Verzahnungsverluste, Temperaturen, Tragfähigkeit

Größe: px

Ab Seite anzeigen:

Download "Verzahnungsverluste, Temperaturen, Tragfähigkeit"

Sara Burgstaller
vor 5 Jahren
Abrufe

1 Technische Universität München Institut für Maschinen- und Fahrzeugtechnik - Lehrstuhl für Maschinenelemente Betriebsverhalten verlustoptimierter Kunststoffzahnräder Verzahnungsverluste, Temperaturen, Tragfähigkeit und dynamisches Betriebsverhalten Matthias D. Fürstenberger Vollständiger Abdruck der von der Fakultät für Maschinenwesen der Technischen Universität München zur Erlangung des akademischen Grades eines Doktor-Ingenieurs genehmigten Dissertation. Vorsitzender: Prüfer der Dissertation: Univ.-Prof. Dr.-Ing. K. Stahl Univ.-Prof. Dr.-Ing. B.-R. Höhn (i.r.) Univ.-Prof. Dr. med., Dr.-Ing. habil. E. Wintermantel Hon.-Prof. Dr.-Ing. M. Hirt Die Dissertation wurde am bei der Technischen Universität München ein gereicht und durch die Fakultät für Maschinenwesen am angenommen.

2 V 1 Einleitung Problemstellung Zielsetzung und Lösungsweg 3 2 Stand der Technik Kunststoff als Zahnradwerkstoff Verzahnungsgeometrie Auslegung von Kunststoffzahnrädem Zahnverformung Verzahnungsverluste Zahnradtemperaturen und thermische Betriebsgrenze Tragfähigkeit Zahnfußtragfähigkeit Flankentragfähigkeit Verschleißtragfähigkeit Dynamisches Betriebsverhalten Experimentelle Untersuchungen Berechnung der Hauptresonanz 28 3 Grundgedanken zur Anwendung von Kunststoff als Zahnradwerkstoff Vergleich von Kunststoff und Stahl als Zahnradwerkstoff Werkstoffeigenschaften Tragfähigkeit Dynamisches Betriebsverhalten von Kunststoffzahnrädern Verzahnungssteifigkeit Verzahnungseigenfrequenz Werkstoff- und Geometrieeinflüsse auf die Verzahnungseigenfrequenz Temperatur- und feuchtigkeitsbedingte Maßänderungen Grundgedanken für ein experimentelles Versuchsprogramm Erweiterte Berechnungsverfahren für Kunststoffzahnräder 39 4 Prüfzahnräder und Prüfeinrichtungen Prüfzahnräder Verzahnungsauslegung Werkstoffe und Fertigungsverfahren Dokumentation der Prüfzahnräder Berechnungen Prüfeinrichtungen Modifizierter FZG-Verspannungsprüfstand FZG-Wirkungsgradprüfstand Modifikationen der Zahnradprüfstände für den Einsatz von Kunststoffzahnrädem 52

VI 4.3 Messtechnik der Zahnradprüfstände 53 4.3.1 Mechanische Messgrößen 53 4.3.2 Thermische Messgrößen 54 4.4 Prüfbedingungen der Zahnradversuche 55 4.4.1 Betriebsbedingungen 55 4.4.2 Einlaufphase 56 4.

3 VI 4.3 Messtechnik der Zahnradprüfstände Mechanische Messgrößen Thermische Messgrößen Prüfbedingungen der Zahnradversuche Betriebsbedingungen Einlaufphase Schmierungsbedingungen 56 5 Verzahnungsverluste Versuchsmethodik Versuchsprogramm Vorversuche zur Bestimmung der Wärmeausdehnung von PA12G Versuchsmethodik Versuchsergebnisse Versuchsergebnisse Exemplarische Messdaten Einfluss der Betriebsbedingungen auf die.. Verzahnungsverluste Geometrie-, Werkstoff- und Schmierungseinflüsse auf die Verzahnungsverluste Reibungszahlmessungen im 2-Scheibenprüfstand Berechnung der Verzahnungsverluste und Vergleich mit Versuchsergebnissen Berechnung der Verzahnungsverluste Vergleich gemessener und berechneter Verzahnungsverluste Analyse der Abweichungen der Verlustleistungsberechnung Zusammenfassung der Untersuchung der Verzahnungsverluste 73 6 Temperaturen und thermische Betriebsgrenze Versuchsmethodik Versuchsprogramm Versuchsergebnisse zur thermischen Betriebsgrenze Exemplarische Messdaten Schadensmechanismus Zahntemperaturen bei thermischem Ausfall Thermische Betriebsgrenze der Prüfräder Versuchsergebnisse zu den Zahnradtemperaturen Vorversuche zum Vergleich der Messmethoden Zahntemperaturen von Ritzel und Rad Temperaturverteilung im Zahnrad Berechnung der Temperaturen und Vergleich mit Versuchsergebnissen Berechnung der Zahn- und Flankentemperatur Vergleich gemessener und berechneter Temperaturen und Analyse der Abweichungen Zusammenfassung der Untersuchung der Temperaturen und thermischen Betriebsgrenze 93

VII 7 Zahnfußtragfähigkeit 95 7.1 Versuchsmethodik 95 7.2 Versuchsprogramm 96 7.3 Versuchsergebnisse 96 7.3.1 Schadensmechanismen 96 7.3.2 Wöhlerlinien der Prüfzahnräder 98 7.3.3 Schmierungseinfluss bei der Verzahnung LL40 99 7.

4 VII 7 Zahnfußtragfähigkeit Versuchsmethodik Versuchsprogramm Versuchsergebnisse Schadensmechanismen Wöhlerlinien der Prüfzahnräder Schmierungseinfluss bei der Verzahnung LL Einfluss der Spielauslegung bei der Verzahnung LL Berechnung der Zahnfußspannung und Auswertung der Versuchsergebnisse Berechnung der Zahnfußspannung Auswertung der Versuchsergebnisse Analyse der Abweichungen Zusammenfassung der Untersuchung der Zahnfußtragfähigkeit Flankenverschleiß Versuchsmethodik Methoden zur Verschleißmessung Versuchsauswertung Versuchsprogramm Versuchsergebnisse Validierung der Methoden zur Verschleißmessung Schadensmechanismus Geometrie-, Werkstoff- und Schmierungseinflüsse auf den Verschleiß Einfluss der Betriebsbedingungen auf den Verschleiß Verschleißberechnung und Vergleich mit Versuchsergebnissen Verschleißberechnung Vergleich gemessener und berechneter Verschleißraten und Analyse der Abweichungen Zusammenfassung der Untersuchung des Flankenverschleißes Dynamisches Betriebsverhalten Versuchsmethodik Messtechnik Versuchsdurchführung und -auswertung Versuchsprogramm Versuchsergebnisse Vergleich von Luft- und Körperschallmessungen Lage der Hauptresonanz Schadensmechanismus Verzahnungs-, Werkstoff- und Schmierungseinflüsse auf das dynamische Betriebsverhalten Berechnung der Verzahnungseigenfrequenz und Vergleich mit Versuchsergebnissen Zusammenfassung der Untersuchung des dynamischen Betriebsverhaltens 124

VIII 10 Erweiterte Berechnungsansätze zur Auslegung verlustoptimierter Kunststoffzahnräder 125 10.1 Verzahnungsverluste 125 10.1.1 Lokal-geometrische Verlustleistungsberechnung unter Berücksichtigung vor- und nachzeitigen Eingriffs 125 10.

5 VIII 10 Erweiterte Berechnungsansätze zur Auslegung verlustoptimierter Kunststoffzahnräder Verzahnungsverluste Lokal-geometrische Verlustleistungsberechnung unter Berücksichtigung vor- und nachzeitigen Eingriffs Validierung des Berechnungsverfahrens Analytisches Näherungsverfahren Experimentell ermittelte Reibbeiwerte Temperaturen und thermische Betriebsgrenze Erweiterte Berechnung der Zahn- und Flankentemperatur Validierung der Berechnungsansätze Berechnung der thermischen Betriebsgrenze Zahnverformung und Verzahnungsspiele Zahnfußtragfähigkeit Erweiterter Berechnungsansatz Validierung des erweiterten Berechnungsansatzes Vergleich des erweiterten Berechnungsansatzes mit dem Stand der Technik Einordnung der Zahnfußfestigkeit von PA12G in den Stand der Technik Verschleißtragfähigkeit Erweiterte Berechnung des Flankenverschleißes Berechnung des zulässigen Verschleißes Validierung des Berechnungsansatzes Dynamisches Betriebsverhalten Auslegungsstrategie Vorgehensweise Definitionsbereich Konstruktionshinweise Zusammenfassung Literaturverzeichnis Anhang Berechnungsgleichungen Dokumentation der Prüfzahnräder Prüfstand und Versuchsmethodik der 2-Scheibenversuche Berechnete Last- und Gleitgeschwindigkeitsverteilungen Gemessene Zahntemperaturen Gemessene Verschleißverläufe Abschätzung der Verzahnungseigenfrequenz Gemessene Ordnungsdiagramme 190 Lebenslauf 195 Dissertationen der FZG 197

Ähnliche Dokumente

Temperatur- und Verlustleistungsverhalten

Lehrstuhl TECHNISCHE UNIVERSITÄT MÜNCHEN Institut für Maschinen- und Fahrzeugtechnik - für Maschinenelemente Temperatur- und Verlustleistungsverhalten von Wälzlagern in Getrieben Thomas Josef Schleich