Steigerung der Zahnfußtragfähigkeit von einsatzgehärteten Stirnrädern durch rechnerische Zahnfußoptimierung:
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| Format: | Thesis Book |
| Language: | German |
| Published: |
Aachen
Shaker
2005
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| Series: | Berichte aus der Produktionstechnik
2005,7 |
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| Online Access: | Inhaltsverzeichnis |
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| adam_text | STEIGERUNG DER ZAHNFUSSTRAGFAHIGKEIT VON EINSATZGEHAERTETEN STIRNRAEDERN
DURCH RECHNERISCHE ZAHNFUSSOPTIMIERUNG VON DER FAKULTAET FUER
MASCHINENWESEN DER RHEINISCH-WESTFAELISCHEN TECHNISCHEN HOCHSCHULE AACHEN
ZUR ERLANGUNG DES AKADEMISCHEN GRADES EINES DOKTORS DER
INGENIEURWISSENSCHAFTEN GENEHMIGTE DISSERTATION VORGELEGT VON D I P L O
M - I N G E N I E U R O L A F B R OE M S E N AUS HAGEN / WESTFALEN
BERICHTER: UNIV.-PROF. EM. DR.-LNG. DR.-ING. E. H. MANFRED WECK
UNIV.-PROF. DR.-ING. PAUL BEISS TAG DER MUENDLICHEN PRUEFUNG: 1. MAERZ 2005
D 82 (DISS. RWTH AACHEN) FORMELZEICHEN UND ABKUERZUNGEN
INHALTSVERZEICHNIS 1 EINLEITUNG 1 2 STAND DER TECHNIK 4 2.1
EIGENSCHAFTEN VON EINSATZGEHAERTETEN ZAHNRAEDERN 4 2.1.1 EINFLUSS DER
PROZESSKETTE BEIM EINSATZHAERTEN AUF DIE EIGENSCHAFTEN 6 2.1.2
MATERIALCHARGE UND ERSTELLUNGSMETHODE 7 2.1.3 WEICHBEARBEITUNG 7 2.1.4
EINSATZHAERTEN 7 2.1.5 HARTBEARBEITUNG 9 2.1.6 KUGELSTRAHLEN 10 2.2
BEANSPRUCHUNG UND BEANSPRUCHBARKEIT IM ZAHNFUSS 10 2.2.1 BEANSPRUCHUNGEN
IM ZAHNFUSS 10 2.2.2 BEANSPRUCHUNGSFALLE VON ZAHNRAEDERN 11 2.2.3 EINFLUSS
DER ZAHNRADBAUFORM AUF DIE BEANSPRUCHUNG 11 2.2.4 GEGENUEBERSTELLUNG VON
BEANSPRUCHUNG UND FESTIGKEIT 12 2.2.5 STREUUNG VON LAST UND FESTIGKEIT
12 2.2.6 BRUCHVERHALTEN EINSATZGEHAERTER ZAHNRAEDER 13 2.2.7
GROESSENEINFLUSS 14 2.3 METHODEN ZUR BERECHNUNG DER ZAHNFUSSTRAGFAHIGKEIT
15 2.3.1 ZAHNFUSSTRAGFAEHIGKEITSNACHWEIS NACH DEN 3990 16 2.3.2
FESTIGKEITSNACHWEIS NACH FKM 154 17 2.3.3 KONZEPT DER OERTLICHEN
DAUERFESTIGKEIT 17 2.3.4 KONZEPTE DER BRUCHMECHANIK 18 2.3.5
FEHLSTELLENMODELL 18 2.4 STRUKTURODTIMIERUNF? 19 2.4.1 GRUNDLAGEN 19
2.4.2 VERFAHREN DER STRUKTUROPTIMIERUNG 21 2.4.3 VERFAHREN DER
ZAHNFUSSOPTIMIERUNG 22 3 ZIELSETZUNG DER ARBEIT 24 4
TRAGFAEHIGKEITSSTEIGERUNG DURCH ZAHNFUSSOPTIMIERUNG 27 4.1 AUSLEGUNG UND
RECHNERISCHE OPTIMIERUNG 27 4.2 TRAGFAEHIGKEITSBERECHNUNG DURCH
FESTIGKEITSNACHWEIS 30 4.2.1 BERECHNUNG DER TRAGFAEHIGKEITSSTEIGERUNG
NACH DIN 3990 31 4.2.2 BERECHNUNG DER TRAGFAEHIGKEITSSTEIGERUNG NACH FKM
154 34 4.3 FERTIGUNG 37 4.4 EXPERIMENTELLE UNTERSUCHUNG 38 4.4.1
PULSATORVERSUCH 39 4.4.2 KONTURTREUE 42 4.4.3 ANRISSLAGE 42 4.4.4
OBERFLAECHE 43 4.4.5 EIGENSPANNUNGSVERLAUF 44 4.4.6 HAERTEVERLAUF 45 4.5
DISKUSSION DER BERECHNUNGS- UND PRUEFSTANDSERGEBNISSE 47 5 METHODE ZUR
BERECHNUNG DER ZAHNFUSSTRAGFAHIGKEIT EINSATZGEHAERTETER RAEDER 49 5.1
BERECHNUNG DER BEANSPRUCHUNG MIT DER FINITE-ELEMENTE-METHODE 50 5.2
BERECHNUNG DER VERGLEICHSSPANNUNG 51 5.2.1 FESTIGKEITSHYPOTHESEN FUER DIE
STATISCHE BEANSPRUCHUNG 51 5.2.2 FESTIGKEITSHYPOTHESEN BEI
DAUERSCHWINGBEANSPRUCHUNG 52 5.2.3 EIGNUNG VON FESTIGKEITSHYPOTHESEN FUER
EINSATZGEHAERTETE ZAHNRAEDER 55 53 BERUECKSICHTIGUNG DES STATISTISCHEN
GROESSENEINFLUSSES 56 5.3.1 FEHLSTELLENMODELL (WEAKEST LINK CONCEPT) 56
5.3.2 DARSTELLUNG DES FEHLSTELLENMODELLS 58 5.3.3 ERWEITERTE
FEHLSTELLENMODELLE 59 5.3.4 UNTERSCHIEDLICHE STREUUNG DER FESTIGKEIT
UEBER DIE TIEFE 60 5.3.5 EINSCHRAENKUNG DES FEHLSTELLENMODELLS 60 5.4
ERMITTLUNG DER OERTLICHEN WERKSTOFFKENNWERTE 60 5.4.1 BESTIMMUNG DER
RANDSCHICHTEIGENSCHAFTEN 61 5.4.2 GEOMETRISCHE EINFLUESSE AUF DIE
WERKSTOFFEIGENSCHAFTEN IM ZAHNFUSS 65 5.5 ZUSAMMENFASSENDE BESCHREIBUNG
DES BERECHNUNGSKONZEPTS 70 5.5.1 EINSCHRAENKUNGEN FUER DIE
BERECHNUNGSMETHODE 71 6 UMSETZUNG UND ANWENDUNG DES BERECHNUNGSKONZEPTS
73 6.1 UMSETZUNG DES ERWEITERTEN FEHLSTELLENMODELLS 73 6.1.1
DATENSTRUKTUR 74 6.1.2 EINGANGSGROESSEN FUER DIE BERECHNUNG 74 6.1.3
ABBILDUNG DER RANDSCHICHT IM FE-MODELL 77 6.1.4 BERECHNUNG DER
VERGLEICHSSPANNUNGEN 80 6.1.5 BERECHNUNG DER
UEBERLEBENSWAHRSCHEINLICHKEIT 83 6.1.6 IMPLEMENTIERUNG UND
PROGRAMMAUFRUF. 86 6.2 ANWENDUNG DES FEHLSTELLENMODELLS AUF RAEDER DER
VERSUCHSREIHE 86 6.2.1 VERLAUF DER OERTLICHEN BEANSPRUCHUNGEN UND IHRER
KOMPONENTEN IM ZAHNFUSS 87 6.2.2 VERLAUF DER OERTLICHEN
WERKSTOFFEIGENSCHAFTEN 90 6.2.3 VERLAUF DER OERTLICHEN ANSTRENGUNG GEMAESS
KONZEPT DER OERTLICHEN FESTIGKEIT 91 FORMELZEICHEN UND ABKUERZUNGEN III
6.2.4 VERLAUF DER OERTLICHEN UEBERLEBENSWAHRSCHEINLICHKEIT 95 6.2.5
ZUSAMMENFASSUNG UND BEWERTUNG DER BERECHNUNGSERGEBNISSE 102 7
GEOMETRIEOPTIMIERUNGSVERFAHREN ZUR MAXIMIERUNG DER ZAHNFUSSTRAGFAHIGKEIT
EINSATZGEHAERTETER RAEDER 105 7.1 OPTIMIERUNGSMETHODE 106 7.1.1
OPTIMIERUNGSMODELL 106 7.1.2 OPTIMIERUNGSSTRATEGIE 108 7.1.3
OPTIMIERUNGSVERFAHREN 109 7.2 GEOMETRISCH FUNKTIONALE UND
FERTIGUNGSTECHNISCHE RESTRIKTIONEN 110 7.2.1 BERUECKSICHTIGUNG DES
HAERTEAUFMASSES 110 7.2.2 BERUECKSICHTIGUNG DER EIGENSPANNUNGSAENDERUNG
DURCH DIE HARTBEARBEITUNG 113 7.2.3 BERUECKSICHTIGUNG GEOMETRISCHER
RESTRIKTIONEN DER FERTIGUNGSVERFAHREN 1 14 7.3 ABLAUF DER OPTIMIERUNG
117 8 UMSETZUNG UND ANWENDUNG DES OPTIMIERUNGSVERFAHRENS 119 8.1
UMSETZUNG DES OPTIMIERUNGSVERFAHRENS 119 8.1.1 OPTIMIERUNGSALGORITHMUS
120 8.1.2 FERTIGUNGSSIMULATION VON WAELZVERFAHREN 120 8.1.3
FERTIGUNGSSIMULATION VON PROFILGEBENDEN FERTIGUNGSVERFAHREN 121 8.1.4
MINDESTAUFMASS 123 8.1.5 AUFBAU UND AKTUALISIERUNG DER PARAMETRISCHEN
BERECHNUNGSMODELLE 123 8.1.6 ABBILDUNG DER RANDSCHICHTEIGENSCHAFTEN IM
ROHMODELL 124 8.1.7 UEBERTRAGUNG DER RANDSCHICHTEIGENSCHAFTEN VOM ROH-
INS ENDMODELL 125 8.1.8 MODIFIKATION DER RANDSCHICHTEIGENSCHAFTEN 126
8.1.9 HAUPTPROGRAMM UND SCHNITTSTELLENPROGRAMME 126 8.2 ANWENDUNG DES
OPTIMIERUNGSVERFAHRENS 127 8.2.1 EINSTELLUNGEN UND EINGABEDATEIEN 128
8.2.2 SPANNUNGSOPTIMIERUNG DER ENDGEOMETRIE 129 8.2.3
TRAGFAEHIGKEITSOPTIMIERUNG DER ENDGEOMETRIE 133 8.2.4 OPTIMIERUNG DER
VORVERZAHNUNGSGEOMETRIE 134 8.2.5 ZUSAMMENFASSUNG UND ERGEBNISBEWERTUNG
136 9 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 138 9.1 AUSBLICK 141 9.2 SCHLUSSWORT
141 10 LITERATUR 142
|
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STEIGERUNG DER ZAHNFUSSTRAGFAHIGKEIT VON EINSATZGEHAERTETEN STIRNRAEDERN
DURCH RECHNERISCHE ZAHNFUSSOPTIMIERUNG VON DER FAKULTAET FUER
MASCHINENWESEN DER RHEINISCH-WESTFAELISCHEN TECHNISCHEN HOCHSCHULE AACHEN
ZUR ERLANGUNG DES AKADEMISCHEN GRADES EINES DOKTORS DER
INGENIEURWISSENSCHAFTEN GENEHMIGTE DISSERTATION VORGELEGT VON D I P L O
M - I N G E N I E U R O L A F B R OE M S E N AUS HAGEN / WESTFALEN
BERICHTER: UNIV.-PROF. EM. DR.-LNG. DR.-ING. E. H. MANFRED WECK
UNIV.-PROF. DR.-ING. PAUL BEISS TAG DER MUENDLICHEN PRUEFUNG: 1. MAERZ 2005
D 82 (DISS. RWTH AACHEN) FORMELZEICHEN UND ABKUERZUNGEN
INHALTSVERZEICHNIS 1 EINLEITUNG 1 2 STAND DER TECHNIK 4 2.1
EIGENSCHAFTEN VON EINSATZGEHAERTETEN ZAHNRAEDERN 4 2.1.1 EINFLUSS DER
PROZESSKETTE BEIM EINSATZHAERTEN AUF DIE EIGENSCHAFTEN 6 2.1.2
MATERIALCHARGE UND ERSTELLUNGSMETHODE 7 2.1.3 WEICHBEARBEITUNG 7 2.1.4
EINSATZHAERTEN 7 2.1.5 HARTBEARBEITUNG 9 2.1.6 KUGELSTRAHLEN 10 2.2
BEANSPRUCHUNG UND BEANSPRUCHBARKEIT IM ZAHNFUSS 10 2.2.1 BEANSPRUCHUNGEN
IM ZAHNFUSS 10 2.2.2 BEANSPRUCHUNGSFALLE VON ZAHNRAEDERN 11 2.2.3 EINFLUSS
DER ZAHNRADBAUFORM AUF DIE BEANSPRUCHUNG 11 2.2.4 GEGENUEBERSTELLUNG VON
BEANSPRUCHUNG UND FESTIGKEIT 12 2.2.5 STREUUNG VON LAST UND FESTIGKEIT
12 2.2.6 BRUCHVERHALTEN EINSATZGEHAERTER ZAHNRAEDER 13 2.2.7
GROESSENEINFLUSS 14 2.3 METHODEN ZUR BERECHNUNG DER ZAHNFUSSTRAGFAHIGKEIT
15 2.3.1 ZAHNFUSSTRAGFAEHIGKEITSNACHWEIS NACH DEN 3990 16 2.3.2
FESTIGKEITSNACHWEIS NACH FKM 154 17 2.3.3 KONZEPT DER OERTLICHEN
DAUERFESTIGKEIT 17 2.3.4 KONZEPTE DER BRUCHMECHANIK 18 2.3.5
FEHLSTELLENMODELL 18 2.4 STRUKTURODTIMIERUNF? 19 2.4.1 GRUNDLAGEN 19
2.4.2 VERFAHREN DER STRUKTUROPTIMIERUNG 21 2.4.3 VERFAHREN DER
ZAHNFUSSOPTIMIERUNG 22 3 ZIELSETZUNG DER ARBEIT 24 4
TRAGFAEHIGKEITSSTEIGERUNG DURCH ZAHNFUSSOPTIMIERUNG 27 4.1 AUSLEGUNG UND
RECHNERISCHE OPTIMIERUNG 27 4.2 TRAGFAEHIGKEITSBERECHNUNG DURCH
FESTIGKEITSNACHWEIS 30 4.2.1 BERECHNUNG DER TRAGFAEHIGKEITSSTEIGERUNG
NACH DIN 3990 31 4.2.2 BERECHNUNG DER TRAGFAEHIGKEITSSTEIGERUNG NACH FKM
154 34 4.3 FERTIGUNG 37 4.4 EXPERIMENTELLE UNTERSUCHUNG 38 4.4.1
PULSATORVERSUCH 39 4.4.2 KONTURTREUE 42 4.4.3 ANRISSLAGE 42 4.4.4
OBERFLAECHE 43 4.4.5 EIGENSPANNUNGSVERLAUF 44 4.4.6 HAERTEVERLAUF 45 4.5
DISKUSSION DER BERECHNUNGS- UND PRUEFSTANDSERGEBNISSE 47 5 METHODE ZUR
BERECHNUNG DER ZAHNFUSSTRAGFAHIGKEIT EINSATZGEHAERTETER RAEDER 49 5.1
BERECHNUNG DER BEANSPRUCHUNG MIT DER FINITE-ELEMENTE-METHODE 50 5.2
BERECHNUNG DER VERGLEICHSSPANNUNG 51 5.2.1 FESTIGKEITSHYPOTHESEN FUER DIE
STATISCHE BEANSPRUCHUNG 51 5.2.2 FESTIGKEITSHYPOTHESEN BEI
DAUERSCHWINGBEANSPRUCHUNG 52 5.2.3 EIGNUNG VON FESTIGKEITSHYPOTHESEN FUER
EINSATZGEHAERTETE ZAHNRAEDER 55 53 BERUECKSICHTIGUNG DES STATISTISCHEN
GROESSENEINFLUSSES 56 5.3.1 FEHLSTELLENMODELL (WEAKEST LINK CONCEPT) 56
5.3.2 DARSTELLUNG DES FEHLSTELLENMODELLS 58 5.3.3 ERWEITERTE
FEHLSTELLENMODELLE 59 5.3.4 UNTERSCHIEDLICHE STREUUNG DER FESTIGKEIT
UEBER DIE TIEFE 60 5.3.5 EINSCHRAENKUNG DES FEHLSTELLENMODELLS 60 5.4
ERMITTLUNG DER OERTLICHEN WERKSTOFFKENNWERTE 60 5.4.1 BESTIMMUNG DER
RANDSCHICHTEIGENSCHAFTEN 61 5.4.2 GEOMETRISCHE EINFLUESSE AUF DIE
WERKSTOFFEIGENSCHAFTEN IM ZAHNFUSS 65 5.5 ZUSAMMENFASSENDE BESCHREIBUNG
DES BERECHNUNGSKONZEPTS 70 5.5.1 EINSCHRAENKUNGEN FUER DIE
BERECHNUNGSMETHODE 71 6 UMSETZUNG UND ANWENDUNG DES BERECHNUNGSKONZEPTS
73 6.1 UMSETZUNG DES ERWEITERTEN FEHLSTELLENMODELLS 73 6.1.1
DATENSTRUKTUR 74 6.1.2 EINGANGSGROESSEN FUER DIE BERECHNUNG 74 6.1.3
ABBILDUNG DER RANDSCHICHT IM FE-MODELL 77 6.1.4 BERECHNUNG DER
VERGLEICHSSPANNUNGEN 80 6.1.5 BERECHNUNG DER
UEBERLEBENSWAHRSCHEINLICHKEIT 83 6.1.6 IMPLEMENTIERUNG UND
PROGRAMMAUFRUF. 86 6.2 ANWENDUNG DES FEHLSTELLENMODELLS AUF RAEDER DER
VERSUCHSREIHE 86 6.2.1 VERLAUF DER OERTLICHEN BEANSPRUCHUNGEN UND IHRER
KOMPONENTEN IM ZAHNFUSS 87 6.2.2 VERLAUF DER OERTLICHEN
WERKSTOFFEIGENSCHAFTEN 90 6.2.3 VERLAUF DER OERTLICHEN ANSTRENGUNG GEMAESS
KONZEPT DER OERTLICHEN FESTIGKEIT 91 FORMELZEICHEN UND ABKUERZUNGEN III
6.2.4 VERLAUF DER OERTLICHEN UEBERLEBENSWAHRSCHEINLICHKEIT 95 6.2.5
ZUSAMMENFASSUNG UND BEWERTUNG DER BERECHNUNGSERGEBNISSE 102 7
GEOMETRIEOPTIMIERUNGSVERFAHREN ZUR MAXIMIERUNG DER ZAHNFUSSTRAGFAHIGKEIT
EINSATZGEHAERTETER RAEDER 105 7.1 OPTIMIERUNGSMETHODE 106 7.1.1
OPTIMIERUNGSMODELL 106 7.1.2 OPTIMIERUNGSSTRATEGIE 108 7.1.3
OPTIMIERUNGSVERFAHREN 109 7.2 GEOMETRISCH FUNKTIONALE UND
FERTIGUNGSTECHNISCHE RESTRIKTIONEN 110 7.2.1 BERUECKSICHTIGUNG DES
HAERTEAUFMASSES 110 7.2.2 BERUECKSICHTIGUNG DER EIGENSPANNUNGSAENDERUNG
DURCH DIE HARTBEARBEITUNG 113 7.2.3 BERUECKSICHTIGUNG GEOMETRISCHER
RESTRIKTIONEN DER FERTIGUNGSVERFAHREN 1 14 7.3 ABLAUF DER OPTIMIERUNG
117 8 UMSETZUNG UND ANWENDUNG DES OPTIMIERUNGSVERFAHRENS 119 8.1
UMSETZUNG DES OPTIMIERUNGSVERFAHRENS 119 8.1.1 OPTIMIERUNGSALGORITHMUS
120 8.1.2 FERTIGUNGSSIMULATION VON WAELZVERFAHREN 120 8.1.3
FERTIGUNGSSIMULATION VON PROFILGEBENDEN FERTIGUNGSVERFAHREN 121 8.1.4
MINDESTAUFMASS 123 8.1.5 AUFBAU UND AKTUALISIERUNG DER PARAMETRISCHEN
BERECHNUNGSMODELLE 123 8.1.6 ABBILDUNG DER RANDSCHICHTEIGENSCHAFTEN IM
ROHMODELL 124 8.1.7 UEBERTRAGUNG DER RANDSCHICHTEIGENSCHAFTEN VOM ROH-
INS ENDMODELL 125 8.1.8 MODIFIKATION DER RANDSCHICHTEIGENSCHAFTEN 126
8.1.9 HAUPTPROGRAMM UND SCHNITTSTELLENPROGRAMME 126 8.2 ANWENDUNG DES
OPTIMIERUNGSVERFAHRENS 127 8.2.1 EINSTELLUNGEN UND EINGABEDATEIEN 128
8.2.2 SPANNUNGSOPTIMIERUNG DER ENDGEOMETRIE 129 8.2.3
TRAGFAEHIGKEITSOPTIMIERUNG DER ENDGEOMETRIE 133 8.2.4 OPTIMIERUNG DER
VORVERZAHNUNGSGEOMETRIE 134 8.2.5 ZUSAMMENFASSUNG UND ERGEBNISBEWERTUNG
136 9 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 138 9.1 AUSBLICK 141 9.2 SCHLUSSWORT
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