Eine Publikation der Binkert Medien AG
Release von Kisssoft unterstützt Ingenieure bei komplexen Berechnungen : Ausgabe 01/2015, 09.04.2015

Modellrechnungen am Getriebe

In einem Getriebe können bei Stirn- und Kegelrädern Risse in grösseren Werkstofftiefen auftreten. Als Folge davon kann eine Zahnradflanke brechen, was in den meisten Fällen zum kompletten Ausfall führt. Die Entwickler von Kisssoft haben der aktuellen Softwareversion die Flankenbruchberechnung nach Methode B der ISO/DTR 19042 hinzugefügt.

Die Berechnungsnorm ISO/DTR 19042 wird derzeit im ISO-Komitee für Stirnräder erstellt und beinhaltet einen Rechengang für die Berechnung mit vereinfachten Lastannahmen (Methode B) sowie ein lokales Verfahren, welches eine Analyse der Schadensgefahr über den ganzen Zahneingriff (Methode A) erlaubt. Beide Methoden stehen dem Anwender im Release 03/2015 zur Verfügung.

Berechnung verhindert den Bruch von Zahnradflanken

Bei der Optimierung von Kegelrädern ist es aufgrund der räumlichen Abdrängungen unter Last unausweichlich, Flankenmodifikationen wie Längs- und Höhenballigkeit anzuwenden sowie eine Optimierung der Tragbildlage durchzuführen. Die Beurteilung der Flankenmodifikationen erfolgt üblicherweise in einer Kontaktanalyse unter Last, welche die Lageabweichungen und die Zahnbiegungen berücksichtigt. Diese wurde nun in Kisssoft implementiert: Als Resultate werden das Tragbild, die Drehwegabweichung und Spannungsverteilung ausgegeben – sowie das Risiko des Flankenbruchs, basierend auf dem Entwurf der Flankenbruchberechnung ISO/DTR19042 für Stirnräder.

Einfachere Auslegung von Getrieben

Für Kegelräder ist zudem die Auslegung für topologische Korrekturen erhältlich. Ausgehend von Messgitterdaten – im Klingelnberg- oder Gleason-Format – wird die Korrektur so berechnet, dass die Topologie des Kegelrads identisch ist mit dem Zielkegelrad. Somit können Planer ein Reengineering eines bestehenden Kegelradsatzes durchführen, was in Reparatur- oder Ersatzteilefällen hilfreich ist. Bei Differential-Kegelrädern sind aufgrund des Schmiedeprozesses viel mehr geometrische Freiheiten als bei konventionellen Bogenverzahnungen vorhanden. In der Software sind nun in der Feinauslegung zusätzliche Parameter wie Zahnhöhen oder Kopf- sowie Fusskegelwinkel variierbar. In den Resultaten der Feinauslegung werden zudem beispielsweise die Überdeckung, Entformbarkeit usw. aufgezählt. Neu werden diese Parameter – neben den bisherigen Werten in der Mitte – auch an der Innen- und Aussenseite der Verzahnung angezeigt, sodass der Anwender seine Auslegungen an mehreren Positionen prüfen und Lösungen gezielt auswählen oder verwerfen kann.

Software berücksichtigt aktuelle Normen der Festigkeitsberechnung

Die Entwickler haben zudem die Festigkeitsberechnung gemäss Lloyd’s Register 2013 implementiert. Diese spezifische Schiffsnorm wird vielerorts als Nachweis verlangt. Die GOST 21354-87 für Fertigungstoleranzen sowie für Zahndickenabmasse nach GOST 1643-81 bei Stirnrädern sind ebenfalls verfügbar. Ausserdem wurden die vorhandenen Rechenmethoden um die Norm ISO 13691 (High-speed-special-purpose-gear-units) erweitert.

Die Wellenfestigkeitsberechnung nach AGMA 6101-E08/6001-E08 ist ebenso verfügbar und beinhaltet den statischen und dynamischen Nachweis. Der statische Nachweis erlaubt dabei die Berücksichtigung von Spitzenlasten, abhängig von verschiedenen Verzahnungsarten. Der dynamische Nachweis berücksichtigt die verschiedenen Kerbfaktoren und die Auswertung erfolgt nach der GEH-Methode (von Mises). Die zulässigen Werkstoffkennwerte werden grundsätzlich aus der Werkstoff-Kernhärte abgeleitet, die direkt in die Software eingegeben werden kann.

Simulationen am Softwaremodell erleichtern die Planung

In Kisssys haben die Ingenieure die Wirkungsgradberechnung und thermische Analyse nach ISO/TR 14179 weiter optimiert. Bei der Wirkungsgradberechnung kann der Benutzer nun unter anderem die Verlustleistungen aufgrund von Messungen durch eigene Faktoren anpassen. Des Weiteren wurde auch die Auswertung der thermischen Bilanz um mehrere Optionen ergänzt, wie z.B. die Berechnung der Kühlerleistung. Die Berechnung ist verfügbar für sämtliche Getriebearten (Stirnrad-, Kegel- und Hypoidrad-, Planeten- und Schneckengetriebe). Zusätzlich wurden Bedienung und Stabilität der Berechnung erweitert und verbessert.

Die Software berechnet Eigenfrequenzen und Moden von Antrieben mit mehreren Wellen im System. Dabei wird die Eingriffssteifigkeit aller Verzahnungen wie Stirnräder, Kegelräder, Planetengetriebe usw. berücksichtigt. Es können reine Torsionsschwingungen berechnet werden oder gekoppelte Schwingungen mit allen Freiheitsgraden.

Berechnung mit FE-Daten zur Gehäusedeformation

Für die statische Systemanalyse berücksichtigt das Programm die Deformation des Gehäuses und somit den gegenseitigen Einfluss der Lager durch die Gehäuseverformungen. Die daraus resultierenden Verschiebungen der Lageraus-senringe bewirken eine unterschiedliche Wellendeformation und beeinflussen somit – insbesondere bei nachgiebigen Gehäusen und hohen Kräften – massgeblich die Verzahnungskontaktanalyse. Für die Berechnung wird dazu eine Steifigkeitsmatrix des Gehäuses importiert, die aus einer FE-Berechnung wie Ansys oder Abaqus erzeugt wird.

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Gehäuse- verformung in Kisssys


Kontaktanalyse unter Last bei Kegelrädern


Planeten- träger in Kisssoft