Dreidimensionale Beanspruchungszustände und Festigkeitsnachweis drehmomentbelasteter Zahnwellen-Verbindungen unter elastischer und teilplastischer Verformung:
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| Format: | Abschlussarbeit Buch |
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Düsseldorf
VDI-Verl.
1997
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| Ausgabe: | Als Ms. gedr. |
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| adam_text | Titel: Dreidimensionale Beanspruchungszustände und Festigkeitsnachweis drehmomentbelasteter Zahnwellen-Ver
Autor: Wesolowski, Klemens
Jahr: 1997
FORTSCHRITTBERICHTE VM Dipl. -Ing. Klemens Weso?owski, Neuburg Dreidimensionale Beanspruchungszustände und Festigkeitsnachweis drehmomentbelasteter Zahnwellen-Verbindungen unter elastischer und teilplastischer Verformung Reihe 1: Konstruktionstechnik/ Maschinenelemente Nr. 286
- V - Inhalt Inhalt 1 Einleitung.....................................................................................................1 2 Stand der Technik.......................................................................................3 2.1 Allgemeine Betriebszustände flankenzentherter Verbindungen....................3 2.2 Allgemeine Betriebszustände durchmesserzentrierter Verbindungen...........8 2.3 Berechnung der Betriebszustände................................................................9 2.4 Maximale Flankennormalkraft.......................................................................11 2.5 Schadensfälle an Zahnwellen-Verbindungen................................................12 2.6 Beanspruchungen von Zahnwellen-Verbindungen bei überwiegender Drehmomentbelastung..................................................................................17 3 Problemstellung und Vorgehensweise der folgenden Untersuchung ...34 4 Berechnung von Zahnwellen und -naben unter reiner Torsion..............36 4.1 Theorie der reinen Torsion prismatischer Stäbe...........................................36 4.2 Mechanische Ersatzmodelle für Bauteile unter Torsionsbeanspruchung......38 4.3 Allgemeine Berechnung von tordlerten Zahnwellen......................................43 4.4 Allgemeine Berechnung von tordierten Zahnnaben......................................46 4.5 Verifizierung der Untersuchungsergebnisse..................................................48 5 Berechnung ebener Zahnscheiben bei Belastung durch Flankennormalkraft.....................................................................................51 5.1 Allgemeiner Spannungszustand bei ebenen Scheibenproblemen................51 5.2 Mechanisches Ersatzmodell für ebene Zahnscheiben..................................52 5.3 Allgemeine Berechnung ebener Zahnwellenscheiben..................................55 5.3.1 Maximale Zahnfußspannung einer vollen
Zahnwelle ohne Verzahnungsabweichungen...............................................................55 5.3.2 Beanspruchungen im Wellenkörper....................................................56 5.3.3 Zahnfußspannung einer abweichungsfreien Zahnscheibe mit zentrischer Bohrung............................................................................58 5.3.4 Zahnfußspannungen einer Zahnscheibe mit Abweichungen und zentrischer Bohrung............................................................................61 5.3.5 Tragverhalten über der Zahnhöhe......................................................65 5.3.6 Allgemeiner Ansatz zur Berechnung der maximalen Kerbspannung einer ebenen Zahnwellenscheibe.......................................................66 5.4 Allgemeine Berechnung ebener Zahnnabenscheiben...................................68 5.4.1 Grundsätzliches Spannungs- und Verformungsverhalten einer Zahnnabenscheibe.............................................................................68
Inhalt -VI- 5.4.2 Beanspruchungen im Nabenkörper....................................................68 5.4.3 Maximale Zahnfußspannung einer abweichungsfreien Zahnnabe.....70 5.4.4 Zahnfußspannungen einer Zahnnabenscheibe mit Verzahnungsabweichungen.....................................................................................72 5.4.5 Tragverhalten über der Zahnhöhe......................................................75 5.4.6 Allgemeiner Ansatz zur Berechnung der maximalen Kerbspannung einer ebenen Zahnnabenscheibe.......................................................75 5.5 Beispiele und Verifizierung der Ergebnisse...................................................76 6 Beanspruchungen drehmomentbelasteter Zahnwellen-Verbindungen .80 6.1 FEM-Modell zur Simulation der Beanspruchungen einer drehmomentbelasteten Verbindung...................................................................................80 6.2 Spannungszustand im Kerbbereich drehmomentbelasteter Zahnwellen- Verbindungen ................................................................................................83 6.3 Parameter, die die Kerbspannung beeinflussen............................................86 6.4 Kerbspannung im Zahnfuß der Welle............................................................87 6.4.1 Einfluss der Zahnform.........................................................................87 6.4.2 Einfluss der Verbindungsbreite...........................................................95 6.4.3 Einfluss des Zahnüberstands.............................................................99 6.4.4 Einfluss des Nabenaußendurchmessers............................................100 6.4.5 Einfluss des Welleninnendurchmessers.............................................104 6.4.6 Maximale Zahnfuß-Vergleichsspannung der Welle............................106 6.4.7
Konstruktionshinweise........................................................................107 6.5 Kerbspannung im Zahnfuß der Nabe............................................................108 6.6 Verifizierung der Ergebnisse durch Versuche mit statischem Drehmoment .110 7 Festigkeitsnachweis einer Zahnwelle........................................................118 7.1 Ermittlung der Vergleichsspannung...............................................................118 7.1.1 Vorgaben............................................................................................118 7.1.2 Ermittlung der maximalen Belastung..................................................118 7.1.3 Torsionsbeanspruchung.....................................................................120 7.1.4 Beanspruchung der ebenen Zahnscheibe..........................................121 7.1.5 Maximale Zahnfuß-Vergleichsspannung............................................121 7.2 Abschätzung der Dauerfestigkeit...................................................................122 7.2.1 Vorgaben............................................................................................122 7.2.2 Berechnung der Mittel- und Ausschlagsspannung.............................122 7.2.3 Berücksichtigung der Stützwirkung.....................................................124 7.2.4 Ermittlung der zulässigen Ausschlagsspannung................................124 7.2.5 Ausnutzung des Werkstoffs................................................................126
-VII- lnha.lt 7.3 Vergleich mit Schwingversuchen...................................................................127 8 Beanspruchung im teilplastischen Bereich..............................................128 8.1 Allgemeine Gesetzmäßigkeiten.....................................................................129 8.2 Spannungsberechnung im teilplastischen Bereich........................................130 8.3 Torsion im teilplastischen Bereich.................................................................130 8.4 Teilplastische Beanspruchung ebener Zahnwellenscheiben.........................133 8.5 Teilplastische Beanspruchung von drehmomentbelasteten Zahnwellen.......138 8.6 Verifizierung der Ergebnisse durch Versuche...............................................141 8.7 Ausblick, teilplastische Beanspruchung........................................................147 9 Zusammenfassung......................................... 148 Anhang A4 Torsion, Kenngrößen für DIN 5480............................................................151 A4.1 Zahnwellen nach DIN 5480...................................................................... 151 A4.1.1 Einflussparameter Zähnezahl...........................................................152 A4.1.2 Einflussparameter Fußausrundungsverhältnis..................................155 A4.1.3 Einflussparameter Profilverschiebungsfaktor....................................158 A4.1.4 Berechnung tordierter Zahnwellen DIN 5480....................................159 A4.2 Zahnnaben nach DIN 5480...........................................................................162 A4.2.1 Einflussparameter Zähnezahl...........................................................162 A4.2.2 Einflussparameter Fußausrundungsverhältnis..................................164 A4.2.3 Einflussparameter Profilverschiebungsfaktor....................................166 A4.2.4 Berechnung tordierter Zahnwnaben
DIN 5480.................................167 A5 Zahnscheibe, Kennwerte für DIN 5480......................................................169 A5.1 Zahnwellenscheiben nach DIN 5480........... 169 A5.1.1 Geometrie.........................................................................................169 A5.1.2 Lastverteilung....................................................................................173 A5.2 Zahnnabenscheiben nach DIN 5480.............................................................174 A5.2.1 Geometrie.........................................................................................174 A5.2.2 Lastverteilung....................................................................................176 A6 Zahnwellen-Verbindung, Kennwerte DIN 5480.........................................177 A6.1 Einflussfaktoren für Zahnwellen nach DIN 5480...........................................177 A6.2 Einflussfaktoren für Zahnnaben nach DIN 5480 und Breitenfaktor k b ...........181 A8 Plastizität, Kennwerte für Zahnwellen nach DIN 5480.............................184 A8.1 Tordierte Zahnwellen.....................................................................................184 A8.2 Zahnwellenscheiben nach DIN 5480.............................................................186 Literatur................................................................................................................188
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