK)

ZL 4160

GutachterIn