Einleitung
Die Beveloidradverzahnung lässt sich auf zahnstangenartige Bezugsprofile zurückführen, weshalb sie eine Sonderform der zylindrischen Evolventenverzahnung darstellt. Wesentlicher Unterschied von Beveloidrädern zu Zylinderrädern ist veränderliche Profilverschiebung über der Zahnbreite, die durch die Verkippung des Bezugsprofils um den Konuswinkel entsteht. Durch die kegelige Verzahnungsgeometrie lassen sich Beveloidräder in paralleler, schneidender als auch windschiefer Achslage paaren.
Motivation
Die Vorauslegung von Beveloidradverzahnungen erfolgt häufig in einem iterativen Vorgehen bestehend aus Auslegung der Hauptverzahnungsdaten, Zahnkontaktsimulation und Anpassung der Auslegungsgrößen. Nicht nur bei fehlendem Auslegungs-Know-how zu Beveloidradverzahnungen ist dieser Prozess herausfordernd, insbesondere aufgrund der bei schneidender und windschiefer Achslage auftretenden Punktberührung. Zur Auslegung der Hauptverzahnungsdaten von Beveloidrädern existieren verschiedene Ansätze, die jedoch auf der weitgehenden Vorabdefinition wesentlicher Verzahnungsgrößen beruhen. Diese Ansätze sind für eine Neuauslegung so nicht anwendbar.
Im Rahmen des von der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. geförderten Forschungsvorhabens Nr. 657II sollte deshalb ein Werkzeug zur Vorauslegung von Beveloidrädern geschaffen werden. Hierzu wurde eine Vorgehensweise erarbeitet und als „Vorauslegungssoftware Konischer Stirnräder“ (VoKoS) implementiert.
Zielsetzung
In der Forschungsarbeit wird eine Methode erarbeitet, die eine zielsichere Vorauslegung sämtlicher Hauptverzahnungsdaten ermöglicht. Dabei soll sowohl eine beschränkungsfreie als auch eine Auslegung unter Vorgabe einzelner Verzahnungsgrößen möglich sein.
Ansatz
Das Vorgehen zur Auslegung besteht aus mehreren Schritten. Zu Beginn wird unter Festigkeitsaspekten eine Ersatzstirnverzahnung dimensioniert, welche als mittlerer Auslegungsstirnschnitt zur anschließenden Überführung in eine Beveloidradverzahnung mit initialen Konuswinkeln dient. Hierbei sind die Verzahnungsgrenzen zu berücksichtigen und fehlende Einbaugrößen zu bestimmen. Die Auslegung für windschiefe Achsen erfolgt durch eine Verdrehung des Ritzels um eine radiale Achse. Hierfür müssen einige Verzahnungsgrößen angepasst werden. Um eine mittige Tragbildlage zu erhalten, wird ein Optimierungsalgorithmus zur Anpassung der Konuswinkel eingesetzt. Ferner werden zweckmäßige Kopf- und Fußkegel ermittelt.
Ergebnisse
Die Vorauslegungsmethode wurde in der Software VoKoS implementiert, getestet und in Parametersimulationen validiert. Hierbei zeigte sich in den für Beveloidräder üblichen Parameterbereichen ein mittiges Tragbild an den ausgelegten Verzahnungen. Zusätzlich werden reale Abwälzversuche auf einem für windschiefe Einbaulagen erweiterten Abwälzprüfstand durchgeführt, womit der Abgleich zwischen Simulation und realem Abwälzverhalten ermöglicht wird.
Ansprechpartner
Matthias Bachmann
Dipl.-Ing.Gruppenleiter Antriebstechnik