Entwicklung einer verbesserten Festigkeitsberechnung für P3G-Polygon-Welle-Nabe-Verbindungen bei Torsions und kombinierter Biege- und Torsionsbeanspruchung:
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Düsseldorf
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| adam_text | Titel: Entwicklung einer verbesserten Festigkeitsberechnung für P3G-Polygon-Welle-Nabe-Verbindungen bei To
Autor: Göttlicher, Christoph
Jahr: 1995
- V- Inhaltsverzeichnis Verwendete Formelzeichen und Abkürzungen VIII 1 Einleitung 1 2 Stand der Forschung 3 2.1 Historische Entwicklung......................... 3 2.2 Vor- und Nachteile gegenüber anderen Welle-Nabe-Verbindungen ... 4 2.3 Herkömmliche Berechnungsmethoden.................. 6 2.3.1 Auslegung nach MANURHIN................... 6 2.3.2 Auslegung nach MUSYL..................... 7 2.3.3 Auslegung nach LEROY und VlSEUR.............. 7 2.3.4 Bewertung der herkömmlichen Berechnungsmethoden..... 8 2.3.5 Auslegung mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode nach MECHNIK 8 2.4 Motivation der vorliegenden Arbeit................... 9 3 FE-Modell der Polygon-Welle-Nabe-Verbindung 11 3.1 Das P3G-Profil.............................. 11 3.1.1 Das im Versuch verwendete Modell............... 13 3.1.2 Einführung bezogener Größen.................. 15 3.1.3 Kinematik der Polygon-Welje-Nabe-Verbindung........ 15 3.2 FE-Modell . . .......... 17 3.2-1 Ablaufplan und verwendete Programme.............
18 3.2.2 Ebene und räumliche Torsion.................. 18 3.2.3 Statische Torsion mit Umlaufbiegung.............. 21 3.3 Behandlung von Randbedingungen im FE-Programm MARC..... 22 3.3.1 TIES und deren Anwendung auf zyklische Randbedingungen . 23 3.3.2 TIES und deren Anwendung auf das Kontakt-Problem .... 26 3.3.3 Hertzsche Pressung als Anwendung des Kontakt-Algorithmus . 30 3.4 Darstellung der Spannungen....................... 31 4 Beanspruchung der P3G-Nabe unter Torsion - ebenes Modell 33 4.1 Zusammenstellung der Parametervariation............... 33 4.2 Eigenspannungszustand nach dem Fügen mit Übermaß........ 34 4.2.1 Isothermes Fügen......................... 35 4.2.2 Thermisches Fügen.............. 39 4.3 Variation der Passung .......................... 43 4.3.1 Lastspannungen bei Übermaß Null............... 43 4.3.2 Überlagerung der Eigen- und Lastspannungen......... 49 4.4 Variation des Reibbeiwertes in der Trennfuge.............. 55 4.5 Variation der Nabenwandstärke.....................
59 4.6 Zusammenfassung und Bewertung der Ergebnisse........... 63
- VI - 5 Schadensanalyse Dauerbruch 65 5.1 Torsion................................... 66 5.1.1 Schadensbild unter Torsion.................... 66 5.1.2 Metallografische Bewertung................... 67 5.1.3 Randbedingungen für das FE-Modell .............. 72 5.2 Überlagerte Biegung und Torsion.................... 73 5.2.1 Metallografische Bewertung und Folgerungen für die FE- Rechnung............................. 75 6 Belastung durch schwellende Torsion 77 6.1 Spannungs- und Verschiebungszustand infolge Torsion......... 78 6.1.1 Verwölbung und Querkontraktion der Welle durch Torsions- Belastung ............................. 81 6.1.2 Bestimmung des Rißverlaufes aus der FE-Rechnung und Vergleich mit dem Experiment.................... 82 6.1.3 Beanspruchung der Welle bei Variation von Exzentrizität und Last................................ 84 6.2 Identifizierung des Anrißortes mit dem RUIZ-Kriterium ....... 85 6.3 Auslegungs-Konzept bei Torsion..................... 86 6.3.1 Bestimmung
der in der Wellenoberfläche wirkenden Spannungen 88 6.3.2 Ort des Anlagebereiches.................... . 90 6.3.3 Bestimmung des Schlupfs am Ort der Schädigung....... 92 6.3.4 Einfluß der Reibung auf das RUIZ-Kriterium.......... 93 6.4 Anpassung des Auslegungs-Konzeptes an die experimentell gewonnen Ergebnisse und Ablaufplan zur Auslegung der Polygon-Verbindung . 94 6.5 Diskussion der variierten Parameter für die Torsions-Belastung .... 95 6.6 Minderung der Reibkorrosion durch Überlagerung einer Preßpassung . 98 7 Spannungsanalyse bei Torsions- und Biegebelastung 101 7.1 Zusammenfassung der experimentellen Ergebnisse........... 101 7.2 Simulation der umlaufenden Biegung.................. 101 7.3 Beanspruchung der Welle......................... 104 7.3.1 Zeitliche und axiale Spannungsverläufe............. 104 7.3.2 Analyse des Spannungäzustandes auf der Oberfläche im Ort der Schädigung ............................ 106 7.3.3 Diskussion der Beanspruchung bei variierter Geometrie und
Reibbeiwert............................ 108 7.3.4 Gestaltfestigkeitsnachweis für die ermittelten Spannungen . . . 109 7.4 Diskussion der Ergebnisse ........................ 109 8 Zusammenfassung und Ausblick 112 A Anhang: Zusammenstellung der Hardware-Anforderung 114
- VII - B Anhang: Experimentelle Untersuchungen 116 B.l Torsion................................... 116 B.2 Biegung.................................. 118 Literatur 120
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