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Entwicklung und Verifizierung eines Berechnungsmodells zur Anregungsprognose von Verzahnungen unter Berücksichtigung des anisotropen Materialverhaltens

 
: Bräunig, Jan
: Neugebauer, R.; Drossel, W.-G.

Zwickau: Verlag Wissenschaftliche Scripten, 2018, 187 S.
Zugl.: Chemnitz, TU, Diss., 2017
Berichte aus dem IWU, 102
ISBN: 978-3-95735-074-9
ISBN: 3-95735-074-3
Deutsch
Dissertation
Fraunhofer IWU ()
Anregungsprognose; Verzahnungsanregung; Verzahnungswalzen; generative Verzahnungsfertigung; Zahnkontaktsimulation; Drehfehlersimulation; Materialanisotropie; Excitation prediction; gear excitation; gear rolling; generating gear production; toothcontact simulation; transmission error simulation; material anisotropy

Abstract
In der klassischen Verzahnungsfertigung wird das Zerspanen in der Weichbearbeitung von Hoch- bzw. Laufverzahnungen zunehmend durch walzende sowie generative Fertigung ergänzt. Zu diesen neuen Fertigungsverfahren fehlen bislang fundierte Erkenntnisse und die simulative Umsetzung zur Berücksichtigung desresultierenden Verzahnungs-Anregungsverhaltens aufgrund der sich einstellenden fertigungsbedingten Materialanisotropie. Diese ist einerseits oberflächennah durch den Walzprozess induziert, andererseits ist diese Richtungsabhängigkeit der Materialeigenschaftenmit der Baulage im generativen Fertigungsprozess verknüpft. Die in dieser Arbeit dargestellten experimentellen Untersuchungsansätze gehen dabei über einen reinen Prüfstandvergleich mit Zahnrädern beider Fertigungsarten hinaus, indem unterschiedliche Methoden zur Materialparametergewinnung von separatangefertigten Proben verwendet werden. Aus den so gewonnenen Parametern und mittels unterstützender Fertigungssimulation wurden anschließend Simulationsmodelle mit entsprechenden ortsabhängigen Eigenschaften aufgebaut und zur Prognose der Drehwegabweichung verwendet. Vorab wurde das Ausgangsmodell unter Annahme von isotropen Eigenschaften mit einem herkömmlichen Programm zur Drehwegabweichungsberechnung verifiziert. Aufgrund der Erkenntnisse der vorliegenden Arbeit sind im Vergleich zum Stand der Technik genauere und verfahrensabhängige Anregungsprognosen möglich. Final steht ein Simulationsmodell zur Verfügung, das die fertigungsinduzierte, ortsabhängige Materialanisotropieausrichtung auch aus anderen Herstellungsverfahren berücksichtigen kann.

 

In the classical gear production, machining in the soft gear machining of vertical and running gears is increasingly supplemented by rolling and generative manufacturing. There is a lack of well-founded knowledge and the simulative implementation of these new manufacturing processes to take into account the resulting gear excitation behaviour due to the material anisotropy that arises during production. On the one hand, this is induced near-surface by the rolling process, and on the other hand, this directional dependence of the material properties is linked to the construction position in the generative manufacturing process. The experimental approaches described in this paper go beyond a mere test bench comparison with gear wheels of both types of production by using different methods for the extraction of material parameters of separately produced samples. Using the obtained parameters as well as a corresponding manufacturing simulation, numerical models for transmission error prediction were built up applying direction-dependent material properties. The initial model was verified in advance using a conventional program for the calculation of rotational path deviations, assuming isotropic properties. Based on the findings of the present work, more precise and process-dependent excitation prognoses are possible compared to the state of the art. A simulation model is available that can take into account the production-induced, location-dependent material anisotropy orientation from other production processes.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-477332.html