Einleitung
Getriebe mit kleinem Achswinkel und Achsversatz finden ein weites Anwendungsspektrum, wie z. B. in Schiffs-, Fahrzeuggetrieben oder auch in Industriegetrieben. Sie ermöglichen eine kompakte Bauweise, die mit Getrieben mit parallelen Achsen nicht möglich ist. Beveloidräder sind konische Stirnräder, deren konische Form durch eine über der Zahnbreite linear veränderliche Profilverschiebung entsteht. Daher berühren sich Beveloidräder nur punktförmig an einer Breitenposition der Flanke. Diese Position entspricht nur in Sonderfällen der Zahnbreitenmitte. Die restlichen Bereiche der Zahnflanken klaffen auseinander.
Um nun das komplette Potenzial der Beveloidräder auszuschöpfen, müssen bei der Vorauslegung geeignete Hauptverzahnungsdaten und bei der Feinauslegung optimale Zahnflankengeometrie in Abhängigkeit der geforderten Einbau- und Betriebsbedingungen ermittelt werden.
Motivation
Trotz großer Vorteile werden viele für Beveloidräder geeignete Anwendungen durch andere Konzepte mit zusätzlichen Konstruktionselementen umgesetzt. Ein Grund hierfür ist das fehlende Know-How bzw. der hohe Aufwand beim notwendigen Einsatz von iterativen oder simulativen Werkzeugen bei der Auslegung. Ein anderes Projekt hat für die schneidende Achslage gezeigt, dass eine Modifikation der Verzahnungsdaten entlang der Zahnbreite zu einem linienartigen Tragen führen kann.
Zielsetzung
Daher soll eine durchgängige Auslegungsmethode für Beveloidverzahnungen in Achslagen mit kleinem Achswinkel und Achsversatz entwickelt werden. Diese Methode kann in das am Institut entwickelte Programm SimKoS eingebunden werden, so dass eine Modellierung und Visualisierung der ausgelegten Beveloidradpaarungen ermöglicht wird.
Ansatz
Der geplante Ansatz basiert auf den kinematischen Wälzkegeln und der Planverzahnung, die mit beiden Beveloidrädern abwälzt. Durch Aufstellen und Lösen des dazugehörigen Gleichungssystems können die Hauptverzahnungsdaten für den Auslegungsstirnschnitt so bestimmt werden, dass für die Beveloidradpaarung ein spielfreier Eingriff bei mittigem Tragbild vorliegt.
Darauf aufbauend sollen die lokalen Verzahnungsdaten stirnschnittweise für einen spielfreien Eingriff ermittelt werden. Dies beeinflusst den Verlauf des Bezugsprofils, welcher die entstehende Form und Lage der Stirnschnitte bestimmt. Durch diese analytische Modifikation auf der Zahnflanke kann ein ausgeprägtes Tragbild für Beveloidräder erzielt werden.
Ergebnisse
Eine erste Machbarkeitsstudie hat gezeigt, dass mit diesem Berechnungsansatz für ausgewählte Achsanordnungen die Hauptverzahnungsdaten zielgerichtet bestimmt werden können. Darauf aufbauend sollen weitere Ergebnisse für beliebige Achsanordnungen und für die Optimierung durch die lokale Änderung der Verzahnungsdaten generiert werden.
Dieses Projekt wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) unter der Projektnummer 426043448 in Form einer Zuwendung gefördert.
Ansprechpartner
Matthias Bachmann
Dipl.-Ing.Gruppenleiter Antriebstechnik