KISSsoft Tutorial: Stirnrad Festigkeitsrechnung. KISSsoft Tutorial 0010: Stirnrad Festigkeitsrechnung. Aufgabenstellung

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1 KISSsoft Tutorial: Stirnrad Festigkeitsrechnung KISSsoft Tutorial 0010: Stirnrad Festigkeitsrechnung Für Release 04/2006 Letzte Änderung :45 Aufgabenstellung Aufgabenstellung Es soll ein Stirnradpaar bezüglich Festigkeit nach ISO6336, Methode B, nachgerechnet werden. Dabei ist ein Lastkollektiv zu verwenden. Es sollen Sicherheiten, Lebensdauern und übertragbare Momente berechnet werden. Die Daten des Stirnradpaares seien wie folgt vorgegeben: Rad 1 Rad 2 Modul [mm] 6 6 Schrägungswinkel [Grad] 5 5 Eingriffswinkel [Grad] Zähnezahl [-] Breite [mm] Material 18CrNiMo7-6 einsatzgehärtet 18CrNiMo7-6 einsatzgehärtet Drehmoment [Nm] 3360 folgt Drehzahl [Rpm] 440 folgt Anwendungsfaktor [-] Geforderte Lebensdauer [h] Das Lastkollektiv ist wie folgt definiert: Häufigkeit [%] Drehzahlfaktor [%] Drehmomentfaktor [%] / Mai 2006

2 Erste Schritte Nach Installation und Freischaltung von KISSsoft als Test- oder Vollversion (siehe dazu Installationsanleitung) wird KISSsoft über Start/Programme/KISSsoft-Hirnware /KISSsoft-Hirnware gestartet. Es erscheint die folgende Maske, in der das Datenbanktool (für die Eingabe des Lastkollektives) wie gezeigt aufgerufen wird: Abbildung 0-1 Starten von KISSsoft, Startfenster, Aufruf des Datenbankttols Eingabe der Daten Eingabe des Lastkollektives Nachdem wie in Abbildung 0-1 gezeigt das Datenbanktool geöffnet wurde, wird nun die Lastkollektivdatenbank über Datenbank / Öffnen und Auswahl von Lastkollektive aus der Liste aufgerufen. Nach Ok und Bestätigung der Meldungen steht diese zur Bearbeitung zur Verfügung. Abbildung 0-1 Aufrufen der Lastkollektivdatenbank. Ein neuer Datensatz wird über Neu angelegt. Es ist ein Name, die Anzahl der Stufen im Kollektiv sowie das Kollektiv selbst anzugeben. Weiter ist zu definieren ob sich das Lastkollektiv auf das Drehmoment oder die übertragene Leistung bezieht. Es ist auch möglich, ein Lastkollektiv aus einer Textdatei zu übernehmen, siehe dazu die Spezialanleitung kisssoftanl-001-d-lastkollektiv-aus-datei.doc, die über info@kisssoft.ch bezogen werden kann. Der Datensatz wird nach der Eingabe über Speichern gespeichert. Das Datenbanktool wird nun über Datenbank / Beenden verlassen und man gelangt wieder in die Startmaske von KISSsoft. Das Lastkollektiv steht nun für Berechnungen zur Verfügung. 2 / 12

3 Neuer Eintrag Eintrag speichern Name des Kollektives Wirkend auf Anzahl Stufen Stufen Abbildung 0-2 Eingabe des Lastkollektives Eingabe der Verzahnungsdaten Die Stirnradberechnung wird aus der KISSsoft Hauptmaske über Berechnung / Antriebs- Elemente / Stirnrad / Stirnradpaar Z1 aufgerufen. Die oben angegebenen Verzahnungsdaten werden nun wie folgt eingegeben: Allg. Angaben Belastung, es müssen zwei der drei Werte (Drehzahl, Moment, Leistung) vorgegeben werden Bezugsrad Rechenmethode Abbildung 0-1 Eingabe der Verzahnungs- und Belastungsdaten Bestimmen weiterer Grössen Achsabstand Der Achsabstand wird über den Auslegeknopf rechts des Eingabefeldes für den Achsabstand bestimmt. Zur Zeit ist noch keine Profilverschiebung definiert, die Profilverschiebungssumme ist demnach Null. Der Achsabstand wird über Berechnen berechnet und direkt in die Hauptmaske übergeben. 3 / 12

4 Abbildung 0-1 Berechnung des Achsabstandes bei vorgegebener Profilverschiebungssumme (hier Null). Profilverschiebung Die Profilverschiebung soll so gewählt werden, dass ein ausgeglichenes und damit minimales spezifisches Gleiten resultiert. Dazu wird in der N Maske für Rad 1 der Auslegeknopf für die Profilverschiebung verwendet: Abbildung 0-2 N-Maske, Auslegeknopf für die Profilverschiebung. Resultierende Profilverschiebungsfaktoren für verschiedene Kriterien, in diesem Beispiel soll die Profilverschiebung für das Kriterium ausgeglichenes spezifisches Gleiten gewählt werden. Abbildung 0-3 Auslegung der Profilverschiebung. 4 / 12

5 Abbildung 0-4 Berechnete Profilverschiebungsfaktoren. Der Achsabstand ist ein theoretischer Wert. Er wird auf 304.2mm gesetzt (Wert direkt in der Maske überschreiben). Die dafür notwendige Änderung der Profilverschiebung wird über Berechnen F5 bestimmt, sie ist klein und beeinflusst das spezifische Gleiten nur unwesentlich. Gleichzeitig wird über den Aufruf der Berechnung die Berechnung der Sicherheiten unter der gegebenen Nennbelastung bestimmt, die Resultate werden im unteren Teil des Fensters angezeigt. Manuell geänderter Achsabstand Aufrufen der Berechnung Leicht geänderte Profilverschiebung Resultierende Überdeckung Resultierende Sicherheiten bei Nennlast Resultierende Sicherheit gegen Fressen Abbildung 0-5 Zahnradpaar mit sinnvollem Achsabstand, Profilverschiebungen und erste Resultate unter Nennlast. Das spezifische Gleiten kann nun über Berechnungen / spezifisches Gleiten betrachtet werden: 5 / 12

6 Abbildung 0-6 Aufruf der Berechnung des spezifischen Gleitens, Grafik Schmierung In der Hauptmaske der Stirnradberechnung kann weiter über Schmierung die Untermaske zur Definition der Schmierung aufgerufen werden: Abbildung 0-7 Angaben zur Schmierung. Festigkeitsberechnung mit Lastkollektiven Resultierende Lebensdauer bei geforderter Sicherheit In einem ersten Schritt soll die Lebensdauer in Stunden unter Berücksichtigung einer Sollsicherheit bestimmt werden. Dazu wird diese Sollsicherheit zuerst wie folgt definiert: Abbildung 0-1 Einstellen der geforderten Sicherheiten in den Modulspezifischen Einstellungen. Die Sicherheiten können in Abhängikeit des Moduls vorgegeben werden, unterschiedlich für Metall (nach DIN, ISO und AGMA) und Kunststoff. 6 / 12

7 Die Berechnung der resultierende Lebensdauer wird nun in der Hauptmaske der Stirnradberechnung über Berechnungen / Lebensdauer-Berechnung / Lebensdauer mit Lastkollektiv Z18a aufgerufen: Abbildung 0-2 Aufrufen der Lebesdauerberechnung mit Lastkollektiven In der folgende Maske wir nun zuerst das Lastkollektiv ausgewählt (Plusknopf drücken), siehe dazu Abbildung 0-4. Die Sollsicherheiten wie oben definiert sind unter Sollsicherheiten sichtbar, siehe Abbildung 0-5. Der Anwendungsfaktor sollte auf 1.00 gesetzt werden, dies ist bei Verwendung von Lastkollektiven üblich (kann je nach An-wendung / Vorgabe auch grösser als 1.00 sein). Weiter können verschieden Modifikationen der Miner Regel angewendet werden, mehr Informationen dazu über F1, Online Hilfe. Auswahl der Miner Regel Auswahl des Lastkollektives Anwendungsfaktor, auf 1 setzen Sollsicherheiten Abbildung 0-3 Lebensdauerberechnung, Hauptfenster Auswahl des Lastkollektives aus der Datenbank Übersicht über das Lastkollektiv Abbildung 0-4 Auswahl und Anzeige des in Abschnitt 0 definierten Lastkollektives. Abbildung 0-5 Verwendete Sicherheitsfaktoren in der Lebensdauerberechnung. 7 / 12

8 Lebensdauer des Systems (Minimum der erreichten Lebensdauern) Lebensdauer Fuss Lebensdauer Flanke Sicherheit gegen Fressen bei Höchstlast Abbildung 0-6 Ausführen der Berechnung, Anzeige der Resultate, Protkollaufruf. Abbildung 0-7 Berechnungsprotokoll für Lastkollektivberechnung. Klick auf den Knopf Zwischenresultate öffnet eine temporäre Datei, in der Zwischenwerte der Lastkollektivberechnung aufgeführt sind: 8 / 12

9 Abbildung 0-8 Protokoll mit Zwischenwerten, Schädigungen pro Laststufe etc. Resultierende Sicherheiten bei geforderter Lebensdauer Die Berechnung wird über Berechnungen / Sicherheiten mit Lastkollektiv aufgerufen. Es sind dieselben Einstellungen wie oben beschrieben zu treffen. Statt der Sollsicherheiten ist hier jedoch eine geforderte Lebensdauer anzugeben. Über Auslegen wird die Berechnung durchgeführt, mit Protokoll dokumentiert. Die Berechnung erfolgt über eine Iteration. Dabei wird eine Lebensdauer als Startwert angenommen, Sicherheiten berechnet und die Lebensdauer solange variiert, bis die berechnete minimale Lebensdauer mit der geforderten übereinstimmt. 9 / 12

10 Abbildung 0-1 Maske zur Berechnung der Sicherheiten bei geforderter Lebensdauer Berechnung des maximal übertragbaren Drehmomentes In gleicher Weise kann über Berechnungen / Drehmoment Auslegung / Drehmoment mit Lastkollektiv Z16a die maximal übertragbare Leistung bestimmt werden. Dabei werden die vorgegebene Drehzahl, die verlangte Lebensdauer und die geforderten Sicherheiten berücksichtigt. Weitere Berechnungen Sicherheit gegen Fressen Im unteren Teil der Hauptmaske werden auch die Fresssicherheiten nach Integral- und Blitztemperaturkriterium angezeigt: Abbildung 0-1 Sicherheiten gegen Fressen Der Verlauf der Blitztemperatur über den Eingriff kann über Berechnungen / Blitztemperaturverlauf angezeigt werden, siehe Abbildung 0-2. Wird nun über Berechnungen / Profilkorrekturen Z15 (siehe Abbildung 0-3) z.b. eine Kopfrücknahme ausgelegt (hier optimiert für 90% der Nennlast) und die geänderte Zahnform mit Daten übernehmen übernommen (es erscheinen dabei die beiden in Abbildung 0-4 gezeigten Meldungen), so kann der Verlauf der Blitztemperatur im Kopfbereich verändert werden. 10 / 12

11 Abbildung 0-2 Blitztemperaturverlauf über der unmodifizierten Zahnform. Abbildung 0-3 Aufruf der Profilkorrekturmaske, Auslegen einer Kopfrücknahme für 90% der Nennlast Abbildung 0-4 Meldungen nach Daten übernehmen Wird nun in der Stirnrad-Hauptmaske nochmals Berechnen F5 gedrückt, wird wiederum die Sicherheit gegen Fressen unter der angegebenen Nennlast bestimmt. Zu beachten ist, dass diese nun höher liegen als vorher, vergleiche dazu Abbildung 0-1 und Abbildung / 12

12 Abbildung 0-5 Fresssicherheiten, Integral und Blitztemperaturkriterium Wird nun die Berechnung des Blitztemperaturverlaufes erneut über Berechnungen / Blitztemperaturverlauf aufgerufen, so ist die Blitztemperatur am Kopf auf die Massentemperatur des Zahnrades gesunken. Abbildung 0-6 Verlauf Blitztemperatur nach Kopfrücknahme. Notwendige Einhärttiefe Die notwendige Einhärttiefe kann über den Verlauf der Schubspannung infolge Hertzscher Pressung über Berechnungen / Einhärttiefe abgeschätzt werden. Es wird empfohlen, eine Einhärtetiefe von doppelter Tiefe des Spannungsmaximum anzustreben. Wird nach dem Einsetzen / Härten die Verzahnung geschliffen, so muss die vorgeschriebene Einhärttiefe beim Härten noch um die Schleifzugabe erhöht werden. Abbildung 0-1 Darstellung der Schubspannung über die Tiefe des Zahnres, empfohlene Einhärtetiefe. 12 / 12